Flink中的TableAPI

   所有用于批处理和流处理的 Table API 和 SQL 程序都遵循相同的模式。下面的代码示例展示了 Table API 和 SQL 程序的通用结构。Table API 和 SQL 查询可以很容易地集成并嵌入到 DataStream 程序中。

一、创建 TableEnvironment

TableEnvironment是TableAPI和SQL的核心概念。它的作用有

• 在内部的 catalog 中注册 Table
• 注册外部的 catalog
• 加载可插拔模块
• 执行 SQL 查询
• 注册自定义函数 （scalar、table 或 aggregation）
• DataStream 和 Table 之间的转换(面向 StreamTableEnvironment )

Table 总是与特定的 TableEnvironment 绑定。 不能在同一条查询中使用不同 TableEnvironment 中的表，例如，对它们进行 join 或 union 操作。 TableEnvironment 可以通过静态方法 TableEnvironment.create() 创建。

EnvironmentSettings settings = EnvironmentSettings
    .newInstance()
    .inStreamingMode()
    //.inBatchMode()
    .build();

TableEnvironment tEnv = TableEnvironment.create(settings);

//或者
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
StreamTableEnvironment tEnv = StreamTableEnvironment.create(env);

二、在 Catalog 中创建表 

TableEnvironment 维护着一个由标识符（identifier）创建的表 catalog 的映射。标识符由三个部分组成：catalog 名称、数据库名称以及对象名称。

Table 可以是虚拟的（视图 VIEWS）也可以是常规的（表 TABLES）。视图 VIEWS可以从已经存在的Table中创建，一般是 Table API 或者 SQL 的查询结果。 表TABLES描述的是外部数据，例如文件、数据库表或者消息队列。

临时表（Temporary Table）和永久表（Permanent Table） 

表可以是临时的，并与单个 Flink 会话（session）的生命周期相关，也可以是永久的，并且在多个 Flink 会话和群集（cluster）中可见。

 永久表 需要 catalog（例如 Hive Metastore）以维护表的元数据。一旦永久表被创建，它将对任何连接到 catalog 的 Flink 会话可见且持续存在，直至被明确删除。

另一方面， 临时表 通常保存于内存中并且仅在创建它们的 Flink 会话持续期间存在。这些表对于其它会话是不可见的。它们不与任何 catalog 或者数据库绑定但可以在一个命名空间（namespace）中创建。即使它们对应的数据库被删除，临时表也不会被删除。

1、创建表

在 SQL 的术语中，Table API 的对象对应于视图（虚拟表）。它封装了一个逻辑查询计划。它可以通过以下方法在 catalog 中创建：

// get a TableEnvironment
TableEnvironment tableEnv = ...; // see "Create a TableEnvironment" section
// table is the result of a simple projection query 
Table projTable = tableEnv.from("X").select(...);
// register the Table projTable as table "projectedTable"
tableEnv.createTemporaryView("projectedTable", projTable);

注意： 从传统数据库系统的角度来看，Table 对象与 VIEW 视图非常像。也就是，定义了 Table 的查询是没有被优化的， 而且会被内嵌到另一个引用了这个注册了的 Table的查询中。如果多个查询都引用了同一个注册了的Table，那么它会被内嵌每个查询中并被执行多次， 也就是说注册了的Table的结果不会被共享。

2、Connector Tables 

另外一个方式去创建 TABLE 是通过 connector 声明。Connector 描述了存储表数据的外部系统。存储系统例如 Apache Kafka 或者常规的文件系统都可以通过这种方式来声明。

// Using table descriptors
final TableDescriptor sourceDescriptor = TableDescriptor.forConnector("datagen")
    .schema(Schema.newBuilder()
    .column("f0", DataTypes.STRING())
    .build())
    .option(DataGenOptions.ROWS_PER_SECOND, 100)
    .build();
tableEnv.createTable("SourceTableA", sourceDescriptor);
tableEnv.createTemporaryTable("SourceTableB", sourceDescriptor);
// Using SQL DDL
tableEnv.executeSql("CREATE [TEMPORARY] TABLE MyTable (...) WITH (...)")

