一概述
1 流计算与批量计算
批量计算 数据已经存在, 一次性读取所有的数据进行批量处理 hdfs > spark sql > hdfs
流计算 数据源源不断的进来, 经过处理后落地 设备> kafka > SparkStreaming > hbase等
2 流和批 架构
流和批都是有意义的, 有自己的应用场景, 那么如何结合流和批呢? 如何在同一个系统中使用这两种不同的解决方案呢?
混合架构
混合架构的名字叫做 Lambda 架构
, 混合架构最大的特点就是将流式计算和批处理结合起来,后在进行查询的时候分别查询流系统和批系统, 最后将结果合并在一起
一般情况下 Lambda 架构分三层
批处理层: 批量写入, 批量读取
服务层: 分为两个部分, 一部分对应批处理层, 一部分对应速度层
速度层: 随机读取, 随即写入, 增量计算
优点
- 兼顾优点, 在批处理层可以全量查询和分析, 在速度层可以查询最新的数据
- 速度很快, 在大数据系统中, 想要快速的获取结果是非常困难的, 因为高吞吐量和快速返回结果往往很难兼得, 例如
Impala
和Hive
,Hive
能进行非常大规模的数据量的处理,Impala
能够快速的查询返回结果, 但是很少有一个系统能够兼得两点,Lambda
使用多种融合的手段从而实现
缺点
Lambda
是一个非常反人类的设计, 因为我们需要在系统中不仅维护多套数据层, 还需要维护批处理和流式处理两套框架, 这非常困难, 一套都很难搞定, 两套带来的运维问题是是指数级提升的
流失架构
流式架构常见的叫做 Kappa 结构
, 是 Lambda 架构
的一个变种, 其实本质上就是删掉了批处理
优点
- 非常简单
- 效率很高, 在存储系统的发展下, 很多存储系统已经即能快速查询又能批量查询了, 所以
Kappa 架构
在新时代还是非常够用的
问题:
丧失了一些 Lambda
的优秀特点
3 SparkStreaming
特点 | 说明 |
---|---|
Spark Streaming 是 Spark Core API 的扩展 |
Spark Streaming 具有类似 RDD 的 API , 易于使用, 并可和现有系统共用相似代码,,,,一个非常重要的特点是, Spark Streaming 可以在流上使用基于 Spark 的机器学习和流计算, 是一个一站式的平台 |
Spark Streaming 具有很好的整合性 |
Spark Streaming 可以从 Kafka , Flume , TCP 等流和队列中获取数据,,,,Spark Streaming 可以将处理过的数据写入文件系统, 常见数据库中 |
Spark Streaming 是微批次处理模型 |
微批次处理的方式不会有长时间运行的 Operator , 所以更易于容错设计,,,,,,,微批次模型能够避免运行过慢的服务, 实行推测执行 |
TCP三次握手回顾
1
Client
向 Server
发送 SYN(j)
, 进入 SYN_SEND
状态等待 Server
响应
2
Server
收到 Client
的 SYN(j)
并发送确认包 ACK(j + 1)
, 同时自己也发送一个请求连接的 SYN(k)
给 Client
, 进入 SYN_RECV
状态等待 Client
确认
3
Client
收到 Server
的 ACK + SYN
, 向 Server
发送连接确认 ACK(k + 1)
, 此时, Client
和 Server
都进入 ESTABLISHED
状态, 准备数据发送
netcat
Netcat
简写nc
, 命令行中使用nc
命令调用Netcat
是一个非常常见的Socket
工具, 可以使用nc
建立Socket server
也可以建立Socket client
nc -l
建立Socket server
,l
是listen
监听的意思nc host port
建立Socket client
, 并连接到某个Socket server
一台虚拟机 nc -lk 1567 另一台复制的虚拟机 nc localhost 1567 两台可以通信
4 小试牛刀
使用 Spark Streaming
程序和 Socket server
