SparkStreaming
SparkStreaming是一种微批处理,准实时的流式框架。数据来源包括:Kafka, Flume,TCP sockets,Twitter,ZeroMQ等
- SparkStreaming与storm的区别:
- SparkStreaming微批处理数据,storm按条处理数据
- SparkStreaming支持稍复杂的逻辑
- SparkStreaming与storm都支持资源动态调整和事务机制
SparkStreaming的处理架构:采用recevier task持续拉取数据,拉取时间间隔为batch Interval,每次来去的数据封装为batch,batch被封装到RDD中,RDD被封装进DStream中。SparkStreaming对DStream进程处理。
数据处理与数据拉取同时进行,数据处理的速度需要与数据拉取量均衡,数据存储方式为memory_only,若数据处理速度慢于拉取速度会产生数据堆积,进而导致OOM。若数据存储方式包含disk,会加大延迟
代码实现
使用TCP sockets实现测试,liunx中命令:nc -lk 9999 实现模拟向9999端口发数据。
- 数据拉取的间隔时长 + sparkconf/sparkcontext => JavaStreamingContext (stream上下文)
- 数据源配置 + stream上下文 => JavaStreamingContext(首个DStream)
SparkConf sparkConf = new SparkConf();//配置参数中需要至少2个线程,一条接收数据,一条执行job任务,否则无法打印数据,格式为:主机名[2]sparkConf.setMaster("local[2]").setAppName("s01");JavaSparkContext sparkContext = new JavaSparkContext(sparkConf);?//通过sc上下文和指定间隔获取stream的上下文JavaStreamingContext jsc = new JavaStreamingContext(sparkContext, Durations.seconds(5));//通过conf 和指定间隔获取stream的上下文//JavaStreamingContext jsc2 = new JavaStreamingContext(sparkConf,Durations.seconds(5));?//设置checkpoint路径//jsc.checkpoint("hdfs://node1:9000/spark/checkpoint");jsc.checkpoint("/checkpoint");?//使用socket监听作为数据源,获取DStreamJavaReceiverInputDStream<String> data = jsc.socketTextStream("node1", 9999);?/* 此处写入 DStream 逻辑*/?//使用 输出算子,触发DStream逻辑代码data.print();?//通过JavaStreamingContext触发代码执行jsc.start();?//阻塞线程,不断执行任务try { streamingContext.awaitTermination();} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace();}?//结束任务并关闭sparkContext//若不需要关闭sparkContext加参数false//stop之后无法再通过start启动任务jsc.stop();//jsc.stip(false);
算子
DStream能够使用RDD的算子,以下列举DStream的专属算子
对于DStream可以转为RDD的执行的操作,RDD算子内的代码在exector进程执行,RDD外代码在driver进程执行
转换算子
transform
将DStream在算子内部转为RDD运算,最后还是返回DStream。实现对DStream执行任意RDD操作
JavaDStream<String> resultDStream = DStream.transform(new Function<JavaRDD<String>, JavaRDD<String>>() { @Override public JavaRDD<String> call(JavaRDD<String> value) throws Exception { //转换算子 JavaRDD<String> map = value.map(x->{return x+"1";}); //触发算子 map.foreach(x-> System.out.println(x)); return map; }});
updateStateByKey(状态)
- 实现修改DStream的key的状态值。
- sparkstream中为每个key维护一个static值,static可以为任意类型
- 每有一个新的batch数据计算,若数据中的key值对应的static执行更新
- API
- 指定checkpoint目录,实现static存储
- 对于数据拉取间隔小于10s的操作,使用10秒一次的static更新,避免反复写磁盘
- 数据由Optional对象封装
