【云小课】EI第48课 MRS数据分析-通过Spark Streaming作业消费Kafka数据

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Hello EI 发表于 2022/07/27 11:48:50 2022/07/27
【摘要】 Spark是分布式批处理框架,提供分析挖掘与迭代式内存计算能力,支持多种语言(Scala/Java/Python)的应用开发。 Spark Streaming是一种构建在Spark上的实时计算框架,扩展了Spark处理大规模流式数据的能力。 本文介绍如何使用MRS集群运行Spark Streaming作业以消费Kafka数据。

Spark是分布式批处理框架,提供分析挖掘与迭代式内存计算能力,支持多种语言(Scala/Java/Python)的应用开发。

Spark Streaming是一种构建在Spark上的实时计算框架,扩展了Spark处理大规模流式数据的能力。

本文介绍如何使用MRS集群运行Spark Streaming作业以消费Kafka数据。

在本案例中,假定某个业务Kafka每1秒就会收到1个单词记录。基于业务需要,开发的Spark应用程序实现实时累加计算每个单词的记录总数的功能。

本案例基本操作流程如下所示:

  1. 创建MRS集群。

  2. 准备应用程序。

  3. 上传jar包及源数据。

  4. 运行作业并查看结果。

场景描述

Spark提供分析挖掘与迭代式内存计算能力,适用以下场景:

  • 数据处理(Data Processing):可以用来快速处理数据,兼具容错性和可扩展性。

  • 迭代计算(Iterative Computation):支持迭代计算,有效应对多步的数据处理逻辑。

  • 数据挖掘(Data Mining):在海量数据基础上进行复杂的挖掘分析,可支持各种数据挖掘和机器学习算法。

  • 流式处理(Streaming Processing):支持秒级延迟的流式处理,可支持多种外部数据源。

  • 查询分析(Query Analysis):支持标准SQL查询分析,同时提供DSL(DataFrame), 并支持多种外部输入。

当前Spark支持两种数据处理方式:Direct Streaming和Receiver方式。

Direct Streaming方式主要通过采用Direct API对数据进行处理。以Kafka Direct接口为例,与启动一个Receiver来连续不断地从Kafka中接收数据并写入到WAL中相比,Direct API简单地给出每个batch区间需要读取的偏移量位置。然后,每个batch的Job被运行,而对应偏移量的数据在Kafka中已准备好。这些偏移量信息也被可靠地存储在checkpoint文件中,应用失败重启时可以直接读取偏移量信息。

图1 Direct Kafka接口数据传输

需要注意的是,Spark Streaming可以在失败后重新从Kafka中读取并处理数据段。然而,由于语义仅被处理一次,重新处理的结果和没有失败处理的结果是一致的。

因此,Direct API消除了需要使用WAL和Receivers的情况,且确保每个Kafka记录仅被接收一次,这种接收更加高效。使得Spark Streaming和Kafka可以很好地整合在一起。总体来说,这些特性使得流处理管道拥有高容错性、高效性及易用性,因此推荐使用Direct Streaming方式处理数据。

在一个Spark Streaming应用开始时(也就是Driver开始时),相关的StreamingContext(所有流功能的基础)使用SparkContext启动Receiver成为长驻运行任务。这些Receiver接收并保存流数据到Spark内存中以供处理。用户传送数据的生命周期如下图所示:

图2 数据传输生命周期

  • 接收数据(蓝色箭头)

    Receiver将数据流分成一系列小块,存储到Executor内存中。另外,在启用预写日志(Write-ahead Log,简称WAL)以后,数据同时还写入到容错文件系统的预写日志中。

  • 通知Driver(绿色箭头)

    接收块中的元数据(Metadata)被发送到Driver的StreamingContext。这个元数据包括:

    • 定位其在Executor内存中数据位置的块Reference ID。

    • 若启用了WAL,还包括块数据在日志中的偏移信息。

  • 处理数据(红色箭头)

    对每个批次的数据,StreamingContext使用Block信息产生RDD及其Job。StreamingContext通过运行任务处理Executor内存中的Block来执行Job。

  • 周期性地设置检查点(橙色箭头)

  • 为了容错的需要,StreamingContext会周期性地设置检查点,并保存到外部文件系统中。

华为云MapReduce服务提供了Spark服务多种场景下的样例开发工程,本案例对应示例场景的开发思路:

