FlinkCEP - Flink的复杂事件处理详解

[Pattern API](#Pattern API)

[单独模式（Individual Patterns）](#单独模式（Individual Patterns）)

量词（Quantifiers）

条件（Conditions）

[组合模式（Combining Patterns）](#组合模式（Combining Patterns）)

[模式组（Groups of patterns）](#模式组（Groups of patterns）)

常用API

begin(#name))

begin(#pattern_sequence))

next(#name))

next(#pattern_sequence))

followedBy(#name))

followedBy(#pattern_sequence))

followedByAny(#name))

followedByAny(#pattern_sequence))

notNext()

notFollowedBy()

within(time)

[发现模式（Detecting Patterns）](#发现模式（Detecting Patterns）)

[从模式中选择（selecting from Patterns）](#从模式中选择（selecting from Patterns）)

案例

FlinkCEP是在Flink之上实现的复杂事件处理（CEP）库。它允许在无尽的事件流中检测事件模式，使您有机会掌握数据中重要的内容。FlinkCEP类似字符串中，使用正则表达式检测感兴趣的字符串。

如果您想直接开始，可以设置Flink程序并将FlinkCEP依赖项添加到项目的pom.xml中。Java代码：

XML 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-cep</artifactId>
    <version>1.17.1</version>
</dependency>

Scala代码：

XML 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-cep-scala_2.12</artifactId>
    <version>1.17.1</version>
</dependency>

2.12为scala版本，1.71.1为flink版本。

FlinkCEP不是二进制发行版的一部分。

要对数据流中的事件应用模式匹配，必须实现合适的equals()和hashCode()方法，因为FlinkCEP使用它们来比较和匹配事件。

Pattern API

模式API允许定义想要从输入流中提取的复杂模式序列。

每个复杂模式序列（complex pattern sequence）由多个简单模式（ simple patterns）组成，所谓简单模式指的是寻找单个事件的模式。从现在开始，我们将这些简单模式称为模式（patterns ），而我们在流中搜索的最终的复杂模式序列称为模式序列（pattern sequence ）。可以将模式序列看作是这样的模式图：其中根据用户指定的条件从一个模式转换到下一个模式，例如条件event.getName().equals("end")。一个匹配（match）是一个输入事件的序列，它通过一系列有效的模式转换访问复杂模式图的所有模式。

下面就是一个简单模式API代码：

java 复制代码

        Pattern<Event, Event> pattern = Pattern
                .<Event>begin("a-pattern");

代码中定义了一个模式，该模式名称为a-pattern，模式总是从begin开始，这是一个简单模式。

下面代码展示了一个复杂模式序列API代码：

java 复制代码

        Pattern<Event, Event> pattern = Pattern
                .<Event>begin("a-pattern")
                .next("b-pattern");

代码中定义了一个复杂模式序列，它由两个简单模式组成。一个是名称为a-pattern的begin模式，另一个是名称为b-pattern的next模式。

单独模式（Individual Patterns）

实际上，单独模式就是简单模式。这里只是为了和后文组合模式、模式组的概念区分，单独模式表示模式是单独的。一个单独模式（Pattern ）可以是单例模式（singleton ），也可以是循环模式（looping pattern）。单独模式和循环模式的区别在于：单例模式接受单个事件，而循环模式可以接受多个事件。下面举一个Java中正在表达式的例子。下面是4个模式匹配符号：

a b+ c? d

其含义是：

（1）a表示：一个a，

（2）b+表示：1个或多个b，

（2）c?表示：0个或1个c，

（3）d表示：一个d。

它们都是简单模式。a， c?，d三者接受单个事件匹配是单例模式，而b+需要接受多个事件匹配是循环模式。默认情况下，模式是单例模式。b+中的+是一个量词（Quantifiers），表示个数，例如1个或多个，2到3个，可以使用量词将单例模式转换为循环模式，例如b+就是单例模式b后面跟了一个量词转换为了循环模式。

每个模式都可以有一个或多个条件（Conditions），它根据这些条件接受事件。例如上面四个简单模式本身就携带了条件，例如a，它表示接受的事件字符必须是a这个字符，其他字符都将被过滤掉。

