Flink消费kafka消息实战

Posted 2022-07-27 程序员欣宸

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• 本次实战的内容是开发Flink应用，消费来自kafka的消息，进行实时计算；

环境情况

• 本次实战用到了三台机器，它们的IP地址和身份如下表所示：

IP地址	身份	备注
192.168.1.104	http请求发起者	此机器上安装了Apache Bench，可以发起大量http请求到192.168.1.101
192.168.1.101	Docker server	此机器上安装了Docker，并且运行了三个容器：zookeeper、kafka、消息生产者(接收http请求时生产一条消息)
192.168.1.102	Flink应用	此机器部署了Flink，运行着我们开发的Flink应用，接收kafka消息做实时处理

• 注意：

  1. 本文的重点是Flink，所以在192.168.1.101这台机器上通过Docker快速搭建了kafka server和消息生产者，只要向这台机器的消息生产者容器发起http请求，就能生产一条消息到kafka；
  2. 192.168.1.104这台机器安装了Apache Bench，可以通过简单的命令，向192.168.1.101发起大量http请求，这样就能产生大量kafka消息；
• 整体架构如下图：
  

操作步骤

1. 在机器192.168.1.101上部署三个容器(消息生产者、zookeeper、kafka)；
2. 在机器192.168.1.104上安装Apache Bench；
3. 在机器192.168.1.102上配置kafak相关的host；
4. 开发Flink应用，部署到机器192.168.1.102；
5. 在机器192.168.1.104上发起压力测试，请求地址是消息生产者的http接口地址，产生大量消息；
6. 观察Flink应用的处理情况；

版本信息

1. 操作系统：Centos7
2. docker：17.03.2-ce
3. docker-compose：1.23.2
4. kafka：0.11.0.3
5. zookeeper：3.4.9
6. JDK：1.8.0_191
7. spring boot：1.5.9.RELEASE
8. spring-kafka：1.3.8.RELEASE
9. Flink：1.7

在机器192.168.1.101上部署三个容器(消息生产者、zookeeper、kafka)

• 构建kafka相关的环境不是本文重点，因此这里利用docker快速实现，步骤如下：
• 在机器192.168.1.101上安装docker和docker-compose；
• 创建docker-compose.yml文件，内容如下：

  version: 2
  services:
  zookeeper:
  image: wurstmeister/zookeeper
  ports:
    - "2181:2181"
  kafka1:
  image: wurstmeister/kafka:2.11-0.11.0.3
  ports:
    - "9092:9092"
  environment:
    KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS: PLAINTEXT://kafka1:9092
    KAFKA_LISTENERS: PLAINTEXT://:9092
    KAFKA_ZOOKEEPER_CONNECT: zookeeper:2181
    KAFKA_CREATE_TOPICS: "topic001:2:1"
  volumes:
    - /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock
  producer:
  image: bolingcavalry/kafka01103producer:0.0.1-SNAPSHOT
  ports:
    - "8080:8080"

• 在docker-compose.yml所在目录执行命令**docker-compose up -d</font>，即可启动容器；

• 如果您想了解更多docker环境下kafka消息生产者的细节，请参考《如何使用Docker内的kafka服务》；

在机器192.168.1.104上安装Apache Bench

• 不同的操作系统安装Apache Bench的命令也不一样：
  1. ubuntu上的安装命令**apt-get install apache2-utils</font>；
  2. centos上的安装命令**yum install httpd-tools</font>；

源码下载

• 接下来的实战是编写Flink应用的源码，您可以选择直接从GitHub下载这个工程的源码，地址和链接信息如下表所示：

名称	链接	备注
项目主页	https://github.com/zq2599/blog_demos	该项目在GitHub上的主页
git仓库地址(https)	https://github.com/zq2599/blog_demos.git	该项目源码的仓库地址，https协议
git仓库地址(ssh)	[e-mail]:zq2599/blog_demos.git	该项目源码的仓库地址，ssh协议

• 这个git项目中有多个文件夹，本章源码在flinkkafkademo这个文件夹下，如下图红框所示：
  

开发Flink应用，部署到机器192.168.1.102

• Flink环境搭建请参考《Flink1.7从安装到体验》；
• 应用基本代码是通过mvn命令创建的，在命令行输入以下命令：

mvn archetype:generate -DarchetypeGroupId=org.apache.flink -DarchetypeArtifactId=flink-quickstart-java -DarchetypeVersion=1.7.0

• 根据提示，输入groupId为com.bolingcavalry，artifactId为flinkkafkademo，其他的直接按下回车键即可使用默认值，这样就得到了一个maven工程：flinkkafkademo；

• 打开工程的pom.xml文件，增加以下两个依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-connector-kafka-0.11_2.12</artifactId>
    <version>$flink.version</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>fastjson</artifactId>
    <version>1.2.28</version>
</dependency>

• 新增一个辅助类，用于将kafka消息中的内容转换成java对象：

/**
 * @Description: 解析原始消息的辅助类
 * @author: willzhao E-mail: [e-mail]
 * @date: 2019/1/1 20:13
 */
public class JSONHelper 

    /**
     * 解析消息，得到时间字段
     * @param raw
     * @return
     */
    public static long getTimeLongFromRawMessage(String raw)
        SingleMessage singleMessage = parse(raw);
        return null==singleMessage ? 0L : singleMessage.getTimeLong();
    