  1. 接收Kafka中数据,生成相应DStream。

  2. 对单词记录进行分类统计。

  3. 计算结果,并进行打印。

创建MRS集群

  1. 创建并购买一个包含有Spark2x、Kafka组件的MRS集群,详情请参见购买自定义集群

    本文以购买的MRS 3.1.0版本的集群为例,集群未开启Kerberos认证。

  2. 集群购买成功后,在MRS集群的任一节点内,安装集群客户端,具体操作可参考安装并使用集群客户端

    例如客户端安装目录为“/opt/client”。

准备应用程序

  1. 通过开源镜像站获取样例工程。

    下载样例工程的Maven工程源码和配置文件,并在本地配置好相关开发工具,可参考通过开源镜像站获取样例工程

    根据集群版本选择对应的分支,下载并获取MRS相关样例工程。

    例如本章节场景对应示例为“SparkStreamingKafka010JavaExample”样例,获取地址:https://github.com/huaweicloud/huaweicloud-mrs-example/tree/mrs-3.1.0/src/spark-examples/sparknormal-examples/SparkStreamingKafka010JavaExample
  2. 本地使用IDEA工具导入样例工程,等待Maven工程下载相关依赖包,具体操作可参考配置并导入样例工程

    在本示例工程中,通过使用Streaming调用Kafka接口来获取单词记录,然后把单词记录分类统计,得到每个单词记录数,关键代码片段如下:

    public class StreamingExampleProducer {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            if (args.length < 2) {
                printUsage();
            }
            String brokerList = args[0];
            String topic = args[1];
            String filePath = "/home/data/";    //源数据获取路径
            Properties props = new Properties();
            props.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, brokerList);
            props.put(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, "DemoProducer");
            props.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
            props.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
            Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<String, String>(props);
    
            for (int m = 0; m < Integer.MAX_VALUE / 2; m++) {
                File dir = new File(filePath);
                File[] files = dir.listFiles();
                if (files != null) {
                    for (File file : files) {
                        if (file.isDirectory()) {
                            System.out.println(file.getName() + "This is a directory!");
                        } else {
                            BufferedReader reader = null;
                            reader = new BufferedReader(new FileReader(filePath + file.getName()));
                            String tempString = null;
                            while ((tempString = reader.readLine()) != null) {
                                // Blank line judgment
                                if (!tempString.isEmpty()) {
                                    producer.send(new ProducerRecord<String, String>(topic, tempString));
                                }
                            }
                            // make sure the streams are closed finally.
                            reader.close();
                        }
                    }
                }
                try {
                    Thread.sleep(3);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
        private static void printUsage() {
            System.out.println("Usage: {brokerList} {topic}");
        }
    }
  3. 本地配置好Maven及SDK相关参数后,样例工程会自动加载相关依赖包。加载完毕后,执行package打包,获取打包后的jar文件。

    例如打包后的jar文件为“SparkStreamingKafka010JavaExample-1.0.jar”。

上传jar包及源数据

  1. 准备向Kafka发送的源数据,例如如下的“input_data.txt”文件,将该文件上传到客户端节点的“/home/data”目录下。
    ZhangSan
    LiSi
    WangwWU
    Tom
    Jemmmy
    LinDa
  2. 将编译后的jar包(例如“SparkStreamingKafka010JavaExample-1.0.jar”)上传到客户端节点,例如上传到“/opt”目录。

    如果本地网络无法直接连接客户端节点上传文件,可先将jar文件或者源数据上传至OBS文件系统中,然后通过MRS管理控制台集群内的“文件管理”页面导入HDFS中,再通过HDFS客户端使用hdfs dfs -get命令下载到客户端节点本地。

运行作业并查看结果

  1. 使用root用户登录安装了集群客户端的节点。
    cd /opt/client
    source bigdata_env
  2. 创建用于接收数据的Kafka topic。

    kafka-topics.sh --create --zookeeper quorumpeer实例IP地址:ZooKeeper客户端连接端口/kafka --replication-factor 2 --partitions 3 --topic topic名称

    quorumpeer实例IP地址可登录集群的FusionInsight Manager界面,在“集群 > 服务 > ZooKeeper > 实例”界面中查询,多个地址可用“,”分隔。ZooKeeper客户端连接端口可通过ZooKeeper服务配置参数“clientPort”查询,默认为2181。

