Parquet format
- Flink RowData
- Avro Records

Parquet format

Flink 支持读取 Parquet 文件并生成 Flink RowData 和 Avro 记录。要使用 Parquet format，你需要将 flink-parquet 依赖添加到项目中：

<dependency>
    <groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-parquet</artifactId>
    <version>1.15.0</version>
</dependency>

要使用 Avro 格式，你需要将 parquet-avro 依赖添加到项目中：

<dependency>
    <groupId>org.apache.parquet</groupId>
    <artifactId>parquet-avro</artifactId>
    <version>1.12.2</version>
    <optional>true</optional>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
            <artifactId>hadoop-client</artifactId>
        </exclusion>
        <exclusion>
            <groupId>it.unimi.dsi</groupId>
            <artifactId>fastutil</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>

此格式与新的 Source 兼容，可以同时在批和流模式下使用。因此，你可使用此格式处理以下两类数据：

有界数据: 列出所有文件并全部读取。
无界数据：监控目录中出现的新文件

当你开启一个 File Source，会被默认为有界读取。如果你想在连续读取模式下使用 File Source，你必须额外调用 AbstractFileSource.AbstractFileSourceBuilder.monitorContinuously(Duration)。

Vectorized reader

// Parquet rows are decoded in batches
FileSource.forBulkFileFormat(BulkFormat,Path...)
// Monitor the Paths to read data as unbounded data
FileSource.forBulkFileFormat(BulkFormat,Path...)
.monitorContinuously(Duration.ofMillis(5L))
.build();

Avro Parquet reader

// Parquet rows are decoded in batches
FileSource.forRecordStreamFormat(StreamFormat,Path...)
// Monitor the Paths to read data as unbounded data
FileSource.forRecordStreamFormat(StreamFormat,Path...)
        .monitorContinuously(Duration.ofMillis(5L))
        .build();

下面的案例都是基于有界数据的。如果你想在连续读取模式下使用 File Source，你必须额外调用 AbstractFileSource.AbstractFileSourceBuilder.monitorContinuously(Duration)。

Flink RowData

在此示例中，你将创建由 Parquet 格式的记录构成的 Flink RowDatas DataStream。我们把 schema 信息映射为只读字段（“f7”、“f4” 和 “f99”）。每个批次读取 500 条记录。其中，第一个布尔类型的参数用来指定是否需要将时间戳列处理为 UTC。第二个布尔类型参数用来指定在进行 Parquet 字段映射时，是否要区分大小写。这里不需要水印策略，因为记录中不包含事件时间戳。

final LogicalType[] fieldTypes =
        new LogicalType[] {
        new DoubleType(), new IntType(), new VarCharType()
        };
final ParquetColumnarRowInputFormat<FileSourceSplit> format =
        new ParquetColumnarRowInputFormat<>(
        new Configuration(),
        RowType.of(fieldTypes, new String[] {"f7", "f4", "f99"}),
        500,
        false,
        true);
final FileSource<RowData> source =
        FileSource.forBulkFileFormat(format,  /* Flink Path */)
        .build();
final DataStream<RowData> stream =
        env.fromSource(source, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "file-source");

Avro Records

Flink 支持三种方式来读取 Parquet 文件并创建 Avro records ：

Generic record

使用 JSON 定义 Avro schemas。你可以从 Avro specification 获取更多关于 Avro schemas 和类型的信息。此示例使用了一个在 official Avro tutorial 中描述的示例相似的 Avro schema：

{"namespace": "example.avro",
  "type": "record",
  "name": "User",
  "fields": [
    {"name": "name", "type": "string"},
    {"name": "favoriteNumber",  "type": ["int", "null"]},
    {"name": "favoriteColor", "type": ["string", "null"]}
  ]
}

这个 schema 定义了一个具有三个属性的的 user 记录：name，favoriteNumber 和 favoriteColor。你可以在 record specification 找到更多关于如何定义 Avro schema 的详细信息。

