向量化自定义函数

向量化 Python 用户自定义函数，是在执行时，通过在 JVM 和 Python VM 之间以 Arrow 列存格式批量传输数据，来执行的函数。 向量化 Python 用户自定义函数的性能通常比非向量化 Python 用户自定义函数要高得多， 因为向量化 Python 用户自定义函数可以大大减少序列化/反序列化的开销和调用开销。 此外，用户可以利用流行的 Python 库（例如 Pandas，Numpy 等）来实现向量化 Python 用户自定义函数的逻辑。 这些 Python 库通常经过高度优化，并提供了高性能的数据结构和功能。 向量化用户自定义函数的定义，与非向量化用户自定义函数具有相似的方式， 用户只需要在调用 udf 或者 udaf 装饰器时添加一个额外的参数 func_type="pandas"，将其标记为一个向量化用户自定义函数即可。

注意: 要执行 Python 向量化自定义函数，客户端和集群端都需要安装 Python 3.6 以上版本(3.6、3.7 或 3.8)，并安装 PyFlink。

向量化标量函数

向量化 Python 标量函数以 pandas.Series 类型的参数作为输入，并返回与输入长度相同的 pandas.Series。 在内部实现中，Flink 会将输入数据拆分为多个批次，并将每一批次的输入数据转换为 Pandas.Series 类型， 然后为每一批输入数据调用用户自定义的向量化 Python 标量函数。请参阅配置选项 python.fn-execution.arrow.batch.size， 以获取有关如何配置批次大小的更多详细信息。

向量化 Python 标量函数可以在任何可以使用非向量化 Python 标量函数的地方使用。

以下示例显示了如何定义自己的向量化 Python 标量函数，该函数计算两列的总和，并在查询中使用它：

  1. @udf(result_type=DataTypes.BIGINT(), func_type="pandas")
  2. def add(i, j):
  3.   return i + j
  5. settings = EnvironmentSettings.in_batch_mode()
  6. table_env = TableEnvironment.create(settings)
  8. # use the vectorized Python scalar function in Python Table API
  9. my_table.select(add(my_table.bigint, my_table.bigint))
  11. # 在SQL API中使用Python向量化标量函数
  12. table_env.create_temporary_function("add", add)
  13. table_env.sql_query("SELECT add(bigint, bigint) FROM MyTable")

向量化聚合函数

向量化 Python 聚合函数以一个或多个 pandas.Series 类型的参数作为输入，并返回一个标量值作为输出。

注意 现在返回类型还不支持 RowType 和 MapType。

向量化 Python 聚合函数能够用在 GroupBy Aggregation（Batch），GroupBy Window Aggregation(Batch and Stream) 和 Over Window Aggregation(Batch and Stream bounded over window)。关于聚合的更多使用细节，你可以参考 相关文档.

注意 向量化聚合函数不支持部分聚合，而且一个组或者窗口内的所有数据， 在执行的过程中，会被同时加载到内存，所以需要确保所配置的内存大小足够容纳这些数据。

以下示例显示了如何定一个自己的向量化聚合函数，该函数计算一列的平均值，并在 GroupBy Aggregation, GroupBy Window Aggregation and Over Window Aggregation 使用它:

  1. @udaf(result_type=DataTypes.FLOAT(), func_type="pandas")
  2. def mean_udaf(v):
  3.     return v.mean()
  5. settings = EnvironmentSettings.in_batch_mode()
  6. table_env = TableEnvironment.create(settings)
  8. my_table = ...  # type: Table, table schema: [a: String, b: BigInt, c: BigInt]
  10. # 在 GroupBy Aggregation 中使用向量化聚合函数
  11. my_table.group_by(my_table.a).select(my_table.a, mean_udaf(add(my_table.b)))
  14. # 在 GroupBy Window Aggregation 中使用向量化聚合函数
  15. tumble_window = Tumble.over(expr.lit(1).hours) \
  16.             .on(expr.col("rowtime")) \
  17.             .alias("w")
  19. my_table.window(tumble_window) \
  20.     .group_by("w") \
  21.     .select("w.start, w.end, mean_udaf(b)")
  24. # 在 Over Window Aggregation 中使用向量化聚合函数
  25. table_env.create_temporary_function("mean_udaf", mean_udaf)
  26. table_env.sql_query("""
  27.     SELECT a,
  28.         mean_udaf(b)
  29.         over (PARTITION BY a ORDER BY rowtime
  30.         ROWS BETWEEN UNBOUNDED preceding AND UNBOUNDED FOLLOWING)
  31.     FROM MyTable""")

除了直接定义一个 Python 函数之外，还支持多种方式来定义向量化 Python 聚合函数。 以下示例显示了多种定义向量化 Python 聚合函数的方式。该函数需要两个类型为 bigint 的参数作为输入参数，并返回它们的最大值的和作为结果。

  1. # 方式一：扩展基类 `AggregateFunction`
  2. class MaxAdd(AggregateFunction):
  4.     def open(self, function_context):
  5.         mg = function_context.get_metric_group()
  6.         self.counter = mg.add_group("key", "value").counter("my_counter")
  7.         self.counter_sum = 0
  9.     def get_value(self, accumulator):
  10.         # counter
  11.         self.counter.inc(10)
  12.         self.counter_sum += 10
  13.         return accumulator[0]
  15.     def create_accumulator(self):
  16.         return []
  18.     def accumulate(self, accumulator, *args):
  19.         result = 0
  20.         for arg in args:
  21.             result += arg.max()
  22.         accumulator.append(result)
  24. max_add = udaf(MaxAdd(), result_type=DataTypes.BIGINT(), func_type="pandas")
  26. # 方式二：普通 Python 函数
  27. @udaf(result_type=DataTypes.BIGINT(), func_type="pandas")
  28. def max_add(i, j):
  29.   return i.max() + j.max()
  31. # 方式三：lambda 函数
  32. max_add = udaf(lambda i, j: i.max() + j.max(), result_type=DataTypes.BIGINT(), func_type="pandas")
  34. # 方式四：callable 函数
  35. class CallableMaxAdd(object):
  36.   def __call__(self, i, j):
  37.     return i.max() + j.max()
  39. max_add = udaf(CallableMaxAdd(), result_type=DataTypes.BIGINT(), func_type="pandas")
  41. # 方式五：partial 函数
  42. def partial_max_add(i, j, k):
  43.   return i.max() + j.max() + k
  45. max_add = udaf(functools.partial(partial_max_add, k=1), result_type=DataTypes.BIGINT(), func_type="pandas")