Flink on Hive构建流批一体数仓-低调大师

Flink on Hive构建流批一体数仓

2021-06-12 583

Flink使用HiveCatalog可以通过批或者流的方式来处理Hive中的表。这就意味着Flink既可以作为Hive的一个批处理引擎，也可以通过流处理的方式来读写Hive中的表，从而为实时数仓的应用和流批一体的落地实践奠定了坚实的基础。本文将以Flink1.12为例，介绍Flink集成Hive的另外一个非常重要的方面——Hive维表JOIN(Temporal Table Join)与Flink读写Hive表的方式。以下是全文，希望本文对你有所帮助。

Flink写入Hive表
Flink支持以批处理(Batch)和流处理(Streaming)的方式写入Hive表。当以批处理的方式写入Hive表时，只有当写入作业结束时，才可以看到写入的数据。批处理的方式写入支持append模式和overwrite模式。

批处理模式写入
向非分区表写入数据

Flink SQL> use catalog myhive; -- 使用catalog
Flink SQL> INSERT INTO users SELECT 2,'tom';
Flink SQL> set execution.type=batch; -- 使用批处理模式
Flink SQL> INSERT OVERWRITE users SELECT 2,'tom';

向分区表写入数据

-- 向静态分区表写入数据
Flink SQL> INSERT OVERWRITE myparttable PARTITION (my_type='type_1', my_date='2019-08-08') SELECT 'Tom', 25;
-- 向动态分区表写入数据
Flink SQL> INSERT OVERWRITE myparttable SELECT 'Tom', 25, 'type_1', '2019-08-08';

流处理模式写入
流式写入Hive表，不支持Insert overwrite 方式，否则报如下错误：

[ERROR] Could not execute SQL statement. Reason:
java.lang.IllegalStateException: Streaming mode not support overwrite.

下面的示例是将kafka的数据流式写入Hive的分区表

-- 使用流处理模式
Flink SQL> set execution.type=streaming;
-- 使用Hive方言
Flink SQL> SET table.sql-dialect=hive; 
-- 创建一张Hive分区表
CREATE TABLE user_behavior_hive_tbl (
   `user_id` BIGINT, -- 用户id
    `item_id` BIGINT, -- 商品id
    `cat_id` BIGINT, -- 品类id
    `action` STRING, -- 用户行为
    `province` INT, -- 用户所在的省份
    `ts` BIGINT -- 用户行为发生的时间戳
) PARTITIONED BY (dt STRING,hr STRING,mi STRING) STORED AS parquet  TBLPROPERTIES (
  'partition.time-extractor.timestamp-pattern'='$dt $hr:$mi:00',
  'sink.partition-commit.trigger'='partition-time',
  'sink.partition-commit.delay'='0S',
  'sink.partition-commit.policy.kind'='metastore,success-file'
);

-- 使用默认SQL方言
Flink SQL> SET table.sql-dialect=default; 
-- 创建一张kafka数据源表
CREATE TABLE user_behavior ( 
    `user_id` BIGINT, -- 用户id
    `item_id` BIGINT, -- 商品id
    `cat_id` BIGINT, -- 品类id
    `action` STRING, -- 用户行为
    `province` INT, -- 用户所在的省份
    `ts` BIGINT, -- 用户行为发生的时间戳
    `proctime` AS PROCTIME(), -- 通过计算列产生一个处理时间列
    `eventTime` AS TO_TIMESTAMP(FROM_UNIXTIME(ts, 'yyyy-MM-dd HH:mm:ss')), -- 事件时间
     WATERMARK FOR eventTime AS eventTime - INTERVAL '5' SECOND  -- 定义watermark
 ) WITH ( 
    'connector' = 'kafka', -- 使用 kafka connector
    'topic' = 'user_behaviors', -- kafka主题
    'scan.startup.mode' = 'earliest-offset', -- 偏移量
    'properties.group.id' = 'group1', -- 消费者组
    'properties.bootstrap.servers' = 'kms-2:9092,kms-3:9092,kms-4:9092', 
    'format' = 'json', -- 数据源格式为json
    'json.fail-on-missing-field' = 'true',
    'json.ignore-parse-errors' = 'false'
);

