flink（二） 电商用户行为分析（二）实时热门商品统计（计算最热门 Top N 商品）

1.简介

　　首先要实现的是实时热门商品统计，我们将会基于 UserBehavior 数据集来进行分析。

　　项目主体用 Scala 编写，采用 IDEA 作为开发环境进行项目编写，采用 maven作为项目构建和管理工具。首先我们需要搭建项目框架。

2 创建 Maven 项目

2.1 项目框架搭建

　　打开 IDEA，创建一个 maven 项目，命名为 UserBehaviorAnalysis。由于包含了多个模块，我们可以以 UserBehaviorAnalysis 作为父项目，并在其下建一个名为

HotItemsAnalysis 的子项目，用于实时统计热门 top N 商品。

　　在 UserBehaviorAnalysis 下 新 建 一 个 maven module 作 为 子 项 目 ， 命 名 为HotItemsAnalysis。

　　父项目只是为了规范化项目结构，方便依赖管理，本身是不需要代码实现的，所以 UserBehaviorAnalysis 下的 src 文件夹可以删掉。

2.2 声明项目中工具的版本信息

　　我们整个项目需要的工具的不同版本可能会对程序运行造成影响，所以应该在最外层的 UserBehaviorAnalysis 中声明所有子模块共用的版本信息。

　　在 pom.xml 中加入以下配置：

       UserBehaviorAnalysis\pom.xml

    <properties>
        <flink.version>1.10.0</flink.version>
        <scala.binary.version>2.11</scala.binary.version>
        <kafka.version>2.2.0</kafka.version>
    </properties>

2.3 添加项目依赖

对 于 整 个 项 目 而 言 ， 所 有 模 块 都 会 用 到 flink 相 关 的 组 件 ， 所 以 我们在UserBehaviorAnalysis 中引入公有依赖：

UserBehaviorAnalysis/pom.xml

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.flink</groupId>
            <artifactId>flink-scala_${scala.binary.version}</artifactId>
            <version>${flink.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.flink</groupId>
            <artifactId>flink-streaming-scala_${scala.binary.version}</artifactId>
            <version>${flink.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.kafka</groupId>
            <artifactId>kafka_${scala.binary.version}</artifactId>
            <version>${kafka.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.flink</groupId>
            <artifactId>flink-connector-kafka_${scala.binary.version}</artifactId>
            <version>${flink.version}</version>
        </dependency>
    </dependencies>

同样，对于 maven 项目的构建，可以引入公有的插件：

    <build>
    <plugins>
    <!-- 该插件用于将 Scala 代码编译成 class 文件 -->
    <plugin>
        <groupId>net.alchim31.maven</groupId>
        <artifactId>scala-maven-plugin</artifactId>
        <version>3.4.6</version>
        <executions>
            <execution>
                <!-- 声明绑定到 maven 的 compile 阶段 -->
                <goals>
                    <goal>testCompile</goal>
                </goals>
            </execution>
        </executions>
    </plugin>
    <plugin>
        <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
        <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
        <version>3.0.0</version>
    <configuration>
        <descriptorRefs>
            <descriptorRef>
                jar-with-dependencies
            </descriptorRef>
        </descriptorRefs>
    </configuration>
        <executions>
            <execution>
                <id>make-assembly</id>
                <phase>package</phase>
                <goals>
                    <goal>single</goal>
                </goals>
            </execution>
        </executions>
    </plugin>
    </plugins>
    </build>

在 HotItemsAnalysis 子模块中，我们并没有引入更多的依赖，所以不需要改动pom 文件。

2.4 数据准备

　　在 src/main/目录下，可以看到已有的默认源文件目录是 java，我们可以将其改名为 scala。将数据文件 UserBehavior.csv 复制到资源文件目录 src/main/resources 下，

我们将从这里读取数据。

至此，我们的准备工作都已完成，接下来可以写代码了。

3  模块代码实现

计算最热门 Top N 商品

　　为了统计每个窗口下最热门的商品，我们需要再次按窗口进行分组，这里根据ItemViewCount 中的 windowEnd 进行 keyBy()操作。然后使用 ProcessFunction 实现

一个自定义的 TopN 函数 TopNHotItems 来计算点击量排名前 5 名的商品，并将排名结果格式化成字符串，便于后续输出。

 

package com.atguigu.hotitems_analysis


import java.util.Properties

import com.sun.jmx.snmp.Timestamp
import org.apache.flink.api.common.functions.AggregateFunction
import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema
import org.apache.flink.api.common.state.{ListState, ListStateDescriptor}
import org.apache.flink.api.java.tuple.{Tuple, Tuple1}
import org.apache.flink.streaming.api.TimeCharacteristic
import org.apache.flink.streaming.api.functions.KeyedProcessFunction
import org.apache.flink.streaming.api.scala._
import org.apache.flink.streaming.api.scala.function.WindowFunction
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.windows.TimeWindow
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer
import org.apache.flink.util.Collector

import scala.collection.mutable.ListBuffer
import scala.tools.cmd.Spec.Accumulator