进行交互
创建maven工程
pom 依赖
1 | <properties> |
1 | //Spark Streaming 是微小的批处理 并不是实时流, 而是按照时间切分小批量, 一个一个的小批量处理 |
可以在本地运行 也可以在集群运行
1 | 集群运行 |
5 总结
注意点:
1Spark Streaming
并不是真正的来一条数据处理一条
Spark Streaming
的处理机制叫做小批量, 英文叫做 mini-batch
, 是收集了一定时间的数据后生成 RDD
, 后针对 RDD
进行各种转换操作, 这个原理提现在如下两个地方
2Spark Streaming
中至少要有两个线程
在使用 spark-submit
启动程序的时候, 不能指定一个线程
- 主线程被阻塞了, 等待程序运行
- 需要开启后台线程获取数据
创建StreamingContext
StreamingContext
是Spark Streaming
程序的入口- 在创建
StreamingContext
的时候, 必须要指定两个参数, 一个是SparkConf
, 一个是流中生成RDD
的时间间隔 StreamingContext
提供了如下功能- 创建
DStream
, 可以通过读取Kafka
, 读取Socket
消息, 读取本地文件等创建一个流, 并且作为整个DAG
中的InputDStream
RDD
遇到Action
才会执行, 但是DStream
不是,DStream
只有在StreamingContext.start()
后才会开始接收数据并处理数据- 使用
StreamingContext.awaitTermination()
等待处理被终止 - 使用
StreamingContext.stop()
来手动的停止处理
- 创建
- 在使用的时候有如下注意点
- 同一个
Streaming
程序中, 只能有一个StreamingContext
- 一旦一个
Context
已经启动 (start
), 则不能添加新的数据源 **
- 同一个
算子
这些算子类似 RDD
, 也会生成新的 DStream
这些算子操作最终会落到每一个 DStream
生成的 RDD
中
reduceByKey 这个算子需要特别注意, 这个聚合并不是针对于整个流, 而是针对于某个批次的数据
二原理
1Spark Streaming
的特点
Spark Streaming
会源源不断的处理数据, 称之为流计算Spark Streaming
并不是实时流, 而是按照时间切分小批量, 一个一个的小批量处理Spark Streaming
是流计算, 所以可以理解为数据会源源不断的来, 需要长时间运行
2Spark Streaming
是按照时间切分小批量
1 | Spark Streaming` 中的编程模型叫做 `DStream`, 所有的 `API` 都从 `DStream` 开始, 其作用就类似于 `RDD` 之于 `Spark Core |
可以理解为 DStream
是一个管道, 数据源源不断的从这个管道进去, 被处理, 再出去
但是需要注意的是, DStream
并不是严格意义上的实时流, 事实上, DStream
并不处理数据, 而是处理 RDD
Spark Streaming
是小批量处理数据, 并不是实时流Spark Streaming
对数据的处理是按照时间切分为一个又一个小的RDD
, 然后针对RDD
进行处理
RDD
中针对数据的处理是使用算子, 在 DStream
中针对数据的操作也是算子
难道 DStream
会把算子的操作交给 RDD
去处理? 如何交?
3 Spark Streaming
是流计算, 流计算的数据是无限的
无限的数据一般指的是数据不断的产生, 比如说运行中的系统, 无法判定什么时候公司会倒闭, 所以也无法断定数据什么时候会不再产生数据
那就会产生一个问题
如何不简单的读取数据, 如何应对数据量时大时小?
如何数据是无限的, 意味着可能要一直运行下去
那就会又产生一个问题
Spark Streaming
不会出错吗? 数据出错了怎么办?
四个问题:
DStream
如何对应RDD
?- 如何切分
RDD
? - 如何读取数据?
- 如何容错?