关于Hive表的一些属性解释：

partition.time-extractor.timestamp-pattern

默认值：(none)
解释：分区时间抽取器，与 DDL 中的分区字段保持一致,如果是按天分区，则可以是$dt，如果是按年(year)月(month)日(day)时(hour)进行分区，则该属性值为：$year-$month-$day $hour:00:00，如果是按天时进行分区，则该属性值为：$day $hour:00:00;

sink.partition-commit.trigger

process-time：不需要时间提取器和水位线，当当前时间大于分区创建时间 + sink.partition-commit.delay 中定义的时间，提交分区；
partition-time：需要 Source 表中定义 watermark，当 watermark > 提取到的分区时间 +sink.partition-commit.delay 中定义的时间，提交分区；
默认值：process-time
解释：分区触发器类型，可选 process-time 或partition-time。

sink.partition-commit.delay

默认值：0S
解释：分区提交的延时时间，如果是按天分区，则该属性的值为：1d，如果是按小时分区，则该属性值为1h;

sink.partition-commit.policy.kind

metastore：添加分区的元数据信息，仅Hive表支持该值配置
success-file：在表的存储路径下添加一个_SUCCESS文件
默认值：(none)
解释：提交分区的策略，用于通知下游的应用该分区已经完成了写入，也就是说该分区的数据可以被访问读取。可选的值如下：
可以同时配置上面的两个值，比如metastore,success-file

执行流式写入Hive表

-- streaming sql,将数据写入Hive表
INSERT INTO user_behavior_hive_tbl 
SELECT 
    user_id,
    item_id,
    cat_id,
    action,
    province,
    ts,
    FROM_UNIXTIME(ts, 'yyyy-MM-dd'),
    FROM_UNIXTIME(ts, 'HH'),
    FROM_UNIXTIME(ts, 'mm')
FROM user_behavior;

-- batch sql,查询Hive表的分区数据
SELECT * FROM user_behavior_hive_tbl WHERE dt='2021-01-04' AND  hr='16' AND mi = '46';

同时查看Hive表的分区数据：

尖叫提示：

-Flink读取Hive表默认使用的是batch模式，如果要使用流式读取Hive表，需要而外指定一些参数，见下文。
-只有在完成 Checkpoint 之后，文件才会从 In-progress 状态变成 Finish 状态，同时生成_SUCCESS文件，所以，Flink流式写入Hive表需要开启并配置 Checkpoint。对于Flink SQL Client而言，需要在flink-conf.yaml中开启CheckPoint，配置内容为：

state.backend: filesystem 
execution.checkpointing.externalized-checkpoint-retention:RETAIN_ON_CANCELLATION
execution.checkpointing.interval: 60s 
execution.checkpointing.mode: EXACTLY_ONCE 
state.savepoints.dir: hdfs://kms-1:8020/flink-savepoints

Flink读取Hive表
Flink支持以批处理(Batch)和流处理(Streaming)的方式读取Hive中的表。批处理的方式与Hive的本身查询类似，即只在提交查询的时刻查询一次Hive表。流处理的方式将会持续地监控Hive表，并且会增量地提取新的数据。默认情况下，Flink是以批处理的方式读取Hive表。

关于流式读取Hive表，Flink既支持分区表又支持非分区表。对于分区表而言，Flink将会监控新产生的分区数据，并以增量的方式读取这些数据。对于非分区表，Flink会监控Hive表存储路径文件夹里面的新文件，并以增量的方式读取新的数据。