//指定checkpoint路径,若加载了hdfs配置则为hdfs中的路径jsc.checkpoint("/checkpoint");JavaReceiverInputDStream<String> DStream = jsc.socketTextStream("node1", 9999);//数据转为KV结构JavaPairDStream<String, Integer> pair = data.mapToPair(new PairFunction<String, String, Integer>() { @Override public Tuple2<String, Integer> call(String s) throws Exception { return new Tuple2(s, 1); }});//执行updateStateByKeyJavaPairDStream<String, Integer> result = pair.updateStateByKey(new Function2<List<Integer>, Optional<Integer>, Optional<Integer>>() { //内部call方法入参:本批次相同key的value集合,key对应static的值; //出参为新的static的值,为了数据安全使用Optional进行封装 @Override public Optional<Integer> call(List<Integer> v1, Optional<Integer> v2) throws Exception { Integer value = 0; //对本次的key的value进行处理 for (Integer i : v1) { value += i; } //对static非空判断,并逻辑处理 if(v2.isPresent()){ value += v2.get(); }? return Optional.of(value); }});result.print();
reduceByKeyAndWindow(窗口)
- 以若干时间间隔,一次性处理一段时间的数据
- 滑动间隔:每隔多少时间处理一次数据(取值间隔时间的倍数)
- 窗口:一次处理多少时间的数据(取值间隔时间的倍数)
//DStream为KV格式的数据JavaPairDStream<String, Integer> result = DStream.reduceByKeyAndWindow( //对当前DStream中相同key的value进行reduce操作 new Function2<Integer, Integer, Integer>() { @Override public Integer call(Integer v1, Integer v2) throws Exception { return v1 + v2; } }, //指定窗口时间长度 Durations.seconds(15), //指定滑动间隔的时间长度 Durations.seconds(20));
优化
由于窗口函数需要对一段时间的数据进行计算,可能与前后一次的计算存在重复计算
设置checkpoint存储已经计算好DStream数据,在窗口调用数据减去旧的数据,加上新的数据。
//预先设置checkpoint路径 jsc.checkpoint("/checkpoint"); ? //DStream已经处理为kV结构 JavaPairDStream<String, Integer> result = DStream.reduceByKeyAndWindow( //以下逻辑用于对当前分区内,DStream内,窗口内,相同的key的value执行的操作 对当前DStream中相同key的value进行reduce操作 new Function2<Integer, Integer, Integer>() { @Override public Integer call(Integer v1, Integer v2) throws Exception { //v1为已累计的数据值,v2为新加入的数据值 return v1 + v2; } }, //对前一窗口中相同的key的value执行数据剔除的操作逻辑 new Function2<Integer, Integer, Integer>() { @Override public Integer call(Integer v1, Integer v2) throws Exception { //v1为窗口中的数据值,v2为需要去除的数据值 return v1 - v2; } }, //指定窗口时间长度 Durations.seconds(15), //指定滑动间隔的时间长度 Durations.seconds(20));
输出算子
output operator:业务逻辑完成后需要至少一个output operator触发代码执行
foreachRDD
将DStream转为RDD进行算子运算,注意:内部RDD必须使用触发算子,否则代码不执行
//RStream使用foreachRDD转换为RDD,通过RDD执行逻辑DStream.foreachRDD(new VoidFunction<JavaRDD<String>>() { @Override public void call(JavaRDD<String> stringJavaRDD) throws Exception { //RDD转换算子 JavaRDD<String> result1 = stringJavaRDD.map(x->x); //RDD触发算子 result1.foreach(x->{ System.out.println(x); }); }});
DStream.print() 实现对内部的数据的打印
Driver高可用
由于Driver需要不间断获取数据,Driver宕机重启需要借助checkpoint恢复原先的是数据,
- 启动层面,设置Driver宕机重启
- standalone模式与Mesos 在启动任务时加入参数: --supervise
- yarn模式具备自动重启能力
- 代码层面,设置基于checkpoint恢复
- 设置checkpoint路径
- 设置启动方式,使用JavaStreamingContext的getOrCreate方法创建DStream上下文
