40、Flink 的Apache Kafka connector（kafka sink的介绍及使用示例）-2_kafka sink connector

Flink 系列文章

一、Flink 专栏

Flink 专栏系统介绍某一知识点，并辅以具体的示例进行说明。

• 1、Flink 部署系列
  本部分介绍Flink的部署、配置相关基础内容。

• 2、Flink基础系列
  本部分介绍Flink 的基础部分，比如术语、架构、编程模型、编程指南、基本的datastream api用法、四大基石等内容。

• 3、Flik Table API和SQL基础系列
  本部分介绍Flink Table Api和SQL的基本用法，比如Table API和SQL创建库、表用法、查询、窗口函数、catalog等等内容。

• 4、Flik Table API和SQL提高与应用系列
  本部分是table api 和sql的应用部分，和实际的生产应用联系更为密切，以及有一定开发难度的内容。

• 5、Flink 监控系列
  本部分和实际的运维、监控工作相关。

二、Flink 示例专栏

Flink 示例专栏是 Flink 专栏的辅助说明，一般不会介绍知识点的信息，更多的是提供一个一个可以具体使用的示例。本专栏不再分目录，通过链接即可看出介绍的内容。

两专栏的所有文章入口点击：Flink 系列文章汇总索引

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本文介绍了kafka的版本功能更能换、作为sink的使用、连接器的指标、身份认证、版本升级和问题排查几个主要 方面，关于常用的功能均以可运行的示例进行展示并提供完整的验证步骤。
本专题为了便于阅读以及整体查阅分为三个部分：
40、Flink 的Apache Kafka connector（kafka source的介绍及使用示例）-1
40、Flink 的Apache Kafka connector（kafka sink的介绍及使用示例）-2
40、Flink 的Apache Kafka connector（kafka source 和sink 说明及使用示例） 完整版
本文依赖kafka集群能正常使用。
本文分为9个部分，即sink、producer/source（Flink版本升级）、连接器指标、身份认证、版本升级及问题排查。
本文的示例是在Flink 1.17版本中运行。

一、Apache Kafka 连接器

Flink 提供了 Apache Kafka 连接器使用精确一次（Exactly-once）的语义在 Kafka topic 中读取和写入数据。

3、kafka sourcefunction

FlinkKafkaConsumer 已被弃用并将在 Flink 1.17 中移除，请改用 KafkaSource。
1.13版本的实现参考本文开头的示例。

4、kafka sink

KafkaSink 可将数据流写入一个或多个 Kafka topic。

1）、使用示例

Kafka sink 提供了构建类来创建 KafkaSink 的实例。

以下代码片段展示了如何将字符串数据按照至少一次（at lease once）的语义保证写入 Kafka topic：

1、Flink 1.13版本实现

• 实现代码

import java.util.Properties;
import java.util.Random;

import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction;
import org.apache.flink.api.common.functions.MapFunction;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.SingleOutputStreamOperator;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaProducer;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.internals.KeyedSerializationSchemaWrapper;
import org.apache.flink.streaming.util.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.util.Collector;

/**
 * @author alanchan
 *
 */
public class TestKafkaSinkDemo {

	public static void test1() throws Exception {
		// 1、env
		StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

		// 2、source-主题:alan_source
		// 准备kafka连接参数
		Properties propSource = new Properties();
		propSource.setProperty("bootstrap.servers", "server1:9092,server2:9092,server3:9092");// 集群地址
		propSource.setProperty("group.id", "flink_kafka");
		propSource.setProperty("auto.offset.reset", "latest");
		propSource.setProperty("flink.partition-discovery.interval-millis", "5000");
		propSource.setProperty("enable.auto.commit", "true");
		// 自动提交的时间间隔
		propSource.setProperty("auto.commit.interval.ms", "2000");

		FlinkKafkaConsumer<String> kafkaSource = new FlinkKafkaConsumer<String>("alan_source", new SimpleStringSchema(), propSource);

		// 使用kafkaSource
		DataStream<String> kafkaDS = env.addSource(kafkaSource);

		// 3、transformation-统计单词个数
		SingleOutputStreamOperator<String> result = kafkaDS.flatMap(new FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>>() {
			private Random ran = new Random();

			@Override
			public void flatMap(String value, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) throws Exception {
				String[] arr = value.split(",");
				for (String word : arr) {
					out.collect(Tuple2.of(word, 1));
				}
			}
		}).keyBy(t -> t.f0).sum(1).map(new MapFunction<Tuple2<String, Integer>, String>() {
			@Override
			public String map(Tuple2<String, Integer> value) throws Exception {
				System.out.println("输出：" + value.f0 + "->" + value.f1);
				return value.f0 + "->" + value.f1;
			}
		});