在此示例中，你将创建包含由 Avro Generic records 格式构成的 Parquet records 的 DataStream。 Flink 会基于 JSON 字符串解析 Avro schema。也有很多其他的方式解析 schema，例如基于 java.io.File 或 java.io.InputStream。请参考 Avro Schema 以获取更多详细信息。然后，你可以通过 AvroParquetReaders 为 Avro Generic 记录创建 AvroParquetRecordFormat。

// 解析 avro schema
final Schema schema =
        new Schema.Parser()
        .parse(
        "{\"type\": \"record\", "
        + "\"name\": \"User\", "
        + "\"fields\": [\n"
        + "        {\"name\": \"name\", \"type\": \"string\" },\n"
        + "        {\"name\": \"favoriteNumber\",  \"type\": [\"int\", \"null\"] },\n"
        + "        {\"name\": \"favoriteColor\", \"type\": [\"string\", \"null\"] }\n"
        + "    ]\n"
        + "    }");
final FileSource<GenericRecord> source =
        FileSource.forRecordStreamFormat(
        AvroParquetReaders.forGenericRecord(schema), /* Flink Path */)
        .build();
final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.enableCheckpointing(10L);
final DataStream<GenericRecord> stream =
        env.fromSource(source, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "file-source");

Specific record

基于之前定义的 schema，你可以通过利用 Avro 代码生成来生成类。一旦生成了类，就不需要在程序中直接使用 schema。你可以使用 avro-tools.jar 手动生成代码，也可以直接使用 Avro Maven 插件对配置的源目录中的任何 .avsc 文件执行代码生成。请参考 Avro Getting Started 获取更多信息。

此示例使用了样例 schema testdata.avsc：

[
  {"namespace": "org.apache.flink.formats.parquet.generated",
    "type": "record",
    "name": "Address",
    "fields": [
      {"name": "num", "type": "int"},
      {"name": "street", "type": "string"},
      {"name": "city", "type": "string"},
      {"name": "state", "type": "string"},
      {"name": "zip", "type": "string"}
    ]
  }
]

你可以使用 Avro Maven plugin 生成 Address Java 类。

@org.apache.avro.specific.AvroGenerated
public class Address extends org.apache.avro.specific.SpecificRecordBase implements org.apache.avro.specific.SpecificRecord {
    // 生成的代码...
}

你可以通过 AvroParquetReaders 为 Avro Specific 记录创建 AvroParquetRecordFormat，然后创建一个包含由 Avro Specific records 格式构成的 Parquet records 的 DateStream。

final FileSource<GenericRecord> source =
        FileSource.forRecordStreamFormat(
                AvroParquetReaders.forSpecificRecord(Address.class), /* Flink Path */)
        .build();
final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.enableCheckpointing(10L);
final DataStream<GenericRecord> stream =
        env.fromSource(source, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "file-source");

Reflect record

除了需要预定义 Avro Generic 和 Specific 记录， Flink 还支持基于现有 Java POJO 类从 Parquet 文件创建 DateStream。在这种场景中，Avro 会使用 Java 反射为这些 POJO 类生成 schema 和协议。请参考 Avro reflect 文档获取更多关于 Java 类型到 Avro schemas 映射的详细信息。

本例使用了一个简单的 Java POJO 类 Datum：

public class Datum implements Serializable {
    public String a;
    public int b;
    public Datum() {}
    public Datum(String a, int b) {
        this.a = a;
        this.b = b;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) {
            return true;
        }
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) {
            return false;
        }
        Datum datum = (Datum) o;
        return b == datum.b && (a != null ? a.equals(datum.a) : datum.a == null);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        int result = a != null ? a.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + b;
        return result;
    }
}