SparkConf conf = new SparkConf().setMaster("local[2]").setAppName("HA"); //指定逻辑恢复的路径 JavaStreamingContext jsc0 = JavaStreamingContext.getOrCreate( "/checkpoint", new Function0<JavaStreamingContext>() { @Override public JavaStreamingContext call() throws Exception { JavaStreamingContext ssc = new JavaStreamingContext( sparkConf, Durations.seconds(5)); //设置checkpoint路径 ssc.checkpoint("/checkpoint"); return ssc; } });
整合kafka
Spark2.2+kafka0.8
receiver模式
- executor进程中的receiver task线程定时从kafka上拉取数据
- receiver task将数据备份到各executor进程中,默认持久化级别MEMORY_AND_DISK_SER_2
- receiver task将偏移量写入zk,并将备份情况汇报给driver进程
- driver根据备份所在节点向executor进程分发task
若driver宕机重启后从zk读取偏移量,重启receiver task进程。
使用High Level Consumer API ,由zookeeper维护偏移量
zk是投票机制更新数据消耗大,不利于大量数据吞吐
并行度修改
问题:对于数据量较大的场景,由于处理速度低于数据拉取速度,存在数据堆积的问题。
方案:修改并行度,增加task的数量,但该措施需控制在机器性能允许的范围内。
原理及实现:job的并行度由spark.streaming.blockInterval参数控制,该参数默认200ms对一批数据切分为若干数据块,每个数据块就是一个分区,分区数也就对应了并行度。该参数可修改的最小值为50ms
数据丢失问题
- 原因:dirver宕机,任务未执行完毕,但偏移量在zk中已经更新,dirver重启后丢失偏移量之前的任务数据
- 解决:WAL机制(日志):在偏移量提交zk前hdfs保存一份数据,driver先从hdfs上读取备份数据,再从zk中取偏移量。
- 问题1:性能低,优化:可将持久化级别修改为MEMORY_AND_DISK_SER
- 问题2:导致数据重复消费问题
SparkConf conf = new SparkConf().setAppName("ccc").setMaster("local[2]"); //设置启动WAL机制 conf.set("spark.streaming.receiver.writeAheadLog.enable","true"); JavaStreamingContext jsc = new JavaStreamingContext(conf, Durations.seconds(5)); //设置checkpoint的路径 jsc.checkpoint("/rec"); ? //通过map设置读取的topic及线程数 HashMap<String, Integer> topics = new HashMap<>(); topics.put("topic1",1); topics.put("topic2",1); ? //通过KafkaUtils的createStream方法创建DStream //参数:上下文,zk,所属消费者组,读取的topic,持久化级别 JavaPairReceiverInputDStream<String,String> lines = KafkaUtils.createStream( jsc, "node03:2181,node02:2181,node01:2181", "ConsumerGroup", topics, StorageLevel.MEMORY_AND_DISK());
direct模式
- task直接从kafka的分区上拉取数据,task并行度与kafka的分区数一致
- 偏移量
- 默认使用内存维护偏移量(会有数据丢失),底层使用Simple Consumer API
- 可以添加checkpoint来维护偏移量,checkpoint也用于实现dirver宕机恢复
- direct模式下的checkpoint中存储了代码逻辑+偏移量
- 存在问题:在HA机制中,无法在运行过程中改变逻辑。若将新逻辑存入checkpoint,则会导致原有偏移量读取异常。同时存在driver宕机恢复时数据重复输出
- 可以自定义维护偏移量
- 使用外部数据库存取更新偏移量,并实现手动提交偏移量,获取偏移量
- 流程:构建DStream时手动获取并传入原有偏移量,从首个RDD中获取新的偏移量,在数据输出时将新的偏移量存入外部数据库。
- 存在问题:只能保证转换1次,无法保证输出只有一次,需要通过输出幂等性或事务处理来解决
默认/checkpoint方式自动维护偏移量
//设置上下文 SparkConf conf = new SparkConf().setAppName("direct").setMaster("local[2]"); JavaStreamingContext jsc = new JavaStreamingContext(conf, Durations.seconds(10)); //设置checkpoint路径 jsc.checkpoint("./ck"); //设置kafka各节点路径 HashMap<String, String> parms = new HashMap<>(); parms.put("metadata.broker.list", "node01:9092,node02:9092,node03:9092"); //设置读取的topic HashSet<String> topics = new HashSet<>(); topics.add("topic1");topics.add("topic2"); /* 通过KafkaUtils创建DStream.参数为: 上下文,kafka中key类型,value类型,key解码方式,vlaue解码方式,kafka参数,topic */ JavaPairInputDStream<String, String> ds = KafkaUtils.createDirectStream( jsc, String.class, String.class, StringDecoder.class, StringDecoder.class, parms, topics );