综上所述，单独模式的基本构成：模式id，量词，条件。模式id用于区分不同模式。

下面介绍FlinkCEP中，怎么指定量词和条件。

量词（Quantifiers）

在FlinkCEP中，可以使用以下方法指定循环模式：

（1）pattern.oneOrMore()，用于期望给定事件出现一次或多次的模式，类似前面提到的b+，

（2）pattern.times(#ofTimes)，用于期望特定类型事件出现特定次数的模式，例如4个a，

（3）pattern.times(#fromTimes,#toTimes)，用于期望给定类型事件的特定最小出现次数和最大出现次数的模式，例如2-4，表示出现2到4次。

（4）可以使用pattern.optional()方法将所有模式(循环或非循环)设置为可选的，例如：pattern.times(2, 4).optional()表示pattern.times(2,4)要么出现要么不出现，也就是说pattern要么出现2到4次，要么不会出现。

（5）可以使用pattern.greedy()方法将循环模式设置为贪婪模式，例如有一个字符串"aaab"，模式为a+，匹配到a，aa，aaa都算是匹配成功，所谓贪婪模式是尽可能的多匹配，也就是匹配的最终结果为aaa，模式默认是贪婪模式。

先定义一个简单模式start，

java 复制代码

Pattern<Event, Event> start = Pattern.<Event>begin("a-pattern");

Pattern的签名如下：

java 复制代码

public class Pattern<T, F extends T>

T是一个泛型，表示事件的类型，F是T的子类型。可以如下使用量词：

java 复制代码

// expecting 4 occurrences
start.times(4);

// expecting 0 or 4 occurrences
start.times(4).optional();

// expecting 2, 3 or 4 occurrences
start.times(2, 4);

// expecting 2, 3 or 4 occurrences and repeating as many as possible
start.times(2, 4).greedy();

// expecting 0, 2, 3 or 4 occurrences
start.times(2, 4).optional();

// expecting 0, 2, 3 or 4 occurrences and repeating as many as possible
start.times(2, 4).optional().greedy();

// expecting 1 or more occurrences
start.oneOrMore();

// expecting 1 or more occurrences and repeating as many as possible
start.oneOrMore().greedy();

// expecting 0 or more occurrences
start.oneOrMore().optional();

// expecting 0 or more occurrences and repeating as many as possible
start.oneOrMore().optional().greedy();

// expecting 2 or more occurrences
start.timesOrMore(2);

// expecting 2 or more occurrences and repeating as many as possible
start.timesOrMore(2).greedy();

// expecting 0, 2 or more occurrences
start.timesOrMore(2).optional()

// expecting 0, 2 or more occurrences and repeating as many as possible
start.timesOrMore(2).optional().greedy();

如果仅仅只有量词，没有条件，它将匹配任何一个事件。例如

java 复制代码

Pattern<Event, Event> pattern = Pattern.<Event>begin("a-pattern").oneOrMore();

定义了一个名称为a-pattern的单独模式，量词oneOrMore()，表示a-pattern模式至少出现1次。如果去匹配如下的事件流：

abc

假设每个字符表示一个事件对象Event。最终匹配到如下7个结果：

a，b，c，ab，ac，bc，abc

通常这并不是我们想要的结果。

条件（Conditions）

对于每个模式，可以指定一个传入事件必须满足的条件，以便被"接受"到模式中，例如，它的值应该大于5，或者大于先前接受事件的平均值。可以通过如下方法指定事件属性的条件

（1）pattern.where(IterativeCondition<F> condition)

（2）pattern.or(IterativeCondition<F> condition)

（3）pattern.until(IterativeCondition<F> condition)。

where、or、until方法的参数是迭代条件IterativeCondition，该类是一个抽象类，抽象类SimpleCondition扩展自IterativeCondition，所以参数也可以是简单条件SimpleCondition。

