窗口操作符
转换和滚动聚合一次处理一个事件产生输出事件并可能更新状态。但是，有些操作必须收集并缓冲数据以计算其结果。 例如，考虑不同流之间的连接或整体聚合这样的操作，例如中值函数。为了在无界流上高效运行这些操作符，我们需要限制 这些操作维护的数据量。在本节中，我们将讨论窗口操作，提供此服务。
窗口还可以在语义上实现关于流的比较复杂的查询。我们已经看到了滚动聚合的方式，以聚合值编码整个流的历史数据来为每个事件提供低延迟的结果。 但如果我们只对最近的数据感兴趣的话会怎样？考虑给司机提供实时交通信息的应用程序。这个程序可以使他们避免拥挤的路线。在这种场景下，你想知道某个位置在最近几分钟内是否有事故发生。 另一方面，了解所有发生过的事故在这个应用场景下并没有什么卵用。更重要的是，通过将流历史缩减为单一聚合值，我们将丢失这段时间内数据的变化。例如，我们可能想知道每5分钟有多少车辆穿过 某个路口。
窗口操作不断从无限事件流中创建有限的事件集，好让我们执行有限集的计算。通常会基于数据属性或基于时间的窗口来分配事件。 要正确定义窗口运算符语义，我们需要确定如何给窗口分配事件以及对窗口中的元素进行求值的频率是什么样的。 窗口的行为由一组策略定义。窗口策略决定何时创建新的窗口以及要分配的事件属于哪个窗口，以及何时对窗口中的元素进行求值。 而窗口的求值基于触发条件。一旦触发条件得到满足，窗口的内容将会被发送到求值函数，求值函数会将计算逻辑应用于窗口中的元素。 求值函数可以是sum或minimal或自定义的聚合函数。 求值策略可以根据时间或者数据属性计算(例如，在过去五秒内收到的事件或者最近的一百个事件等等)。 接下来，我们描述常见窗口类型的语义。
- 滚动窗口是将事件分配到固定大小的不重叠的窗口中。当通过窗口的结尾时，全部事件被发送到求值函数进行处理。基于计数的滚动窗口定义了在触发求值之前需要收集多少事件。图2-6显示了一个基于计数的翻滚窗口，每四个元素一个窗口。基于时间的滚动窗口定义一个时间间隔，包含在此时间间隔内的事件。图2-7显示了基于时间的滚动窗口，将事件收集到窗口中每10分钟触发一次计算。
- 滑动窗口将事件分配到固定大小的重叠的窗口中去。因此，事件可能属于多个桶。我们通过提供窗口的长度和滑动距离来定义滑动窗口。滑动距离定义了创建新窗口的间隔。基于滑动计数的窗口，图2-8的长度为四个事件，三个为滑动距离。
- 会话窗口在常见的真实场景中很有用，一些场景既不能使用滚动窗口也不能使用滑动窗口。考虑一个分析在线用户行为的应用程序。在应用程序里，我们想把源自同一时期的用户活动或会话事件分组在一起。会话由一系列相邻时间发生的事件组成，接下来有一段时间没有活动。例如，用户在App上浏览一系列的新闻，然后关掉App，那么浏览新闻这段时间的浏览事件就是一个会话。会话窗口事先没有定义窗口的长度，而是取决于数据的实际情况，滚动窗口和滑动窗口无法应用于这个场景。相反，我们需要将同一会话中的事件分配到同一个窗口中去，而不同的会话可能窗口长度不一样。会话窗口会定义一个间隙值来区分不同的会话。间隙值的意思是：用户一段时间内不活动，就认为用户的会话结束了。图2-9显示了一个会话窗口。
到目前为止，所有窗口类型都是在整条流上去做窗口操作。但实际上你可能想要将一条流分流成多个逻辑流并定义并行窗口。 例如，如果我们正在接收来自不同传感器的测量结果，那么可能想要在做窗口计算之前按传感器ID对流进行分流操作。 在并行窗口中，每条流都独立于其他流，然后应用了窗口逻辑。图2-10显示了一个基于计数的长度为2的并行滚动窗口，根据事件颜色分流。
在流处理中，窗口操作与两个主要概念密切相关：时间语义和状态管理。时间也许是流处理最重要的方面。即使低延迟是流处理的一个有吸引力的特性，它的真正价值不仅仅是快速分析。真实世界的系统，网络和通信渠道远非完美，流数据经常被推迟或无序(乱序)到达。理解如何在这种条件下提供准确和确定的结果是至关重要的。 更重要的是，流处理程序可以按原样处理事件制作的也应该能够处理相同的历史事件方式，从而实现离线分析甚至时间旅行分析。 当然，前提是我们的系统可以保存状态，因为可能有故障发生。到目前为止，我们看到的所有窗口类型在产生结果前都需要保存之前的数据。实际上，如果我们想计算任何指标，即使是简单的计数，我们也需要保存状态。考虑到流处理程序可能会运行几天，几个月甚至几年，我们需要确保状态可以在发生故障的情况下可靠地恢复。 并且即使程序崩溃，我们的系统也能保证计算出准确的结果。本章，我们将在流处理应用可能发生故障的语境下，深入探讨时间和状态的概念。