		// 4、sink-主题alan_sink
		Properties propSink = new Properties();
		propSink.setProperty("bootstrap.servers", "server1:9092,server2:9092,server3:9092");
		propSink.setProperty("transaction.timeout.ms", "5000");

		FlinkKafkaProducer<String> kafkaSink = new FlinkKafkaProducer<>("alan_sink", new KeyedSerializationSchemaWrapper(new SimpleStringSchema()), propSink,
				FlinkKafkaProducer.Semantic.EXACTLY_ONCE); // fault-tolerance

		result.addSink(kafkaSink);

		// 5、execute
		env.execute();
	}

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		test1();
	}

}
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• 验证
  1、创建kafka 主题 alan_source 和 alan_sink
  2、驱动程序，观察运行控制台
  3、通过命令往alan_source 写入数据，同时消费 alan_sink 主题的数据

## kafka生产数据
[alanchan@server2 bin]$ kafka-console-producer.sh --broker-list server1:9092 --topic alan_source
>alan,alach,alanchan,hello
>alan_chan,hi,flink
>alan,flink,good
>alan,alach,alanchan,hello
>hello,123
>

## kafka消费数据
[alanchan@server2 bin]$ kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server server1:9092 --topic alan_sink --from-beginning
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flink->1
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4、应用程序控制台输出

2、Flink 1.17版本实现

• 代码实现

import java.util.Properties;
import java.util.Random;

import org.apache.flink.api.common.eventtime.WatermarkStrategy;
import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction;
import org.apache.flink.api.common.functions.MapFunction;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.connector.base.DeliveryGuarantee;
import org.apache.flink.connector.kafka.sink.KafkaRecordSerializationSchema;
import org.apache.flink.connector.kafka.sink.KafkaSink;
import org.apache.flink.connector.kafka.source.KafkaSource;
import org.apache.flink.connector.kafka.source.enumerator.initializer.OffsetsInitializer;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.SingleOutputStreamOperator;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaProducer;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.internals.KeyedSerializationSchemaWrapper;
import org.apache.flink.streaming.util.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.util.Collector;

/**
 * @author alanchan
 *
 */
public class TestKafkaSinkDemo {

	public static void test2() throws Exception {
		// 1、env
		StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
		
		// 2、 source
		KafkaSource<String> source = KafkaSource.<String>builder()
																				.setBootstrapServers("server1:9092,server2:9092,server3:9092")
																				.setTopics("alan_nsource")
																				.setGroupId("flink_kafka")
																				.setStartingOffsets(OffsetsInitializer.earliest()).setValueOnlyDeserializer(new SimpleStringSchema())
																				.build();

		DataStream<String> kafkaDS = env.fromSource(source, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "Kafka Source");
		
		
		// 3、 transformation
		DataStream<String> result = kafkaDS.flatMap(new FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>>() {
			@Override
			public void flatMap(String value, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) throws Exception {
				String[] arr = value.split(",");
				for (String word : arr) {
					out.collect(Tuple2.of(word, 1));
				}
			}
		}).keyBy(t -> t.f0).sum(1).map(new MapFunction<Tuple2<String, Integer>, String>() {
			@Override
			public String map(Tuple2<String, Integer> value) throws Exception {
				System.out.println("输出：" + value.f0 + "->" + value.f1);
				return value.f0 + "->" + value.f1;
			}
		});
		
		// 4、 sink
		KafkaSink<String> kafkaSink = KafkaSink.<String>builder()
		        .setBootstrapServers("server1:9092,server2:9092,server3:9092")
		        .setRecordSerializer(KafkaRecordSerializationSchema.builder()
		            .setTopic("alan_nsink")
		            .setValueSerializationSchema(new SimpleStringSchema())
		            .build()
		        )
		        .setDeliveryGuarantee(DeliveryGuarantee.AT_LEAST_ONCE)
		        .build();
		
		result.sinkTo(kafkaSink);
		
		// 5、execute
		env.execute();
		
	}

	public static void main(String[] args) throws Exception {
//		test1();
		test2();
	}

}

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• 验证
  1、创建kafka 主题 alan_nsource 和 alan_nsink
  2、驱动程序，观察运行控制台
  3、通过命令往alan_nsource 写入数据，同时消费 alan_nsink 主题的数据