迭代条件

迭代条件是最一般的条件类型。这就是如何根据先前接受的事件的属性或其中一个子集的统计信息指定接受后续事件的条件。

下面是一个迭代条件的代码，该条件接受名为"a-pattern"的模式的下一个事件，如果其名称为a，并且该模式先前接受的事件的容量加上当前事件的容量的总和不超过5.0。

java 复制代码

        Pattern<Event, Event> pattern = Pattern
                .<Event>begin("a-pattern")
                .where(new IterativeCondition<Event>() {
                    @Override
                    public boolean filter(Event value, Context<Event> ctx) throws Exception {
                        if (!"a".equals(value.getName())) {
                            return false;
                        }

                        double sum = value.getVolume();
                        for (Event event : ctx.getEventsForPattern("a-pattern")) {
                            sum += event.getVolume();
                        }
                        
                        return Double.compare(sum, 5.0) < 0;
                    }
                })

如下定义事件流：

java 复制代码

package com.leboop.cep;

import java.sql.Timestamp;

/**
 * Description TODO.
 * Date 2024/8/20 8:22
 *
 * @author leb
 * @version 2.0
 */
public class Event {
    private Integer id;

    private String name;

    private Double volume;

    private Long timestamp;

    public Event() {
    }

    public Event(Integer id, String name, Double volume) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.volume = volume;
    }

    public Event(Integer id, String name, Double volume, Long timestamp) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.volume = volume;
        this.timestamp = timestamp;
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Double getVolume() {
        return volume;
    }

    public void setVolume(Double volume) {
        this.volume = volume;
    }

    public void setTimestamp(Long timestamp) {
        this.timestamp = timestamp;
    }

    public Long getTimestamp() {
        return timestamp;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

        Event event = (Event) o;

        return name != null ? name.equals(event.name) : event.name == null;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return name != null ? name.hashCode() : 0;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Event{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", volume=" + volume +
                ", timestamp=" + timestamp +
                '}';
    }
}

java 复制代码

        // 输入流
        DataStream<Event> inputStream = env.fromElements(
                new Event(1, "w", 1.0, 1000L),

                new Event(2, "a", 5.0, 2000L),
                new Event(3, "b", 1.0, 3000L),
                new Event(4, "b", 1.0, 4000L),
                new Event(5, "d", 1.0, 5000L),

                new Event(6, "f", 1.0, 6000L),

                new Event(7, "a", 1.0, 7000L),
                new Event(8, "b", 1.0, 8000L),
                new Event(9, "c", 1.0, 9000L),
                new Event(10, "d", 1.0, 10000L),
                new Event(11, "d", 1.0, 11000L),

                new Event(12, "f", 1.0, 12000L)
        );

程序运行成功后，将匹配到id为7个事件：

new Event(7, "a", 1.0, 7000L)

因为a-pattern模式匹配到该事件时，先前未接受任何事件，所以sum=1.0。

id为2的事件：

new Event(2, "a", 5.0, 2000L)

不满足当前事件容量和该模式已经接受的事件容量总和小于5。

简单条件

简单条件扩展了前面提到的IterativeCondition类，并仅基于事件本身的属性来决定是否接受事件。例如：

java 复制代码

        Pattern<Event, Event> pattern = Pattern
                .<Event>begin("a-pattern")
                .where(new SimpleCondition<Event>() {
                    @Override
                    public boolean filter(Event value) throws Exception {
                        return "a".equals(value.getName());
                    }
                });

代码中定义了一个名为a-pattern的模式，通过简单条件SimpleCondition，匹配事件名称为a的事件。

从简单条件SimpleCondition和迭代条件IterativeCondition的匿名内部类的filter方法可以看到，迭代条件提供了Context参数，可以对先前接受的事件进行操作。

组合条件

可以通过顺序调用where()来任意组合条件。最终结果将是各个条件的结果的逻辑与（AND）。要使用OR组合条件，可以使用OR()方法，如下所示。

java 复制代码

pattern.where(SimpleCondition.of(value -> ... /*some condition*/))
        .where(SimpleCondition.of(value -> ... /*some condition*/));

java 复制代码

pattern.where(SimpleCondition.of(value -> ... /*some condition*/))
        .or(SimpleCondition.of(value -> ... /*some condition*/));

停止条件

在循环模式oneOrMore()和oneOrMore().optional()的情况下，可以指定停止条件（stop condition），例如：接受值大于5的事件，直到值的总和小于50。