4 DAG的定义
RDD
和 DStream
的 DAG
rdd的wordcount :
1 | val textRDD = sc.textFile(...) |
DStream的wordcount
1 | val lines: DStream[String] = ssc.socketTextStream(...) |
1RDD
和 DStream
的区别
DStream
的数据是不断进入的,RDD
是针对一个数据的操作- 像
RDD
一样,DStream
也有不同的子类, 通过不同的算子生成 - 一个
DStream
代表一个数据集, 其中包含了针对于上一个数据的操作 DStream
根据时间切片, 划分为多个RDD
, 针对DStream
的计算函数, 会作用于每一个DStream
中的RDD
2DStream
如何形式 DAG
- 每个
DStream
都有一个关联的DStreamGraph
对象 DStreamGraph
负责表示DStream
之间的的依赖关系和运行步骤DStreamGraph
中会单独记录InputDStream
和OutputDStream
3切分流, 生成小批量
静态和动态
DStream
对应RDD
DStreamGraph
表示DStream
之间的依赖关系和运行流程, 相当于RDD
通过DAGScheduler
所生成的RDD DAG
RDD
的运行分为逻辑计划和物理计划
- 逻辑计划就是
RDD
之间依赖关系所构成的一张有向无环图 - 后根据这张
DAG
生成对应的TaskSet
调度到集群中运行,
但是在 DStream
中则不能这么简单的划分, 因为 DStream
中有一个非常重要的逻辑, 需要按照时间片划分小批量
- 在
Streaming
中,DStream
类似RDD
, 生成的是静态的数据处理过程, 例如一个DStream
中的数据经过map
转为其它模样 - 在
Streaming
中,DStreamGraph
类似DAG
, 保存了这种数据处理的过程
上述两点, 其实描述的是静态的一张 DAG
, 数据处理过程, 但是 Streaming
是动态的, 数据是源源不断的来的
所以, 在 DStream
中, 静态和动态是两个概念, 有不同的流程
DStreamGraph
将DStream
联合起来, 生成DStream
之间的DAG
, 这些DStream
之间的关系是相互依赖的关系, 例如一个DStream
经过map
转为另外一个DStream
- 但是把视角移动到
DStream
中来看,DStream
代表了源源不断的RDD
的生成和处理, 按照时间切片, 所以一个DStream DAG
又对应了随着时间的推进所产生的无限个RDD DAG
动态生成 RDD DAG
的过程
RDD DAG
的生成是按照时间来切片的, Streaming
会维护一个 Timer
, 固定的时间到达后通过如下五个步骤生成一个 RDD DAG
后调度执行
- 通知
Receiver
将收到的数据暂存, 并汇报存储的元信息, 例如存在哪, 存了什么 - 通过
DStreamGraph
复制出一套新的RDD DAG
- 将数据暂存的元信息和
RDD DAG
一同交由JobScheduler
去调度执行 - 提交结束后, 对系统当前的状态
Checkpoint
4数据的产生和导入
1Receiver
在 Spark Streaming
中一个非常大的挑战是, 很多外部的队列和存储系统都是分块的, RDD
是分区的, 在读取外部数据源的时候, 会用不同的分区对照外部系统的分片, 例如
不仅 RDD
, DStream
中也面临这种挑战
DStream
中是 RDD
流, 只是 RDD
的分区对应了 Kafka
的分区就可以了吗?
答案是不行, 因为需要一套单独的机制来保证并行的读取外部数据源, 这套机制叫做 Receiver
Receiver
的结构
为了保证并行获取数据, 对应每一个外部数据源的分区, 所以 Receiver
也要是分布式的, 主要分为三个部分
Receiver
是一个对象, 是可以有用户自定义的获取逻辑对象, 表示了如何获取数据Receiver Tracker
是Receiver
的协调和调度者, 其运行在Driver
上Receiver Supervisor
被Receiver Tracker
调度到不同的几点上分布式运行, 其会拿到用户自定义的Receiver
对象, 使用这个对象来获取外部数据
Receiver
的执行过程
- 在
Spark Streaming
程序开启时候,Receiver Tracker
使用JobScheduler
分发Job
到不同的节点, 每个Job
包含一个Task
, 这个Task
就是Receiver Supervisor
, 这个部分的源码还挺精彩的, 其实是复用了通用的调度逻辑 ReceiverSupervisor
启动后运行Receiver
实例Receiver
启动后, 就将持续不断地接收外界数据, 并持续交给ReceiverSupervisor
进行数据存储ReceiverSupervisor
持续不断地接收到Receiver
转来的数据, 并通过BlockManager
来存储数据- 获取的数据存储完成后发送元数据给
Driver
端的ReceiverTracker
, 包含数据块的id
, 位置, 数量, 大小 等信息
2 Direct
direct
使用Kafka低层次API实现的.