//定义样例类
case class UserBehavior(userId:Long, itemId:Long, categoryId:Int, behavior:String, timestamp:Long)

//定义窗口聚合结果的样例类
case class ItemViewCount(itemID:Long, windowEnd:Long, count:Long)

object HotItems {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //创建流处理环境
    val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
    env.setParallelism(1)
    env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)

    //从文件读取数据
    //val inputStream:DataStream[String] = env.readTextFile("C:\\Users\\DELL\\IdeaProjects\\UserBehaviorAnalysis\\HotItemAnalysis\\src\\main\\resources\\UserBehavior.csv")
    // 从kafka中读取数据
    val properties = new Properties()
    properties.setProperty("bootstrap.servers","192.168.1.122:9092,192.168.1.133:9092,192.168.1.144:9092")
    properties.setProperty("group.id","consumer-group")
    properties.setProperty("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer")
    properties.setProperty("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer")
    properties.setProperty("auto.offset.reset", "latest")
    val inputStream: DataStream[String] = env.addSource(new FlinkKafkaConsumer[String]("hotitems", new SimpleStringSchema(), properties))



    // 将数据转换成样例类类型，并提取timestamp定义watermark
    val dataStream:DataStream[UserBehavior] = inputStream
      .map(data =>{
        val dataArray = data.split(",")
        UserBehavior(dataArray(0).toLong, dataArray(1).toLong, dataArray(2).toInt, dataArray(3), dataArray(4).toLong)
      })
      .assignAscendingTimestamps(_.timestamp*1000L)

    // 对数据进行转换，过滤出pv行为，开窗聚合统计个数，并自定义单个窗口输出的结果
    val aggStream:DataStream[ItemViewCount] = dataStream
        .filter(_.behavior == "pv")
        .keyBy("itemId")
        .timeWindow(Time.hours(1),Time.minutes(5))
        .aggregate(new CountAgg(),new ItemCountWindowResult())

    //对窗口聚合结果按照窗口进行分组，并做排序取TopN输出
    val resultStream:DataStream[String] = aggStream
        .keyBy("windowEnd")
        .process(new TopNHotItem(5))

    resultStream.print()

    env.execute("hot items job")
  }

}

//自定义预聚合函数
class CountAgg() extends AggregateFunction[UserBehavior, Long, Long]{
  override def add(value: UserBehavior, accumulator: Long): Long = accumulator + 1

  override def createAccumulator(): Long = 0L

  override def getResult(accumulator: Long): Long = accumulator

  override def merge(a: Long, b: Long): Long = a+b

}

class ItemCountWindowResult() extends  WindowFunction[Long, ItemViewCount, Tuple, TimeWindow]{
  override def apply(key: Tuple, window: TimeWindow, input: Iterable[Long], out: Collector[ItemViewCount]): Unit = {
    val itemId = key.asInstanceOf[Tuple1[Long]].f0
    val windEnd = window.getEnd
    val count = input.iterator.next()
    out.collect(ItemViewCount(itemId,windEnd,count))
  }

}

class TopNHotItem(n: Int) extends KeyedProcessFunction[Tuple, ItemViewCount, String]{
  //定义一个ListState，用来保存当前窗口所有的count结果
  lazy val itemCountListState: ListState[ItemViewCount] = getRuntimeContext.getListState(new ListStateDescriptor[ItemViewCount]("itemcount-list", classOf[ItemViewCount]))

  override def processElement(value: ItemViewCount, ctx: KeyedProcessFunction[Tuple, ItemViewCount, String]#Context, collector: Collector[String]): Unit = {
    // 每来一条数据，就把他保存到状态中
    itemCountListState.add(value)

    //注册定时器，在windowEnd+100触发
    ctx.timerService().registerEventTimeTimer(value.windowEnd + 100)


  }

  //定时器触发时，从状态中取数据，然后排序输出
  override def onTimer(timestamp: Long, ctx: KeyedProcessFunction[Tuple, ItemViewCount, String]#OnTimerContext, out: Collector[String]): Unit = {
    // 先把状态的数据提取到一个ListBuffer中
    val allItemCountList: ListBuffer[ItemViewCount] = ListBuffer()
    import scala.collection.JavaConversions._
    for( itemCount <- itemCountListState.get()){
      allItemCountList += itemCount
    }

    //按照count值大小排序
    val sortedItemCountList = allItemCountList.sortBy(_.count)(Ordering.Long.reverse).take(n)

    //清除状态
    itemCountListState.clear()

    //将排名信息格式化成string，方便监控显示
    val result:StringBuilder = new StringBuilder
    result.append("时间： ").append(new Timestamp(timestamp - 100)).append("\n")

    //遍历sorted列表，输出TopN信息
    for(i <- sortedItemCountList.indices){
      //获取当前商品的count信息
      val currentItemCount = sortedItemCountList(i)
      result.append("Top").append(i+1).append(":")
        .append(" 商品ID=").append(currentItemCount.itemID)
        .append(" 访问量=").append(currentItemCount.count)
        .append("\n")
    }

    result.append("====================================\n\n")

    // 控制输出频率
    Thread.sleep(1000)
    out.collect(result.toString())
  }

}