为了更好地理解它，请看下面的例子。

（1）类似"(a+ until b)"的模式，一个或多个a直到b，

（2）一个传入事件序列"a1" "c" "a2" "b" "a3"，这里a1，a2，a3都表示同一个事件a，只是为了区分，

（3）输出结果:{a1 a2} ，{a1}， {a2}， {a3}。

正如您所看到的，由于停止条件，{a1 a2 a3}或{a2 a3}没有输出。

指定循环模式的停止条件。这意味着，如果出现与给定条件匹配的事件，则模式将不再接受任何事件。

java 复制代码

pattern.oneOrMore().until(new IterativeCondition<Event>() {
    @Override
    public boolean filter(Event value, Context ctx) throws Exception {
        return ...; // alternative condition
    }
});

对于单独模式，可以总结如下：

单独模式可以分为单例模式和循环模式，单例模式接受单个事件，而循环模式可以接受多个事件。单例模式可以通过添加量词变为循环模式。

单独模式的基本构成：模式id，量词，条件。

组合模式（Combining Patterns）

既然已经知道了单独模式是什么样子的，那么现在是时候看看如何将它们组合成一个完整的模式序列。

模式序列必须从一个初始模式开始，如下所示：

java 复制代码

Pattern<Event, ?> start = Pattern.<Event>begin("start");

这其实就是上面的简单模式或者单独模式。

接下来，可以通过指定模式序列之间所需的邻接条件（contiguity conditions），向模式序列添加更多模式。FlinkCEP支持事件之间的以下邻接形式：

（1）严格邻接（Strict Contiguity ）：期望所有匹配事件严格地一个接一个地出现，中间没有任何不匹配的事件。

（2）宽松邻接（Relaxed Contiguity ）：忽略在匹配事件之间出现的非匹配事件。

（3）非确定性宽松邻接（Non-Deterministic Relaxed Contiguity）：进一步放宽邻接性，允许忽略一些匹配事件的额外匹配。

要在连续的模式之间应用它们，可以使用：

（1）next()

适用于严格邻接，例如当前事件名称为a，下一个事件名称为b。

（2）followedBy()

适用于宽松邻接，例如当前事件名称为a，后面跟谁事件名称为b，事件名称为b的事件不一定是下一个，可能是后面某个位置出现。

（3）followedByAny()

适用于非确定性宽松邻接。

或

（1）notNext()

如果您不希望一个事件类型直接跟随另一个事件类型。例如当前事件名称为a，下一个事件名称不为b。与next()相反。

（2）notFollowedBy()

如果您不希望某个事件类型介于其他两个事件类型之间。与follwowedBy()相反。

注：如果时间间隔没有通过withIn()定义，则模式序列不能以notFollowedBy()结束。这是因为如果没有通过withIn()方法限制时间间隔，而模式序列以notFollowedBy()结束，则该模式会一直匹配输入的事件流永远不会终止。

下面展示了如何添加模式生成模式序列：

java 复制代码

// strict contiguity
Pattern<Event, ?> strict = start.next("middle").where(
    SimpleCondition.of(event -> "a".equals(event.getName()))
);

// relaxed contiguity
Pattern<Event, ?> relaxed = start.followedBy("middle").where(...);

// non-deterministic relaxed contiguity
Pattern<Event, ?> nonDetermin = start.followedByAny("middle").where(...);

// NOT pattern with strict contiguity
Pattern<Event, ?> strictNot = start.notNext("not").where(...);

// NOT pattern with relaxed contiguity
Pattern<Event, ?> relaxedNot = start.notFollowedBy("not").where(...);

代码中的模式strict、relaxed、nonDetermin、strictNot、relaxedNot都是由两个简单模式组合而成的模式序列。例如strict模式序列中，start是一个简单模式，next("middle")也是一个简单模式，next方法中middle参数是该简单模式的名称，where()方法指定了邻接条件，例如这里要求下一个事件名称为a。