Flink读取Hive表可以配置一下参数：

streaming-source.enable

默认值：false
解释：是否开启流式读取 Hive 表，默认不开启。

streaming-source.partition.include

默认值：all
解释：配置读取Hive的分区，包括两种方式：all和latest。all意味着读取所有分区的数据，latest表示只读取最新的分区数据。值得注意的是，latest方式只能用于开启了流式读取Hive表，并用于维表JOIN的场景。

streaming-source.monitor-interval

默认值：None
解释：持续监控Hive表分区或者文件的时间间隔。值得注意的是，当以流的方式读取Hive表时，该参数的默认值是1m，即1分钟。当temporal join时，默认的值是60m，即1小时。另外，该参数配置不宜过短，最短是1 个小时，因为目前的实现是每个 task 都会查询 metastore，高频的查可能会对metastore 产生过大的压力。

streaming-source.partition-order

默认值：partition-name
解释：streaming source的分区顺序。默认的是partition-name，表示使用默认分区名称顺序加载最新分区，也是推荐使用的方式。除此之外还有两种方式，分别为：create-time和partition-time。其中create-time表示使用分区文件创建时间顺序。partition-time表示使用分区时间顺序。指的注意的是，对于非分区表，该参数的默认值为：create-time。
streaming-source.consume-start-offset
默认值：None
解释：流式读取Hive表的起始偏移量。
partition.time-extractor.kind
默认值：default
分区时间提取器类型。用于从分区中提取时间，支持default和自定义。如果使用default，则需要通过参数partition.time-extractor.timestamp-pattern配置时间戳提取的正则表达式。
在 SQL Client 中需要显示地开启 SQL Hint 功能

Flink SQL> set table.dynamic-table-options.enabled= true;

使用SQLHint流式查询Hive表

SELECT * FROM user_behavior_hive_tbl /*+ OPTIONS('streaming-source.enable'='true', 'streaming-source.consume-start-offset'='2021-01-03') */;

Hive维表JOIN
Flink 1.12 支持了 Hive 最新的分区作为时态表的功能，可以通过 SQL 的方式直接关联 Hive 分区表的最新分区，并且会自动监听最新的 Hive 分区，当监控到新的分区后，会自动地做维表数据的全量替换。

Flink支持的是processing-time的temporal join，也就是说总是与最新版本的时态表进行JOIN。另外，Flink既支持非分区表的temporal join，又支持分区表的temporal join。对于分区表而言，Flink会监听Hive表的最新分区数据。值得注意的是，Flink尚不支持 event-time temporal join。

Temporal Join最新分区
对于一张随着时间变化的Hive分区表，Flink可以读取该表的数据作为一个无界流。如果Hive分区表的每个分区都包含全量的数据，那么每个分区将做为一个时态表的版本数据，即将最新的分区数据作为一个全量维表数据。值得注意的是，该功能特点仅支持Flink的STREAMING模式。

使用 Hive 最新分区作为 Tempmoral table 之前，需要设置必要的两个参数：

'streaming-source.enable' = 'true',  
'streaming-source.partition.include' = 'latest'

除此之外还有一些其他的参数，关于参数的解释见上面的分析。我们在使用Hive维表的时候，既可以在创建Hive表时指定具体的参数，也可以使用SQL Hint的方式动态指定参数。一个Hive维表的创建模板如下：

-- 使用Hive的sql方言
SET table.sql-dialect=hive;
CREATE TABLE dimension_table (
  product_id STRING,
  product_name STRING,
  unit_price DECIMAL(10, 4),
  pv_count BIGINT,
  like_count BIGINT,
  comment_count BIGINT,
  update_time TIMESTAMP(3),
  update_user STRING,
  ...
) PARTITIONED BY (pt_year STRING, pt_month STRING, pt_day STRING) TBLPROPERTIES (
  -- 方式1：按照分区名排序来识别最新分区(推荐使用该种方式)
  'streaming-source.enable' = 'true', -- 开启Streaming source
  'streaming-source.partition.include' = 'latest',-- 选择最新分区
  'streaming-source.monitor-interval' = '12 h',-- 每12小时加载一次最新分区数据
  'streaming-source.partition-order' = 'partition-name',  -- 按照分区名排序