    /**
     * 将消息解析成对象
     * @param raw
     * @return
     */
    public static SingleMessage parse(String raw)
        SingleMessage singleMessage = null;

        if (raw != null) 
            singleMessage = JSONObject.parseObject(raw, SingleMessage.class);
        

        return singleMessage;
    

• SingleMessage对象的定义：

public class SingleMessage 

    private long timeLong;
    private String name;
    private String bizID;
    private String time;
    private String message;

    public long getTimeLong() 
        return timeLong;
    

    public void setTimeLong(long timeLong) 
        this.timeLong = timeLong;
    

    public String getName() 
        return name;
    

    public void setName(String name) 
        this.name = name;
    

    public String getBizID() 
        return bizID;
    

    public void setBizID(String bizID) 
        this.bizID = bizID;
    

    public String getTime() 
        return time;
    

    public void setTime(String time) 
        this.time = time;
    

    public String getMessage() 
        return message;
    

    public void setMessage(String message) 
        this.message = message;
    

• 实时处理的操作都集中在StreamingJob类，源码的关键位置已经加了注释，就不再赘述了：

package com.bolingcavalry;

import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction;
import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.TimeCharacteristic;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.AssignerWithPunctuatedWatermarks;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.windowing.WindowFunction;
import org.apache.flink.streaming.api.watermark.Watermark;
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time;
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.windows.TimeWindow;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer011;

import javax.annotation.Nullable;
import java.util.Properties;

/**
 * Skeleton for a Flink Streaming Job.
 *
 * <p>For a tutorial how to write a Flink streaming application, check the
 * tutorials and examples on the <a rel="nofollow" href="http://flink.apache.org/docs/stable/">Flink Website</a>.
 *
 * <p>To package your application into a JAR file for execution, run
 * mvn clean package on the command line.
 *
 * <p>If you change the name of the main class (with the public static void main(String[] args))
 * method, change the respective entry in the POM.xml file (simply search for mainClass).
 */
public class StreamingJob 

    public static void main(String[] args) throws Exception 

        final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.enableCheckpointing(5000); // 要设置启动检查点
        env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime);

        Properties props = new Properties();
        props.setProperty("bootstrap.servers", "kafka1:9092");
        props.setProperty("group.id", "flink-group");

        //数据源配置，是一个kafka消息的消费者
        FlinkKafkaConsumer011<String> consumer =
                new FlinkKafkaConsumer011<>("topic001", new SimpleStringSchema(), props);

        //增加时间水位设置类
        consumer.assignTimestampsAndWatermarks(new AssignerWithPunctuatedWatermarks<String> ()
            @Override
            public long extractTimestamp(String element, long previousElementTimestamp) 
                return JSONHelper.getTimeLongFromRawMessage(element);
            

            @Nullable
            @Override
            public Watermark checkAndGetNextWatermark(String lastElement, long extractedTimestamp) 
                if (lastElement != null) 
                    return new Watermark(JSONHelper.getTimeLongFromRawMessage(lastElement));
                
                return null;
            
        );

        env.addSource(consumer)
                //将原始消息转成Tuple2对象，保留用户名称和访问次数(每个消息访问次数为1)
                .flatMap((FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Long>>) (s, collector) -> 
                    SingleMessage singleMessage = JSONHelper.parse(s);

                    if (null != singleMessage) 
                        collector.collect(new Tuple2<>(singleMessage.getName(), 1L));
                    
                )
                //以用户名为key
                .keyBy(0)
                //时间窗口为2秒
                .timeWindow(Time.seconds(2))
                //将每个用户访问次数累加起来
                .apply((WindowFunction<Tuple2<String, Long>, Tuple2<String, Long>, Tuple, TimeWindow>) (tuple, window, input, out) -> 
                    long sum = 0L;
                    for (Tuple2<String, Long> record: input) 
                        sum += record.f1;
                    

                    Tuple2<String, Long> result = input.iterator().next();
                    result.f1 = sum;
                    out.collect(result);
                )
                //输出方式是STDOUT
                .print();

        env.execute("Flink-Kafka demo");
    

• 在pom.xml所在文件夹执行以下命令打包：

mvn clean package -Dmaven.test.skip=true -U

• 打包成功后，会在target目录下生成文件**flinkkafkademo-1.0-SNAPSHOT.jar</font>，将此文件提交到Flinkserver上，如下图：
  
• 点击下图红框中的"Upload"按钮：
  
• 如下图，选中刚刚上传的文件，填写类名，再点击"Submit"按钮即可启动Job：
  

• 如下图，在Overview页面可见正在运行的任务：
  

• 现在所有服务都准备完毕，可以生产消息验证了；

在机器192.168.1.104上发起压力测试，产生大量消息

• 登录部署了Apache Bench的机器，执行以下命令：

  ab -n 10000 -c 2 http://192.168.1.101:8080/send/Jack/hello

  192.168.1.101是消息生产者的web服务的地址，上述命令发起了并发数为2的压力测试，一共会发起一万次请求；

• 压力测试完毕后，在Flink的Task Managers页面的Stdout页可以见到实时计算的统计数据，如下图：
  

• 至此，Flink消费kafka消息的实战就全部完成了，本次实战从消息产生到实时处理全部实现，希望在您构建基于kafak的实时计算环境时可以提供一些参考；

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