例如上文提到的Java正则表达式

a b+ c? d

可以使用FlinkCEP Pattern API代码如下定义：

java 复制代码

Pattern<Event, Event> pattern = Pattern
                .<Event>begin("a-pattern")
                .where(SimpleCondition.of(event -> "a".equals(event.getName())))
                .next("b-pattern").oneOrMore()
                .where(SimpleCondition.of(event -> "b".equals(event.getName())))
                .next("c-pattern").optional()
                .where(SimpleCondition.of(event -> "c".equals(event.getName())))
                .next("d-pattern")
                .where(SimpleCondition.of(event -> "d".equals(event.getName())))
                ;

模式组（Groups of patterns）

还可以将模式序列定义为begin()、followedBy()、followedByAny()和next()的条件。模式序列将被视为逻辑上的匹配条件，并将返回一个GroupPattern，并且可以对GroupPattern应用oneOrMore()， times(#ofTimes)， times(#fromTimes， #toTimes)， optional()， consecutive()， allowCombinations()。

模式组和组合模式区别在于，前者是将一个模式嵌套在另一个模式中，而后者是在一个模式后面天剑另一个模式。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> start = Pattern.begin(
    Pattern.<Event>begin("start").where(...).followedBy("start_middle").where(...)
);

// strict contiguity
Pattern<Event, ?> strict = start.next(
    Pattern.<Event>begin("next_start").where(...).followedBy("next_middle").where(...)
).times(3);

// relaxed contiguity
Pattern<Event, ?> relaxed = start.followedBy(
    Pattern.<Event>begin("followedby_start").where(...).followedBy("followedby_middle").where(...)
).oneOrMore();

// non-deterministic relaxed contiguity
Pattern<Event, ?> nonDetermin = start.followedByAny(
    Pattern.<Event>begin("followedbyany_start").where(...).followedBy("followedbyany_middle").where(...)
).optional();

常用API

`begin(#name)`

定义起始模式。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> start = Pattern.<Event>begin("start");

`begin(#pattern_sequence)`

定义起始模式，传入的是一个模式序列。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> start = Pattern.<Event>begin(
    Pattern.<Event>begin("start").where(...).followedBy("middle").where(...)
);

`next(#name)`

追加一个新模式。匹配事件必须直接紧跟前一个匹配事件（严格的连续性）。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> next = start.next("middle");

`next(#pattern_sequence)`

追加一个新模式。匹配事件序列必须直接紧跟前一个匹配事件（严格的连续性）。传入参数是一个模式序列。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> next = start.next(
    Pattern.<Event>begin("start").where(...).followedBy("middle").where(...)
);

`followedBy(#name)`

追加一个新模式。在匹配事件和前一个匹配事件之间可以有其他事件（宽松的连续性），与next(#name)相比，followedBy(#name)不要求紧跟着，中间可以出现其他事件。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> followedBy = start.followedBy("middle");

`followedBy(#pattern_sequence)`

追加一个新模式。在匹配事件和前一个匹配事件之间可以有其他事件（宽松的连续性），与next(#name)相比，followedBy(#name)不要求紧跟着，中间可以出现其他事件。传入参数是一个模式序列。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> followedBy = start.followedBy(
    Pattern.<Event>begin("start").where(...).followedBy("middle").where(...)
);

`followedByAny(#name)`

追加一个新模式。在匹配事件和前一个匹配事件之间可能发生其他事件，并且将为每个备选匹配事件提供备选匹配（非确定性放松连续性）。例如如下模式：

A followedByAny B

去匹配序列：

A C B1 B2

可以匹配到A B1（C被忽略）和A B2（尽管B1符合条件，但是也能被忽略掉，这是followedByAny和followedBy的不同之处）。如果是A followedBy B仅仅能匹配出A B1。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> followedByAny = start.followedByAny("middle");

`followedByAny(#pattern_sequence)`

与followedByAny(#name)类似，不同的是这里参数传入的是一个模式序列。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> next = start.followedByAny(
    Pattern.<Event>begin("start").where(...).followedBy("middle").where(...)
);

`notNext()`

追加一个新的否定模式。匹配(负)事件必须直接紧跟前一个匹配事件(严格连续性)，以便丢弃部分匹配。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> notNext = start.notNext("not");