  -- 方式2:分区文件的创建时间排序来识别最新分区
  'streaming-source.enable' = 'true',
  'streaming-source.partition.include' = 'latest',
  'streaming-source.partition-order' = 'create-time',-- 分区文件的创建时间排序
  'streaming-source.monitor-interval' = '12 h'

  -- 方式3:按照分区时间排序来识别最新分区
  'streaming-source.enable' = 'true',
  'streaming-source.partition.include' = 'latest',
  'streaming-source.monitor-interval' = '12 h',
  'streaming-source.partition-order' = 'partition-time', -- 按照分区时间排序
  'partition.time-extractor.kind' = 'default',
  'partition.time-extractor.timestamp-pattern' = '$pt_year-$pt_month-$pt_day 00:00:00' 
);

有了上面的Hive维表，我们就可以使用该维表与Kafka的实时流数据进行JOIN，得到相应的宽表数据。

-- 使用default sql方言
SET table.sql-dialect=default;
-- kafka实时流数据表
CREATE TABLE orders_table (
  order_id STRING,
  order_amount DOUBLE,
  product_id STRING,
  log_ts TIMESTAMP(3),
  proctime as PROCTIME()
) WITH (...);

-- 将流表与hive最新分区数据关联 
SELECT *
FROM orders_table AS orders
JOIN dimension_table FOR SYSTEM_TIME AS OF orders.proctime AS dim 
ON orders.product_id = dim.product_id;

除了在定义Hive维表时指定相关的参数，我们还可以通过SQL Hint的方式动态指定相关的参数，具体方式如下：

SELECT *
FROM orders_table AS orders
JOIN dimension_table
/*+ OPTIONS('streaming-source.enable'='true',             
    'streaming-source.partition.include' = 'latest',
    'streaming-source.monitor-interval' = '1 h',
    'streaming-source.partition-order' = 'partition-name') */
FOR SYSTEM_TIME AS OF orders.proctime AS dim -- 时态表(维表)
ON orders.product_id = dim.product_id;

Temporal Join最新表
对于Hive的非分区表，当使用temporal join时，整个Hive表会被缓存到Slot内存中，然后根据流中的数据对应的key与其进行匹配。使用最新的Hive表进行temporal join不需要进行额外的配置，我们只需要配置一个Hive表缓存的TTL时间，该时间的作用是：当缓存过期时，就会重新扫描Hive表并加载最新的数据。

lookup.join.cache.ttl

尖叫提示：

当使用此种方式时，Hive表必须是有界的lookup表，即非Streaming Source的时态表，换句话说，该表的属性streaming-source.enable = false。
如果要使用Streaming Source的时态表，记得配置streaming-source.monitor-interval的值，即数据更新的时间间隔。

默认值：60min
解释：表示缓存时间。由于 Hive 维表会把维表所有数据缓存在 TM 的内存中，当维表数据量很大时，很容易造成 OOM。当然TTL的时间也不能太短，因为会频繁地加载数据，从而影响性能。

-- Hive维表数据使用批处理的方式按天装载
SET table.sql-dialect=hive;
CREATE TABLE dimension_table (
  product_id STRING,
  product_name STRING,
  unit_price DECIMAL(10, 4),
  pv_count BIGINT,
  like_count BIGINT,
  comment_count BIGINT,
  update_time TIMESTAMP(3),
  update_user STRING,
  ...
) TBLPROPERTIES (
  'streaming-source.enable' = 'false', -- 关闭streaming source
  'streaming-source.partition.include' = 'all',  -- 读取所有数据
  'lookup.join.cache.ttl' = '12 h'
);
-- kafka事实表
SET table.sql-dialect=default;
CREATE TABLE orders_table (
  order_id STRING,
  order_amount DOUBLE,
  product_id STRING,
  log_ts TIMESTAMP(3),
  proctime as PROCTIME()
) WITH (...);

-- Hive维表join，Flink会加载该维表的所有数据到内存中
SELECT *
FROM orders_table AS orders
JOIN dimension_table FOR SYSTEM_TIME AS OF orders.proctime AS dim
ON orders.product_id = dim.product_id;