3、扩展表标识符 

表总是通过三元标识符注册，包括 catalog 名、数据库名和表名。

用户可以指定一个 catalog 和数据库作为 “当前catalog” 和"当前数据库"。有了这些，那么刚刚提到的三元标识符的前两个部分就可以被省略了。如果前两部分的标识符没有指定， 那么会使用当前的 catalog 和当前数据库。用户也可以通过 Table API 或 SQL 切换当前的 catalog 和当前的数据库。

标识符遵循 SQL 标准，因此使用时需要用反引号（`）进行转义。

3、查询表

Table API 

Table API 是关于 Scala 和 Java 的集成语言式查询 API。与 SQL 相反，Table API 的查询不是由字符串指定，而是在宿主语言中逐步构建。

// get a TableEnvironment
TableEnvironment tableEnv = ...; // see "Create a TableEnvironment" section

// register Orders table

// scan registered Orders table
Table orders = tableEnv.from("Orders");
// compute revenue for all customers from France
Table revenue = orders
  .filter($("cCountry").isEqual("FRANCE"))
  .groupBy($("cID"), $("cName"))
  .select($("cID"), $("cName"), $("revenue").sum().as("revSum"));

4、SQL

// get a TableEnvironment
TableEnvironment tableEnv = ...; // see "Create a TableEnvironment" section

// register Orders table

// compute revenue for all customers from France
Table revenue = tableEnv.sqlQuery(
    "SELECT cID, cName, SUM(revenue) AS revSum " +
    "FROM Orders " +
    "WHERE cCountry = 'FRANCE' " +
    "GROUP BY cID, cName"
  );

// get a TableEnvironment
TableEnvironment tableEnv = ...; // see "Create a TableEnvironment" section

// register "Orders" table
// register "RevenueFrance" output table

// compute revenue for all customers from France and emit to "RevenueFrance"
tableEnv.executeSql(
    "INSERT INTO RevenueFrance " +
    "SELECT cID, cName, SUM(revenue) AS revSum " +
    "FROM Orders " +
    "WHERE cCountry = 'FRANCE' " +
    "GROUP BY cID, cName"
  );

5、混用 Table API 和 SQL

Table API 和 SQL 查询的混用非常简单因为它们都返回 Table 对象：

• 可以在 SQL 查询返回的 Table 对象上定义 Table API 查询。
• 在 TableEnvironment 中注册的结果表可以在 SQL 查询的 FROM 子句中引用，通过这种方法就可以在 Table API 查询的结果上定义 SQL 查询。

6、输出表

  Table 通过写入 TableSink 输出。TableSink 是一个通用接口，用于支持多种文件格式（如 CSV、Apache Parquet、Apache Avro）、存储系统（如 JDBC、Apache HBase、Apache Cassandra、Elasticsearch）或消息队列系统（如 Apache Kafka、RabbitMQ）。

     批处理 Table 只能写入 BatchTableSink，而流处理 Table 需要指定写入 AppendStreamTableSink，RetractStreamTableSink 或者 UpsertStreamTableSink。

     方法 Table.executeInsert(String tableName) 将 Table 发送至已注册的 TableSink。该方法通过名称在 catalog 中查找 TableSink 并确认Table schema 和 TableSink schema 一致。

// get a TableEnvironment
TableEnvironment tableEnv = ...; // see "Create a TableEnvironment" section

// create an output Table
final Schema schema = Schema.newBuilder()
    .column("a", DataTypes.INT())
    .column("b", DataTypes.STRING())
    .column("c", DataTypes.BIGINT())
    .build();

tableEnv.createTemporaryTable("CsvSinkTable", TableDescriptor.forConnector("filesystem")
    .schema(schema)
    .option("path", "/path/to/file")
    .format(FormatDescriptor.forFormat("csv")
        .option("field-delimiter", "|")
        .build())
    .build());

// compute a result Table using Table API operators and/or SQL queries
Table result = ...

// emit the result Table to the registered TableSink
result.executeInsert("CsvSinkTable");

7、翻译与执行查询

不论输入数据源是流式的还是批式的，Table API 和 SQL 查询都会被转换成 DataStream 程序。 查询在内部表示为逻辑查询计划，并被翻译成两个阶段：

 优化逻辑执行计划

 翻译成 DataStream 

Table API 或者 SQL 查询在下列情况下会被翻译：

• 当 TableEnvironment.executeSql() 被调用时。该方法是用来执行一个 SQL 语句，一旦该方法被调用， SQL 语句立即被翻译。
• 当 Table.executeInsert() 被调用时。该方法是用来将一个表的内容插入到目标表中，一旦该方法被调用， TABLE API 程序立即被翻译。
• 当 Table.execute() 被调用时。该方法是用来将一个表的内容收集到本地，一旦该方法被调用， TABLE API 程序立即被翻译。
• 当 StatementSet.execute() 被调用时。Table （通过 StatementSet.addInsert() 输出给某个 Sink）和 INSERT 语句 （通过调用 StatementSet.addInsertSql()）会先被缓存到 StatementSet 中，StatementSet.execute() 方法被调用时，所有的 sink 会被优化成一张有向无环图。
• 当 Table 被转换成 DataStream 时（参阅与 DataStream 集成）。转换完成后，它就成为一个普通的 DataStream 程序，并会在调用 StreamExecutionEnvironment.execute() 时被执行。

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