`notFollowedBy()`

追加一个新的否定模式。部分匹配事件序列将被丢弃，即使在匹配(负)事件和前一个匹配事件(宽松的连续性)之间发生其他事件。

java 复制代码

Pattern<Event, ?> notFollowedBy = start.notFollowedBy("not");

`within(time)`

定义与模式匹配的事件序列的最大时间间隔。如果一个未完成的事件序列超过这个时间，它将被丢弃。

java 复制代码

pattern.within(Time.seconds(10));

发现模式（Detecting Patterns）

指定要查找的模式序列之后，就可以将其应用于输入流，以检测潜在的匹配。要根据模式序列运行事件流，必须创建PatternStream。给定一个输入流input，一个模式pattern和一个可选的比较器comparator，比较器用于在EventTime或同一时刻到达的情况下对具有相同时间戳的事件进行排序，可以如下创建PatternStream：

java 复制代码

DataStream<Event> input = ...;
Pattern<Event, ?> pattern = ...;
EventComparator<Event> comparator = ...; // optional

PatternStream<Event> patternStream = CEP.pattern(input, pattern, comparator);

通过调用CEP类的静态方法pattern创建PatternStream：

java 复制代码

public class CEP {
/**
     * Creates a {@link PatternStream} from an input data stream and a pattern.
     *
     * @param input DataStream containing the input events
     * @param pattern Pattern specification which shall be detected
     * @param <T> Type of the input events
     * @return Resulting pattern stream
     */
    public static <T> PatternStream<T> pattern(DataStream<T> input, Pattern<T, ?> pattern){
        return new PatternStream<>(input, pattern);
    }

    ......
}

输入流可以是键控的，也可以是非键控的，这取决于应用场景。

从模式中选择（selecting from Patterns）

一旦获得了PatternStream，就可以对检测到的事件序列应用转换。建议这样做的方法是通过PatternProcessFunction。该方法的源码如下：

java 复制代码

/*
 * Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one
 * or more contributor license agreements.  See the NOTICE file
 * distributed with this work for additional information
 * regarding copyright ownership.  The ASF licenses this file
 * to you under the Apache License, Version 2.0 (the
 * "License"); you may not use this file except in compliance
 * with the License.  You may obtain a copy of the License at
 *
 *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

package org.apache.flink.cep.functions;

import org.apache.flink.annotation.PublicEvolving;
import org.apache.flink.api.common.functions.AbstractRichFunction;
import org.apache.flink.cep.time.TimeContext;
import org.apache.flink.util.Collector;
import org.apache.flink.util.OutputTag;

import java.util.List;
import java.util.Map;

/**
 * It is called with a map of detected events which are identified by their names. The names are
 * defined by the {@link org.apache.flink.cep.pattern.Pattern} specifying the sought-after pattern.
 * This is the preferred way to process found matches.
 *
 * <pre>{@code
 * PatternStream<IN> pattern = ...
 *
 * DataStream<OUT> result = pattern.process(new MyPatternProcessFunction());
 * }</pre>
 *
 * @param <IN> type of incoming elements
 * @param <OUT> type of produced elements based on found matches
 */
@PublicEvolving
public abstract class PatternProcessFunction<IN, OUT> extends AbstractRichFunction {

    /**
     * Generates resulting elements given a map of detected pattern events. The events are
     * identified by their specified names.
     *
     * <p>{@link PatternProcessFunction.Context#timestamp()} in this case returns the time of the
     * last element that was assigned to the match, resulting in this partial match being finished.
     *
     * @param match map containing the found pattern. Events are identified by their names.
     * @param ctx enables access to time features and emitting results through side outputs
     * @param out Collector used to output the generated elements
     * @throws Exception This method may throw exceptions. Throwing an exception will cause the
     *     operation to fail and may trigger recovery.
     */
    public abstract void processMatch(
            final Map<String, List<IN>> match, final Context ctx, final Collector<OUT> out)
            throws Exception;