    例如执行以下命令:

    kafka-topics.sh --create --zookeeper 192.168.0.17:2181/kafka --replication-factor 2 --partitions 2 --topic sparkkafka
    返回结果如下
    Created topic sparkkafka.
  3. Topic创建成功后,运行程序向Kafka发送数据。
    java -cp /opt/SparkStreamingKafka010JavaExample-1.0.jar:/opt/client/Spark2x/spark/jars/*:/opt/client/Spark2x/spark/jars/streamingClient010/* com.huawei.bigdata.spark.examples.StreamingExampleProducer Broker实例IP地址:Kafka连接端口 topic名称

    Kafka Broker实例IP地址可登录集群的FusionInsight Manager界面,在“集群 > 服务 > Kafka > 实例”界面中查询,多个地址可用“,”分隔。Broker端口号可通过Kafka服务配置参数“port”查询,默认为9092。

    例如执行以下命令:

    java -cp /opt/SparkStreamingKafka010JavaExample-1.0.jar:/opt/client/Spark2x/spark/jars/*:/opt/client/Spark2x/spark/jars/streamingClient010/* com.huawei.bigdata.spark.examples.StreamingExampleProducer 192.168.0.131:9092 sparkkafka

    返回结果如下

    ...
    	transactional.id = null
    	value.serializer = class org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
    
    2022-06-08 15:43:42 INFO  AppInfoParser:117 - Kafka version: xxx
    2022-06-08 15:43:42 INFO  AppInfoParser:118 - Kafka commitId: xxx
    2022-06-08 15:43:42 INFO  AppInfoParser:119 - Kafka startTimeMs: xxx
    2022-06-08 15:43:42 INFO  Metadata:259 - [Producer clientId=DemoProducer] Cluster ID: d54RYHthSUishVb6nTHP0A
  4. 重新打开一个客户端连接窗口,执行以下命令,读取Kafka Topic中的数据。

    cd /opt/client/Spark2x/spark
    source bigdata_env
    bin/spark-submit --master yarn --deploy-mode client --jars $(files=($SPARK_HOME/jars/streamingClient010/*.jar); IFS=,; echo "${files[*]}") --class com.huawei.bigdata.spark.examples.KafkaWordCount /opt/SparkStreamingKafka010JavaExample-1.0.jar <checkpointDir> <brokers> <topic> <batchTime>
    • <checkPointDir>指应用程序结果备份到HDFS的路径,自行指定即可,例如“/tmp”。

    • <brokers>指获取元数据的Kafka地址,格式为“Broker实例IP地址:Kafka连接端口”。
    • <topic>指读取Kafka上的topic名称。

    • <batchTime>指Streaming分批的处理间隔,例如设置为“5”。

    例如执行以下命令:

    cd /opt/client/Spark2x/spark
    source bigdata_env
    bin/spark-submit --master yarn --deploy-mode client --jars $(files=($SPARK_HOME/jars/streamingClient010/*.jar); IFS=,; echo "${files[*]}") --class com.huawei.bigdata.spark.examples.KafkaWordCount /opt/SparkStreamingKafka010JavaExample-1.0.jar /tmp 192.168.0.131:9092 sparkkafka 5

    程序运行后,可查看到Kafka中数据的统计结果:

    ....
    -------------------------------------------                                     
    Time: 1654674380000 ms
    -------------------------------------------
    (ZhangSan,6)
    (Tom,6)
    (LinDa,6)
    (WangwWU,6)
    (LiSi,6)
    (Jemmmy,6)
     
    -------------------------------------------                                     
    Time: 1654674385000 ms
    -------------------------------------------
    (ZhangSan,717)
    (Tom,717)
    (LinDa,717)
    (WangwWU,717)
    (LiSi,717)
    (Jemmmy,717)
     
    -------------------------------------------
    Time: 1654674390000 ms
    -------------------------------------------
    (ZhangSan,2326)
    (Tom,2326)
    (LinDa,2326)
    (WangwWU,2326)
    (LiSi,2326)
    (Jemmmy,2326)
     ...
  5. 登录FusionInsight Manager界面,选择“集群 > 服务 > Spark2x”。

  6. 在服务概览页面单击Spark WebUI后的链接地址,可进入History Server页面。

    单击待查看的App ID,您可以查看Spark Streaming作业的状态。

好了,本期云小课就介绍到这里,快去体验MapReduce(MRS)更多功能吧!猛戳这里

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