## kafka生产数据
[alanchan@server2 bin]$ kafka-console-producer.sh --broker-list server1:9092 --topic alan_nsource
>alan,alach,alanchan,hello
>alan_chan,hi,flink
>alan,flink,good
>alan,alach,alanchan,hello
>hello,123
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## kafka消费数据
[alanchan@server2 bin]$ kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server server1:9092 --topic alan_nsink --from-beginning
alanchan->1
hello->1
alan->1
alach->1
flink->1
alan_chan->1
hi->1
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4、应用程序控制台输出

3、说明

以下属性在构建 KafkaSink 时是必须指定的：

• Bootstrap servers, setBootstrapServers(String)
• 消息序列化器（Serializer）, setRecordSerializer(KafkaRecordSerializationSchema)
• 如果使用DeliveryGuarantee.EXACTLY_ONCE 的语义保证，则需要使用 setTransactionalIdPrefix(String)

2）、序列化器

构建时需要提供 KafkaRecordSerializationSchema 来将输入数据转换为 Kafka 的 ProducerRecord。Flink 提供了 schema 构建器 以提供一些通用的组件，例如消息键（key）/消息体（value）序列化、topic 选择、消息分区，同样也可以通过实现对应的接口来进行更丰富的控制。

KafkaRecordSerializationSchema.builder()
		        	    .setTopicSelector(new TopicSelector() {
		        			@Override
		        			public String apply(Object t) {
		        				//设置选择的 topic 
		        				return "alan_nsink";
		        			}})
		        	    .setValueSerializationSchema(new SimpleStringSchema())
		        	    .setKeySerializationSchema(new SimpleStringSchema())
		        	    .setPartitioner(new FlinkFixedPartitioner())
		        	    .build()
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• 示例代码

import java.util.Properties;
import java.util.Random;

import org.apache.flink.api.common.eventtime.WatermarkStrategy;
import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction;
import org.apache.flink.api.common.functions.MapFunction;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.connector.base.DeliveryGuarantee;
import org.apache.flink.connector.kafka.sink.KafkaRecordSerializationSchema;
import org.apache.flink.connector.kafka.sink.KafkaSink;
import org.apache.flink.connector.kafka.sink.TopicSelector;
import org.apache.flink.connector.kafka.source.KafkaSource;
import org.apache.flink.connector.kafka.source.enumerator.initializer.OffsetsInitializer;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.SingleOutputStreamOperator;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaProducer;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.internals.KeyedSerializationSchemaWrapper;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.partitioner.FlinkFixedPartitioner;
import org.apache.flink.streaming.util.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.util.Collector;

/**
 * @author alanchan
 *
 */
public class TestKafkaSinkDemo {

	public static void test3() throws Exception {
		// 1、env
		StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
		
		// 2、 source
		KafkaSource<String> source = KafkaSource.<String>builder()
																				.setBootstrapServers("server1:9092,server2:9092,server3:9092")
																				.setTopics("alan_nsource")
																				.setGroupId("flink_kafka")
																				.setStartingOffsets(OffsetsInitializer.earliest()).setValueOnlyDeserializer(new SimpleStringSchema())
																				.build();

		DataStream<String> kafkaDS = env.fromSource(source, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "Kafka Source");
		
		
		// 3、 transformation
		DataStream<String> result = kafkaDS.flatMap(new FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>>() {
			@Override
			public void flatMap(String value, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) throws Exception {
				String[] arr = value.split(",");
				for (String word : arr) {
					out.collect(Tuple2.of(word, 1));
				}
			}
		}).keyBy(t -> t.f0).sum(1).map(new MapFunction<Tuple2<String, Integer>, String>() {
			@Override
			public String map(Tuple2<String, Integer> value) throws Exception {
				System.out.println("输出：" + value.f0 + "->" + value.f1);
				return value.f0 + "->" + value.f1;
			}
		});
		
		// 4、 sink
		KafkaSink<String> kafkaSink = KafkaSink.<String>builder()
		        .setBootstrapServers("server1:9092,server2:9092,server3:9092")
		        .setRecordSerializer(KafkaRecordSerializationSchema.builder()
		        	    .setTopicSelector(new TopicSelector() {
		        			@Override
		        			public String apply(Object t) {
		        				//设置选择的 topic 
		        				return "alan_nsink";
		        			}})
		        	    .setValueSerializationSchema(new SimpleStringSchema())
		        	    .setKeySerializationSchema(new SimpleStringSchema())
		        	    .setPartitioner(new FlinkFixedPartitioner())
		        	    .build()
		        )
		        .setDeliveryGuarantee(DeliveryGuarantee.AT_LEAST_ONCE)
		        .build();

		result.sinkTo(kafkaSink);
		
		// 5、execute
		env.execute();
		