尖叫提示：

-每一个子任务都需要缓存一份维表的全量数据，一定要确保TM的task Slot 大小能够容纳维表的数据量；
-推荐将streaming-source.monitor-interval和lookup.join.cache.ttl的值设为一个较大的数，因为频繁的更新和加载数据会影响性能。
-当缓存的维表数据需要重新刷新时，目前的做法是将整个表进行加载，因此不能够将新数据与旧数据区分开来。

Hive维表JOIN示例
假设维表的数据是通过批处理的方式(比如每天)装载至Hive中，而Kafka中的事实流数据需要与该维表进行JOIN，从而构建一个宽表数据，这个时候就可以使用Hive的维表JOIN。

创建一张kafka数据源表,实时流

SET table.sql-dialect=default;
CREATE TABLE fact_user_behavior ( 
    `user_id` BIGINT, -- 用户id
    `item_id` BIGINT, -- 商品id
    `action` STRING, -- 用户行为
    `province` INT, -- 用户所在的省份
    `ts` BIGINT, -- 用户行为发生的时间戳
    `proctime` AS PROCTIME(), -- 通过计算列产生一个处理时间列
    `eventTime` AS TO_TIMESTAMP(FROM_UNIXTIME(ts, 'yyyy-MM-dd HH:mm:ss')), -- 事件时间
     WATERMARK FOR eventTime AS eventTime - INTERVAL '5' SECOND  -- 定义watermark
 ) WITH ( 
    'connector' = 'kafka', -- 使用 kafka connector
    'topic' = 'user_behaviors', -- kafka主题
    'scan.startup.mode' = 'earliest-offset', -- 偏移量
    'properties.group.id' = 'group1', -- 消费者组
    'properties.bootstrap.servers' = 'kms-2:9092,kms-3:9092,kms-4:9092', 
    'format' = 'json', -- 数据源格式为json
    'json.fail-on-missing-field' = 'true',
    'json.ignore-parse-errors' = 'false'
);

创建一张Hive维表

SET table.sql-dialect=hive;
CREATE TABLE dim_item (
  item_id BIGINT,
  item_name STRING,
  unit_price DECIMAL(10, 4)
) PARTITIONED BY (dt STRING) TBLPROPERTIES (
  'streaming-source.enable' = 'true',
  'streaming-source.partition.include' = 'latest',
  'streaming-source.monitor-interval' = '12 h',
  'streaming-source.partition-order' = 'partition-name'
);

关联Hive维表的最新数据

SELECT 
    fact.item_id,
    dim.item_name,
    count(*) AS buy_cnt
FROM fact_user_behavior AS fact
LEFT JOIN dim_item FOR SYSTEM_TIME AS OF fact.proctime AS dim
ON fact.item_id = dim.item_id
WHERE fact.action = 'buy'
GROUP BY fact.item_id,dim.item_name;

使用SQL Hint方式，关联非分区的Hive维表：

set table.dynamic-table-options.enabled= true; 
SELECT 
    fact.item_id,
    dim.item_name,
    count(*) AS buy_cnt
FROM fact_user_behavior AS fact
LEFT JOIN dim_item1
/*+ OPTIONS('streaming-source.enable'='false',             
    'streaming-source.partition.include' = 'all',
    'lookup.join.cache.ttl' = '12 h') */
FOR SYSTEM_TIME AS OF fact.proctime AS dim
ON fact.item_id = dim.item_id
WHERE fact.action = 'buy'
GROUP BY fact.item_id,dim.item_name;

总结
本文以最新版本的Flink1.12为例，介绍了Flink读写Hive的不同方式，并对每种方式给出了相应的使用示例。在实际应用中，通常有将实时数据流与 Hive 维表 join 来构造宽表的需求，Flink提供了Hive维表JOIN，可以简化用户使用的复杂度。本文在最后详细说明了Flink进行Hive维表JOIN的基本步骤以及使用示例，希望对你有所帮助。

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