Flink WindowOperator 源码分析_flink operator类图

0x1 摘要

WindowOperator可以说是Flink窗口功能非常核心核心的类，是窗口功能源码的一条主线，延着这条主线去慢慢看源码会轻松很多。注：此文基于Flink 1.4.2 版本源码。

0x2 WindowOperator 类结构分析

先来看一下类结构图，可以使用idea来生成类图，下图经过稍微加工，去掉一些不重要类的结构图：

我们核心重点关注以下一个接口：

• OneInputStreamOperator

public interface OneInputStreamOperator<IN, OUT> extends StreamOperator<OUT> {
 /**
  * Processes one element that arrived at this operator.
  * This method is guaranteed to not be called concurrently with other methods of the operator.
  */
 void processElement(StreamRecord<IN> element) throws Exception;
 
 /**
  * Processes a {@link Watermark}.
  * This method is guaranteed to not be called concurrently with other methods of the operator.
  *
  * @see org.apache.flink.streaming.api.watermark.Watermark
  */
 void processWatermark(Watermark mark) throws Exception;
 
 void processLatencyMarker(LatencyMarker latencyMarker) throws Exception;
}

0x3 OneInputStreamOperator 具体实现分析

此接口三个方法WindowOperator类只实现了processElement方法，其余两个方法实现全部在AbstractStreamOperator抽象类中，此文不去讲解，此文重点介绍processElement方法，这个方法也是最重要的方法。

从方法注释可以看出，每一条消息过来都会调用此方法，此方法主体很清晰，看下面条件判断语句：

final Collection<W> elementWindows = windowAssigner.assignWindows(
    element.getValue(), element.getTimestamp(), windowAssignerContext);
 
//if element is handled by none of assigned elementWindows
boolean isSkippedElement = true;
 
final K key = this.<K>getKeyedStateBackend().getCurrentKey();
 
if (windowAssigner instanceof MergingWindowAssigner) {
    ...
} else {
    ...
}
 
// side output input event if
// element not handled by any window
// late arriving tag has been set
// windowAssigner is event time and current timestamp + allowed lateness no less than element timestamp
if (isSkippedElement && isElementLate(element)) {
    if (lateDataOutputTag != null){
        sideOutput(element);
    } else {
        this.numLateRecordsDropped.inc();
    }
}

分为合并窗口分配器和非合并窗口分配器，我们平时使用的TumblingProcessingTimeWindows都属于非合并窗口，今天就介绍非合并窗口，即代码中else逻辑。
原代码如下：

for (W window: elementWindows) {
 
    // drop if the window is already late
    if (isWindowLate(window)) {
        continue;
    }
    isSkippedElement = false;
 
    windowState.setCurrentNamespace(window);
    windowState.add(element.getValue());
 
    triggerContext.key = key;
    triggerContext.window = window;
 
    TriggerResult triggerResult = triggerContext.onElement(element);
 
    if (triggerResult.isFire()) {
        ACC contents = windowState.get();
        if (contents == null) {
            continue;
        }
        emitWindowContents(window, contents);
    }
 
    if (triggerResult.isPurge()) {
        windowState.clear();
    }
    registerCleanupTimer(window);
}

第一步：判断窗口是否延迟，如果延迟直接踩过，判断延迟的逻辑相对简单可自行查看源码
第二步：设置isSkippedElement标志位，此标志位等于false说明，当前元素可以匹配到窗口，true说明匹配不到窗口，后面会有处理逻辑
第三步：下面四行代码是一些状态设置
第四步：根据当前元素返回一个触发器结果
第五步：判断触发器结果是否需要执行，如果需要执行，则调用emitWindowContents方法执行
第六步：判断是否需要清理窗口状态信息
第七步：注册清除定时器

protected void registerCleanupTimer(W window) {
    long cleanupTime = cleanupTime(window);
    if (cleanupTime == Long.MAX_VALUE) {
        // don't set a GC timer for "end of time"
        return;
    }
 
    if (windowAssigner.isEventTime()) {
        triggerContext.registerEventTimeTimer(cleanupTime);
    } else {
        triggerContext.registerProcessingTimeTimer(cleanupTime);
    }
}

首先计算清除时间：

private long cleanupTime(W window) {
    if (windowAssigner.isEventTime()) {
        long cleanupTime = window.maxTimestamp() + allowedLateness;
        return cleanupTime >= window.maxTimestamp() ? cleanupTime : Long.MAX_VALUE;
    } else {
        return window.maxTimestamp();
    }
}

如果是事件时间则需要算上允许延迟时间，调用triggerContext注册Time

注：processElement方法开头代码

final Collection<W> elementWindows = windowAssigner.assignWindows(
    element.getValue(), element.getTimestamp(), windowAssignerContext);

这段代码是窗口的分配，后面单独文章来分析窗口分配实现原理。

0x4 结束语

整个WindowOperator核心流程代码不多，但代码量还是比较大，里面涉及到窗口分配、时间触发器，每个点都涉及比较多的源码，不能一次性去讲完，需要慢慢去挖。