自定义维护offsets的代码示例:
//设置上下文与传统方式一致,不再设置checkpoint路径 jsc.checkpoint("./ck"); SparkConf conf = new SparkConf().setAppName("direct").setMaster("local[2]"); JavaStreamingContext jsc = new JavaStreamingContext(conf, Durations.seconds(10)); HashMap<String, String> parms = new HashMap<>(); parms.put("metadata.broker.list", "node01:9092,node02:9092,node03:9092"); //读取偏移量数据,本示例中直接指定了偏移量,生产环境中从数据度读取偏移量 //使用Map容器临时存储,key为TopicAndPartition对象,value为偏移量 Map<TopicAndPartition, Long> offsets = new HashMap<>(); TopicAndPartition tp1 = new TopicAndPartition("topic1", 0); TopicAndPartition tp2 = new TopicAndPartition("topic1", 1); offsets.put(tp1, 123L); offsets.put(tp2, 456L); //创建DStream,参数为: // 上下文,kafka中key类型,value类型,key解码方式,vlaue解码方式,DStream的数据类型,kafka参数,存储偏移量的map容器,获取消息的value作为DStream的数据 JavaInputDStream<String> ds = KafkaUtils.createDirectStream( jsc, String.class, String.class, StringDecoder.class, StringDecoder.class, String.class, parms, offsets, new Function<MessageAndMetadata<String, String>, String>() { @Override public String call(MessageAndMetadata<String, String> v1) throws Exception { return v1.message(); } } ); //设置新的偏移量封装容器 AtomicReference<OffsetRange[]> offsetRanges = new AtomicReference(); //必须在第一个DStream中通过RDD,获取当前的偏移量 JavaDStream<String> ds1 = ds.transform(new Function<JavaRDD<String>, JavaRDD<String>>() { @Override public JavaRDD<String> call(JavaRDD<String> rdd) throws Exception { //通过RDD获取当前偏移量 OffsetRange[] offsets = ((HasOffsetRanges) rdd.rdd()).offsetRanges(); //将偏移量存入偏移量封装容器中,返回出去 offsetRanges.set(offsets); return rdd; } }); //通过output算子触发逻辑,在执行完成时,将偏移量提交到数据库 //这一过程中为了避免数据重复消费,输出操作应当是幂等输出,或者使用事务,目的都是保证偏移量提交与输出操作的一致性 ds1.foreachRDD(new VoidFunction<JavaRDD<String>>() { @Override public void call(JavaRDD<String> RDD) throws Exception { //以下触发算子的输出操作和偏移量向外存储,写在一个事务中(建议使用异常机制) //触发算子 RDD.foreach(x -> System.out.println(x)); //将偏移量封装容器转换为数组,每个元素就是一个OffsetRange对象。 //OffsetRange对象存储了一个topic分区的偏移量信息,可以对OffsetRange解析后存入数据库 OffsetRange[] offsets = offsetRanges.get(); for (OffsetRange x : offsets) { //解析 String topic = x.topic(); int partition = x.partition(); long offset = x.untilOffset(); } } });
Spark2.3+kafka0.10+
- 只有direct模式
- 偏移量维护策略:
- 使用kafka维护,kafka中使用特殊的topic(_consumer_offsets)实现
- 若设置了checkpoint,则偏移量会存在checkpoint中维护。
- 使用自定义方式维护偏移量
- 任务分配策略
