Streaming languages and operator semantics - CS 591 K1: Data Stream Processing and Analytics Spring 2020

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: vasia.github.io

摘要

文档系统阐述了数据流处理与分析的核心内容，包括流数据处理的语言类型，如声明式、变换式和基于模式的语言。传统阻塞操作符在流处理中无法直接使用，需要采用非阻塞版本或窗口操作符。文档还介绍了如何通过非阻塞聚合、并集和用户定义聚合（UDAs）来扩展NB-SQL，从而表达所有非阻塞流查询。另外，课程还涵盖了操作符类型，包括单项操作符、逻辑操作符，以及关系操作符的三类：关系到关系、流到关系和关系到流。声明式语言CQL在流处理中的作用也得到了阐述。

AI总结

以下是文档内容的中文总结：

## **数据流处理与分析 - 流语言与操作符语义**

本文档围绕数据流处理中的流语言和操作符语义展开，介绍了相关核心概念、操作符类型及流语言的分类。

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### **1. 数据流处理语言的类型**
- 数据流处理语言分为三类：
- **模式与变换**：基于数据流中的模式和变换进行处理。
- **声明式语言**：类似SQL，用于定义查询逻辑，而非具体的处理过程。
- **其他语言**：包括专门用于数据流处理的语言。
- 传统的阻塞操作符（如`groupBy`）在数据流处理中不可直接使用，因其需要所有输入数据完成后才能生成输出。

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### **2. 非阻塞操作符**
- 非阻塞操作符可以在新数据到达时逐步生成结果。
- 常见的非阻塞操作符包括：
- **投影（projection）**、**选择（selection）**、**并集（union）**等。
- 窗口操作符是实现非阻塞处理的关键，通过定义流的某一部分（时间窗口或计数窗口）来进行计算。

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### **3. 窗口操作符**
- 窗口操作符是数据流处理系统中最重要的操作符之一。
- 它们通过定义流的某一部分（如时间窗口或计数窗口）来实现对阻塞操作符的非阻塞处理。
- 窗口操作符被广泛支持，但其名称和语义可能因系统而异。

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### **4. 数据流语言分类**
- 数据流语言分为三类：
1. **关系到关系（relation-to-relation）**：类似于标准SQL，用于表间的查询。
2. **流到关系（stream-to-relation）**：通过选择流的一部分来定义表。
3. **关系到流（relation-to-stream）**：通过查询表来生成流。
- 声明式语言（如CQL）支持流的连续查询，其语义类似于一个不断追加数据的表。

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### **5. 操作符类型**
- **单项操作符**：逐项处理流元素，包括选择（selection）、过滤（filtering）、投影（projection）等。
- **逻辑操作符**：用于复杂模式检测，包括：
- **合取（conjunction）**：所有项都被检测到。
- **析取（disjunction）**：至少一项被检测到。
- **重复（repetition）**：某项被检测到指定次数。
- **否定（negation）**：某项未被检测到。
- **事件操作符**：基于事件的类型、内容和时间约束检测模式，并定义结果生成规则。

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### **6. 流语言的表达能力**
- **NB-SQL**可通过并集和用户定义聚合函数（UDAs）扩展，支持所有非阻塞流查询。
- **ESL（Expressive Stream Language）**支持：
- Ad-hoc SQL查询。
- 数据库表的更新。
- 连续数据流查询。
- 新流的定义（作为虚拟视图）。

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### **7. 参考文献**
- Gianpaolo Cugola和Alessandro Margara的《Processing flows of information: From data stream to complex event processing》。
- Minos Garofalakis等人的《Data Stream Management: Processing High-Speed Data Streams》。
- David Maier等人的《Semantics of data streams and operators》。
- Yan-Nei Law等人的《Query languages and data models for database sequences and data streams》。

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以上是文档的核心内容总结，涵盖了数据流处理中的流语言、操作符语义及其分类。