你可以通过 AvroParquetReaders 为 Avro Reflect 记录创建一个 AvroParquetRecordFormat，然后创建一个包含由 Avro Reflect records 格式构成的 Parquet records 的 DateStream。

final FileSource<GenericRecord> source =
        FileSource.forRecordStreamFormat(
                AvroParquetReaders.forReflectRecord(Datum.class), /* Flink Path */)
        .build();
final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.enableCheckpointing(10L);
final DataStream<GenericRecord> stream =
        env.fromSource(source, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "file-source");

使用 Parquet files 必备条件

为了支持读取 Avro Reflect 数据，Parquet 文件必须包含特定的 meta 信息。为了生成 Parquet 数据，Avro schema 信息中必须包含 namespace，以便让程序在反射执行过程中能确定唯一的 Java Class 对象。

下面的案例展示了上文中的 User 对象的 schema 信息。但是当前案例包含了一个指定文件目录的 namespace（当前案例下的包路径），反射过程中可以找到对应的 User 类。

// avro schema with namespace
final String schema = 
                    "{\"type\": \"record\", "
                        + "\"name\": \"User\", "
                        + "\"namespace\": \"org.apache.flink.formats.parquet.avro\", "
                        + "\"fields\": [\n"
                        + "        {\"name\": \"name\", \"type\": \"string\" },\n"
                        + "        {\"name\": \"favoriteNumber\",  \"type\": [\"int\", \"null\"] },\n"
                        + "        {\"name\": \"favoriteColor\", \"type\": [\"string\", \"null\"] }\n"
                        + "    ]\n"
                        + "    }";

由上述 scheme 信息创建的 Parquet 文件包含以下 meta 信息：

creator:        parquet-mr version 1.12.2 (build 77e30c8093386ec52c3cfa6c34b7ef3321322c94)
extra:          parquet.avro.schema =
{"type":"record","name":"User","namespace":"org.apache.flink.formats.parquet.avro","fields":[{"name":"name","type":"string"},{"name":"favoriteNumber","type":["int","null"]},{"name":"favoriteColor","type":["string","null"]}]}
extra:          writer.model.name = avro
file schema:    org.apache.flink.formats.parquet.avro.User
--------------------------------------------------------------------------------
name:           REQUIRED BINARY L:STRING R:0 D:0
favoriteNumber: OPTIONAL INT32 R:0 D:1
favoriteColor:  OPTIONAL BINARY L:STRING R:0 D:1
row group 1:    RC:3 TS:143 OFFSET:4
--------------------------------------------------------------------------------
name:            BINARY UNCOMPRESSED DO:0 FPO:4 SZ:47/47/1.00 VC:3 ENC:PLAIN,BIT_PACKED ST:[min: Jack, max: Tom, num_nulls: 0]
favoriteNumber:  INT32 UNCOMPRESSED DO:0 FPO:51 SZ:41/41/1.00 VC:3 ENC:RLE,PLAIN,BIT_PACKED ST:[min: 1, max: 3, num_nulls: 0]
favoriteColor:   BINARY UNCOMPRESSED DO:0 FPO:92 SZ:55/55/1.00 VC:3 ENC:RLE,PLAIN,BIT_PACKED ST:[min: green, max: yellow, num_nulls: 0]

使用包 org.apache.flink.formats.parquet.avro 路径下已定义的 User 类：

public class User {
    private String name;
    private Integer favoriteNumber;
    private String favoriteColor;
    public User() {}
    public User(String name, Integer favoriteNumber, String favoriteColor) {
        this.name = name;
        this.favoriteNumber = favoriteNumber;
        this.favoriteColor = favoriteColor;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public Integer getFavoriteNumber() {
        return favoriteNumber;
    }
    public String getFavoriteColor() {
        return favoriteColor;
    }
}

你可以通过下面的程序读取类型为 User 的 Avro Reflect records：

final FileSource<GenericRecord> source =
        FileSource.forRecordStreamFormat(
        AvroParquetReaders.forReflectRecord(User.class), /* Flink Path */)
        .build();
final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.enableCheckpointing(10L);
final DataStream<GenericRecord> stream =
        env.fromSource(source, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "file-source");