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		test3();
	}

}

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• 验证
  1、创建kafka 主题 alan_nsource 和 alan_nsink
  2、驱动程序，观察运行控制台
  3、通过命令往alan_nsource 写入数据，同时消费 alan_nsink 主题的数据

## kafka生产数据
[alanchan@server2 bin]$ kafka-console-producer.sh --broker-list server1:9092 --topic alan_nsource
>alan,alach,alanchan,hello
>alan_chan,hi,flink
>alan,flink,good
>alan,alach,alanchan,hello
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## kafka消费数据
[alanchan@server2 bin]$ kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server server1:9092 --topic alan_nsink --from-beginning
alanchan->1
hello->1
alan->1
alach->1
flink->1
alan_chan->1
hi->1
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4、应用程序控制台输出

其中消息体（value）序列化方法和 topic 的选择方法是必须指定的，此外也可以通过 setKafkaKeySerializer(Serializer) 或 setKafkaValueSerializer(Serializer) 来使用 Kafka 提供而非 Flink 提供的序列化器。

3）、容错

KafkaSink 总共支持三种不同的语义保证（DeliveryGuarantee）。对于 DeliveryGuarantee.AT_LEAST_ONCE 和 DeliveryGuarantee.EXACTLY_ONCE，Flink checkpoint 必须启用。

默认情况下 KafkaSink 使用 DeliveryGuarantee.NONE。

以下是对不同语义保证的解释：

• DeliveryGuarantee.NONE 不提供任何保证：消息有可能会因 Kafka broker 的原因发生丢失或因 Flink 的故障发生重复。
• DeliveryGuarantee.AT_LEAST_ONCE: sink 在 checkpoint 时会等待 Kafka 缓冲区中的数据全部被 Kafka producer 确认。消息不会因 Kafka broker 端发生的事件而丢失，但可能会在 Flink 重启时重复，因为 Flink 会重新处理旧数据。
• DeliveryGuarantee.EXACTLY_ONCE: 该模式下，Kafka sink 会将所有数据通过在 checkpoint 时提交的事务写入。因此，如果 consumer 只读取已提交的数据（参见 Kafka consumer 配置 isolation.level），在 Flink 发生重启时不会发生数据重复。然而这会使数据在 checkpoint 完成时才会可见，因此请按需调整 checkpoint 的间隔。请确认事务 ID 的前缀（transactionIdPrefix）对不同的应用是唯一的，以保证不同作业的事务 不会互相影响！此外，强烈建议将 Kafka 的事务超时时间调整至远大于 checkpoint 最大间隔 + 最大重启时间，否则 Kafka 对未提交事务的过期处理会导致数据丢失。

关于容错，请参考文章：9、Flink四大基石之Checkpoint容错机制详解及示例（checkpoint配置、重启策略、手动恢复checkpoint和savepoint）

4）、监控

Kafka sink 会在不同的范围（Scope）中汇报下列指标。

5、kafka producer

FlinkKafkaProducer 已被弃用并将在 Flink 1.15 中移除，请改用 KafkaSink。

关于Flink 1.13版本的实现，请参考上文中的示例。

6、kafka 连接器指标

Flink 的 Kafka 连接器通过 Flink 的指标系统提供一些指标来帮助分析 connector 的行为。 各个版本的 Kafka producer 和 consumer 会通过 Flink 的指标系统汇报 Kafka 内部的指标。 该 Kafka 文档列出了所有汇报的指标。

同样也可通过将 Kafka source 在该章节描述的 register.consumer.metrics，或 Kafka sink 的 register.producer.metrics 配置设置为 false 来关闭 Kafka 指标的注册。

7、启用 Kerberos 身份验证

Flink 通过 Kafka 连接器提供了一流的支持，可以对 Kerberos 配置的 Kafka 安装进行身份验证。只需在 flink-conf.yaml 中配置 Flink。
像这样为 Kafka 启用 Kerberos 身份验证：

1、通过设置以下内容配置 Kerberos 票据

• security.kerberos.login.use-ticket-cache：默认情况下，这个值是 true，Flink 将尝试在 kinit 管理的票据缓存中使用 Kerberos 票据。注意！在 YARN 上部署的 Flink jobs 中使用 Kafka 连接器时，使用票据缓存的 Kerberos 授权将不起作用。
• security.kerberos.login.keytab 和 security.kerberos.login.principal：要使用 Kerberos keytabs，需为这两个属性设置值。

2、将 KafkaClient 追加到 security.kerberos.login.contexts：这告诉 Flink 将配置的 Kerberos 票据提供给 Kafka 登录上下文以用于 Kafka 身份验证。