- LocationStrategies.PreferBrokers:如Executor在kafka 集群中的节点上,该executor 读取当前broker节点的数据(一般用这个)
- LocationStrategies.PreferFixed:节点之间的分区有明显的分布不均,通过一个map 指定将topic分区分布在哪些节点中
- 缓存策略
- kafka的数据预先读取到Executor的缓存中再处理,该缓存默认64K,能够加快数据的处理速度
- spark.streaming.kafka.consumer.cache.maxCapacity 控制缓存大小
- spark.streaming.kafka.consumer.cache.enabled 控制缓存机制开关
kafka维护偏移量
- 提交时间
- 自动提交默认5s提交一次偏移量,参数auto.commit.interval.ms控制
- 手动提交偏移量,底层api也是异步的
- 问题
- 若一天不访问kafka偏移量数据,kafka会自动清空
- 使用手动提交偏移量的方式,偏移量提交与结果输出是异步的,也重复输出的问题
本示例中:使用手动向kafka提交偏移量
//创建JavaStreamingContext SparkConf conf = new SparkConf().setAppName("direct").setMaster("local[2]"); JavaStreamingContext jsc = new JavaStreamingContext(conf, Durations.seconds(10)); //创建kafka参数对象 HashMap<String, Object> kafkaParams = new HashMap<>(); //kafka节点 kafkaParams.put("bootstrap.servers", "node1:9092,node2:9092,node3:9092"); //第一次读取的偏移量位置 kafkaParams.put("auto.offset.reset", "earliest"); //消费者组 kafkaParams.put("group.id", "myGroup"); //key序列化方式 kafkaParams.put("key.deserializer", StringDeserializer.class); //key序列化方式 kafkaParams.put("value.deserializer", StringDeserializer.class); //设置偏移量手动提交 kafkaParams.put("enable.auto.commit", false); //设置读取的topics Collection<String> topics = Arrays.asList("sm3"); //构建初始DStream,其数据元素为一条kafka的消息具备value值与kafuka的相关属性 //传入 上下文,task分配策略 ,kafkfa参数(topic+参数map) JavaInputDStream<ConsumerRecord<String, String>> stream = KafkaUtils.createDirectStream( jsc, LocationStrategies.PreferBrokers(), ConsumerStrategies.Subscribe(topics, kafkaParams) ); //偏移量封装类具备原子更新属性 AtomicReference<OffsetRange[]> newoffset = new AtomicReference(); JavaDStream<String> stream1 = stream.transform(new Function<JavaRDD<ConsumerRecord<String, String>>, JavaRDD<String>>() { @Override public JavaRDD<String> call(JavaRDD<ConsumerRecord<String, String>> RDD) throws Exception { //获取偏移量,新的偏移量必须从初始DStream的第一个RDD中获取,其他的RDD弃置该信息 OffsetRange[] offsetRanges = ((HasOffsetRanges) RDD.rdd()).offsetRanges(); //将偏移量设置在封装对象中 newoffset.set(offsetRanges); //将初始DStream解析为普通的RDD,即取出value值 return RDD.map(new Function<ConsumerRecord<String, String>, String>() { @Override public String call(ConsumerRecord<String, String> record) throws Exception { //可以从每条记录中取出消息值及其kafka相关信息 record.key(); record.topic(); record.partition(); return record.value(); } }); } }); //在执行触发算子时提交偏移量 stream1.foreachRDD(new VoidFunction<JavaRDD<String>>() { @Override public void call(JavaRDD<String> RDD) throws Exception { /*为了避免数据重复输出,采用以下两种方式解决: 1.实现输出代码的幂等性 2.将输出代码与偏移量提交代码写在一个事务中 */ //触发算子 RDD.foreach(s->System.out.println(s)); //通过偏移量封装对象获取偏移量 OffsetRange[] offsetRanges = newoffset.get(); //通过初始DStream转换,使用自动提交偏移量 ((CanCommitOffsets) stream.inputDStream()).commitAsync(offsetRanges); } });