特点:
- 会创建和Kafka分区数一样的RDD分区.提升性能
- 使用checkpoint将分区/偏移量信息进行保存
0:2342344
- 因为直接根据分区id+偏移量获取消息,也解决了偏移量不一致问题.
总结:
reciver
使用Kafka高层次API实现,
特点:
- 启动一个Reciver进行消费,启动和Kafka分区数一样的线程数进行消费,所以性能提升不大
- 为了确保数据安全,需要启用WAL预写日志功能,数据会在HDFS备份一份,Kafka里面默认也有一份,所以数据会被重复保存
- 偏移量是在zookeeper上面存储的,因为信息不同步,有可能引起数据的重复消费问题.
5 容错
因为要非常长时间的运行, 对于任何一个流计算系统来说, 容错都是非常致命也非常重要的一环, 在 Spark Streaming
中, 大致提供了如下的容错手段
1 热备
这行代码中的 StorageLevel.MEMORY_AND_DISK_SER
的作用是什么? 其实就是热备份
- 当 Receiver 获取到数据要存储的时候, 是交给 BlockManager 存储的
- 如果设置了
StorageLevel.MEMORY_AND_DISK_SER
, 则意味着BlockManager
不仅会在本机存储, 也会发往其它的主机进行存储, 本质就是冗余备份 - 如果某一个计算失败了, 通过冗余的备份, 再次进行计算即可
这是默认的容错手段
2 冷备
冷备在 Spark Streaming
中的手段叫做 WAL
(预写日志)
- 当
Receiver
获取到数据后, 会交给BlockManager
存储 - 在存储之前先写到
WAL
中,WAL
中保存了Redo Log
, 其实就是记录了数据怎么产生的, 以便于恢复的时候通过Log
恢复 - 当出错的时候, 通过
Redo Log
去重放数据
3 重放
- 有一些上游的外部系统是支持重放的, 比如说
Kafka
Kafka
可以根据Offset
来获取数据- 当
SparkStreaming
处理过程中出错了, 只需要通过Kafka
再次读取即可
三操作
1 中间状态
需求: 统计整个流中, 所有出现的单词数量, 而不是一个批中的数量
在小试牛刀中 只能统计某个时间段内的单词数量, 因为 reduceByKey
只能作用于某一个 RDD
, 不能作用于整个流
如果想要求单词总数该怎么办?
以使用状态来记录中间结果, 从而每次来一批数据, 计算后和中间状态求和, 于是就完成了总数的统计
- 使用
updateStateByKey
可以做到这件事 updateStateByKey
会将中间状态存入CheckPoint
中
1 | //使用中间状态(updateStateByKey)记录结果 可以统计整个流中出现的单词数量 等操作 |
2 window操作
需求: 计算过 30s
的单词总数, 每 10s
更新一次
1 | //使用窗口Window操作 需求 计算过 30s 的单词总数, 每 10s 更新一次 |
窗口时间
在
window
函数中, 接收两个参数windowDuration
窗口长度,window
函数会将多个DStream
中的RDD
按照时间合并为一个, 那么窗口长度配置的就是将多长时间内的RDD
合并为一个slideDuration
滑动间隔, 比较好理解的情况是直接按照某个时间来均匀的划分为多个window
, 但是往往需求可能是统计最近xx分
内的所有数据, 一秒刷新一次, 那么就需要设置滑动窗口的时间间隔了, 每隔多久生成一个window
滑动时间的问题
- 如果
windowDuration > slideDuration
, 则在每一个不同的窗口中, 可能计算了重复的数据 - 如果
windowDuration < slideDuration
, 则在每一个不同的窗口之间, 有一些数据为能计算进去
但是其实无论谁比谁大, 都不能算错, 例如, 我的需求有可能就是统计一小时内的数据, 一天刷新两次
- 如果