    /**
     * Gives access to time related characteristics as well as enables emitting elements to side
     * outputs.
     */
    public interface Context extends TimeContext {
        /**
         * Emits a record to the side output identified by the {@link OutputTag}.
         *
         * @param outputTag the {@code OutputTag} that identifies the side output to emit to.
         * @param value The record to emit.
         */
        <X> void output(final OutputTag<X> outputTag, final X value);
    }
}

PatternProcessFunction有一个processMatch方法，每个匹配事件序列都会调用该方法。它以Map<String, List< IN >>的形式接收匹配，其中Map的键是模式序列中每个模式的名称，值是该模式的所有可接受事件的列表，IN是一个泛型，表示输入元素的类型。给定模式的事件按时间戳排序。为每个模式返回可接受事件列表List<IN>的原因是，当使用循环模式，例如oneToMany()和times()时，一个给定模式可以接受多个事件。

如下代码对创建的PatternStream进行了处理：

java 复制代码

        PatternStream<Event> patternStream = CEP.pattern(watermarks, pattern);

        SingleOutputStreamOperator<String> process = patternStream.process(new PatternProcessFunction<Event, String>() {
            @Override
            public void processMatch(Map<String, List<Event>> map,
                                     Context context,
                                     Collector<String> collector) throws Exception {
                System.out.println("map的大小" + map.size());
                for (Map.Entry<String, List<Event>> entry : map.entrySet()) {
                    String key = entry.getKey();
                    List<Event> list = entry.getValue();
                    for (Event event : list) {
                        collector.collect("key=" + key + " | event=" + event);
                    }
                }
            }
        });

首先输出了匹配上的模式的大小map.size()，也就是模式序列中匹配上的简单模式的个数。之后输出每个模式名称，以及匹配上的事件序列。

案例

如下定义Event对象：

java 复制代码

package com.leboop.cep;


/**
 * Description TODO.
 * Date 2024/8/20 8:22
 *
 * @author leb
 * @version 2.0
 */
public class Event {
    private Integer id;

    private String name;

    private Double volume;

    private Long timestamp;

    public Event() {
    }

    public Event(Integer id, String name, Double volume) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.volume = volume;
    }

    public Event(Integer id, String name, Double volume, Long timestamp) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.volume = volume;
        this.timestamp = timestamp;
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Double getVolume() {
        return volume;
    }

    public void setVolume(Double volume) {
        this.volume = volume;
    }

    public void setTimestamp(Long timestamp) {
        this.timestamp = timestamp;
    }

    public Long getTimestamp() {
        return timestamp;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

        Event event = (Event) o;

        return name != null ? name.equals(event.name) : event.name == null;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return name != null ? name.hashCode() : 0;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Event{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", volume=" + volume +
                ", timestamp=" + timestamp +
                '}';
    }
}

Event需要是一个POJO对象，如果模式匹配时使用比较器，还要求Event实现equals和hashCode方法。Event定义了4个属性：

（1）事件的唯一标识id

（2）事件的名称name

（3）事件的容量volume

（4）事件时间timestamp。

主方法如下：

java 复制代码

package com.leboop.cep;

import org.apache.flink.api.common.eventtime.SerializableTimestampAssigner;
import org.apache.flink.api.common.eventtime.WatermarkStrategy;
import org.apache.flink.cep.CEP;
import org.apache.flink.cep.PatternStream;
import org.apache.flink.cep.functions.PatternProcessFunction;
import org.apache.flink.cep.pattern.Pattern;
import org.apache.flink.cep.pattern.conditions.SimpleCondition;
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.api.windowing.time.Time;
import org.apache.flink.util.Collector;

import java.util.List;
import java.util.Map;

/**
 * Description TODO.
 * Date 2024/8/20 8:25
 *
 * @author leb
 * @version 2.0
 */
public class QuantifierPattern {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        env.setParallelism(1);

        // 输入流
        DataStream<Event> inputStream = env.fromElements(
                new Event(1, "w", 1.0, 1000L),

                new Event(2, "a", 5.0, 2000L),
                new Event(3, "b", 1.0, 3000L),
                new Event(4, "b", 1.0, 4000L),
                new Event(5, "d", 1.0, 5000L),

                new Event(6, "f", 1.0, 6000L),

                new Event(7, "a", 1.0, 7000L),
                new Event(8, "b", 1.0, 8000L),
                new Event(9, "c", 1.0, 9000L),
                new Event(10, "d", 1.0, 10000L),
                new Event(11, "d", 1.0, 11000L),

                new Event(12, "f", 1.0, 12000L)
        );

        inputStream.print("inputStream");