一旦启用了基于 Kerberos 的 Flink 安全性后，只需在提供的属性配置中包含以下两个设置（通过传递给内部 Kafka 客户端），即可使用 Flink Kafka Consumer 或 Producer 向 Kafk a进行身份验证：

• 将 security.protocol 设置为 SASL_PLAINTEXT（默认为 NONE）：用于与 Kafka broker 进行通信的协议。使用独立 Flink 部署时，也可以使用 SASL_SSL；请在此处查看如何为 SSL 配置 Kafka 客户端。
• 将 sasl.kerberos.service.name 设置为 kafka（默认为 kafka）：此值应与用于 Kafka broker 配置的 sasl.kerberos.service.name 相匹配。客户端和服务器配置之间的服务名称不匹配将导致身份验证失败。

有关 Kerberos 安全性 Flink 配置的更多信息，请参见这里。你也可以在这里进一步了解 Flink 如何在内部设置基于 kerberos 的安全性。

该部分由于没有环境，未做验证，内容来至于官网。将来拟计划以专栏的形式介绍该部分内容。

8、升级到最近的连接器版本

通用的升级步骤概述见 升级 Jobs 和 Flink 版本指南。对于 Kafka，你还需要遵循这些步骤：

• 不要同时升级 Flink 和 Kafka 连接器
• 确保你对 Consumer 设置了 group.id
• 在 Consumer 上设置 setCommitOffsetsOnCheckpoints(true)，以便读 offset 提交到 Kafka。务必在停止和恢复 savepoint 前执行此操作。你可能需要在旧的连接器版本上进行停止/重启循环来启用此设置。
• 在 Consumer 上设置 setStartFromGroupOffsets(true)，以便我们从 Kafka 获取读 offset。这只会在 Flink 状态中没有读 offset 时生效，这也是为什么下一步非要重要的原因。
• 修改 source/sink 分配到的 uid。这会确保新的 source/sink 不会从旧的 sink/source 算子中读取状态。
• 使用 --allow-non-restored-state 参数启动新 job，因为我们在 savepoint 中仍然有先前连接器版本的状态。

9、问题排查

如果在使用 Flink 时对 Kafka 有问题，Flink 只封装 KafkaConsumer 或 KafkaProducer，你的问题可能独立于 Flink，有时可以通过升级 Kafka broker 程序、重新配置 Kafka broker 程序或在 Flink 中重新配置 KafkaConsumer 或 KafkaProducer 来解决。

一句话，大概是kafka的问题或配置的kafka的问题，和flink关系不大。

下面列出了一些常见问题的示例。

1）、数据丢失

根据你的 Kafka 配置，即使在 Kafka 确认写入后，你仍然可能会遇到数据丢失。特别要记住在 Kafka 的配置中设置以下属性：

• acks
• log.flush.interval.messages
• log.flush.interval.ms
• log.flush.*

上述选项的默认值是很容易导致数据丢失的。请参考 Kafka 文档以获得更多的解释。

2）、UnknownTopicOrPartitionException

导致此错误的一个可能原因是正在进行新的 leader 选举，例如在重新启动 Kafka broker 之后或期间。这是一个可重试的异常，因此 Flink job 应该能够重启并恢复正常运行。也可以通过更改 producer 设置中的 retries 属性来规避。但是，这可能会导致重新排序消息，反过来可以通过将 max.in.flight.requests.per.connection 设置为 1 来避免不需要的消息。

3）、ProducerFencedException

这个错误是由于 FlinkKafkaProducer 所生成的 transactional.id 与其他应用所使用的的产生了冲突。多数情况下，由于 FlinkKafkaProducer 产生的 ID 都是以 taskName + “-” + operatorUid 为前缀的，这些产生冲突的应用也是使用了相同 Job Graph 的 Flink Job。 我们可以使用 setTransactionalIdPrefix() 方法来覆盖默认的行为，为每个不同的 Job 分配不同的 transactional.id 前缀来解决这个问题。

以上，本文介绍了kafka的版本功能更能换、作为sink的使用、连接器的指标、身份认证、版本升级和问题排查几个主要 方面，关于常用的功能均以可运行的示例进行展示并提供完整的验证步骤。
本专题为了便于阅读以及整体查阅分为三个部分：
40、Flink 的Apache Kafka connector（kafka source的介绍及使用示例）-1
40、Flink 的Apache Kafka connector（kafka sink的介绍及使用示例）-2
40、Flink 的Apache Kafka connector（kafka source 和sink 说明及使用示例） 完整版