自定义维护偏移量
- 实现从外部数据库读取偏移量,将新的偏移量存入外部数据库
- 这种方式也存在重复输出的问题,需要实现输出幂等或(输出+offset)事务
//kafka参数 HashMap<String, Object> kafkaParams = new HashMap<>(); kafkaParams.put("bootstrap.servers", "node1:9092,node2:9092,node3:9092"); kafkaParams.put("auto.offset.reset", "earliest"); kafkaParams.put("group.id", "myGroup"); kafkaParams.put("key.deserializer", StringDeserializer.class); kafkaParams.put("value.deserializer", StringDeserializer.class); kafkaParams.put("enable.auto.commit", false); //本例子中直接给定偏移量,生产环境中偏移量从外部外部数据库读入 //偏移量通过map封装 Map<TopicPartition, Long> offsetdata = new HashMap<>(); offsetdata.put(new TopicPartition("topic1", 0), 123L); offsetdata.put(new TopicPartition("topic1", 1), 444L); //构建初始DStream。参数: // 上下文,task分配策略 ,kafkfa参数(topic+参数map+偏移量map) JavaInputDStream<ConsumerRecord<String, String>> stream = KafkaUtils.createDirectStream( jsc, LocationStrategies.PreferBrokers(), ConsumerStrategies.Assign(offsetdata.keySet(), kafkaParams, offsetdata)); //获取偏移量方式与上述方式相同,区别在于提交偏移量的方式不同 AtomicReference<OffsetRange[]> newoffset = new AtomicReference(); JavaDStream<String> stream1 = stream.transform(new Function<JavaRDD<ConsumerRecord<String, String>>, JavaRDD<String>>() { @Override public JavaRDD<String> call(JavaRDD<ConsumerRecord<String, String>> RDD) throws Exception { //获取偏移量 newoffset.set(((HasOffsetRanges) RDD.rdd()).offsetRanges()); return RDD.map(x->x.value()); } }); stream1.foreachRDD(new VoidFunction<JavaRDD<String>>() { @Override public void call(JavaRDD<String> RDD) throws Exception { /*为了避免数据重复输出,采用以下两种方式解决: 1.实现输出代码的幂等性 2.将输出代码与偏移量提交代码写在一个事务中 */ //触发算子 RDD.foreach(s->System.out.println(s)); //通过偏移量封装对象获取偏移量,遍历偏移量存入数据库 OffsetRange[] offsetRanges = newoffset.get(); for(OffsetRange x : offsetRanges ){ System.out.println(x); } /** * 开启事务 */ //1.提交偏移量到redis //2.提交计算结果到mysql中 //3.做好事务原子性的维护 } });
checkpoint维护偏移量
- driver宕机恢复容易产生数据重复消费
- 修改代码逻辑,会导致原checkpoint偏移量丢失
代码实现kafka维护基本一致,只需要指定checkpoint的路径
整合参数
- receiver模式的参数
- spark.streaming.receiver.writeAheadLog.enable 默认false 是否开启预写日志
- spark.streaming.blockInterval 默认200ms 对一批数据的切分间隔,用于控制receiver模式下的分区数
- spark.streaming.receiver.maxRate 无默认值 修改receiver task的最大拉取速率
- Direct模式
- spark.streaming.kafka.maxRatePerPartition 修改每个分区拉取数据的最大速率
- 反压机制
- spark.streaming.backpressure.enabled 默认false 微调数据拉取速率,提高运行效率
- 关停任务
- spark.streaming.stopGracefullyOnShutdown 设置 true
- kill -15/sigterm driverpid
注:以上参数均可以在conf中设置
遗留问题:HA的ck,对direct模式的影响
原文地址:https://www.cnblogs.com/javaxiaobu/p/11775076.html