        SingleOutputStreamOperator<Event> watermarks = inputStream.assignTimestampsAndWatermarks(
                WatermarkStrategy.<Event>forMonotonousTimestamps().withTimestampAssigner(
                        new SerializableTimestampAssigner<Event>() {
                            @Override
                            public long extractTimestamp(Event element, long recordTimestamp) {
                                return element.getTimestamp();
                            }
                        }
                ));

        Pattern<Event, Event> pattern = Pattern
                .<Event>begin("a-pattern")
                .where(SimpleCondition.of(event -> "a".equals(event.getName())))
                .next("b-pattern").oneOrMore()
                .where(SimpleCondition.of(event -> "b".equals(event.getName())))
                .next("c-pattern").optional()
                .where(SimpleCondition.of(event -> "c".equals(event.getName())))
                .next("d-pattern")
                .where(SimpleCondition.of(event -> "d".equals(event.getName())))
                .within(Time.seconds(5));

        PatternStream<Event> patternStream = CEP.pattern(watermarks, pattern);

        SingleOutputStreamOperator<String> process = patternStream.process(new PatternProcessFunction<Event, String>() {
            @Override
            public void processMatch(Map<String, List<Event>> map,
                                     Context context,
                                     Collector<String> collector) throws Exception {
                System.out.println("map的大小" + map.size());
                for (Map.Entry<String, List<Event>> entry : map.entrySet()) {
                    String key = entry.getKey();
                    List<Event> list = entry.getValue();
                    for (Event event : list) {
                        collector.collect("key=" + key + " | event=" + event);
                    }
                }
            }
        });

        process.print("process");

        env.execute();
    }
}

代码中

（1）定义了流式执行环境env；

（2）并行度设置为1，为了演示方便；

（3）env.fromElements模拟了12个组成的事件流；

（4）assignTimestampsAndWatermarks方法为从事件流中提取了事件时间，并分配了有序流的watermark；

程序运行成功后，输出结果如下：

inputStream:8> Event{id=1, name='w', volume=1.0, timestamp=1000}
inputStream:5> Event{id=6, name='f', volume=1.0, timestamp=6000}
inputStream:6> Event{id=7, name='a', volume=1.0, timestamp=7000}
inputStream:4> Event{id=5, name='d', volume=1.0, timestamp=5000}
inputStream:3> Event{id=4, name='b', volume=1.0, timestamp=4000}
inputStream:3> Event{id=12, name='f', volume=1.0, timestamp=12000}
inputStream:7> Event{id=8, name='b', volume=1.0, timestamp=8000}
inputStream:8> Event{id=9, name='c', volume=1.0, timestamp=9000}
inputStream:2> Event{id=3, name='b', volume=1.0, timestamp=3000}
inputStream:1> Event{id=2, name='a', volume=5.0, timestamp=2000}
inputStream:2> Event{id=11, name='d', volume=1.0, timestamp=11000}
inputStream:1> Event{id=10, name='d', volume=1.0, timestamp=10000}
map的大小3
map的大小4
process:4> key=a-pattern | event=Event{id=2, name='a', volume=5.0, timestamp=2000}
process:5> key=b-pattern | event=Event{id=3, name='b', volume=1.0, timestamp=3000}
process:8> key=a-pattern | event=Event{id=7, name='a', volume=1.0, timestamp=7000}
process:1> key=b-pattern | event=Event{id=8, name='b', volume=1.0, timestamp=8000}
process:3> key=d-pattern | event=Event{id=10, name='d', volume=1.0, timestamp=10000}
process:2> key=c-pattern | event=Event{id=9, name='c', volume=1.0, timestamp=9000}
process:6> key=b-pattern | event=Event{id=4, name='b', volume=1.0, timestamp=4000}
process:7> key=d-pattern | event=Event{id=5, name='d', volume=1.0, timestamp=5000}