海量Web日志分析 用Hadoop提取KPI统计指标

Posted 2021-04-13 大数据挖掘DT数据分析

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Web日志包含着网站最重要的信息，通过日志分析，我们可以知道网站的访问量，哪个网页访问人数最多，哪个网页最有价值等。一般中型的网站(10W的PV以上)，每天会产生1G以上Web日志文件。大型或超大型的网站，可能每小时就会产生10G的数据量。

对于日志的这种规模的数据，用Hadoop进行日志分析，是最适合不过的了。

目录

1. Web日志分析概述

2. 需求分析：KPI指标设计

3. 算法模型：Hadoop并行算法

4. 架构设计：日志KPI系统架构

5. 程序开发1：用Maven构建Hadoop项目

6. 程序开发2：MapReduce程序实现

1. Web日志分析概述

Web日志由Web服务器产生，可能是nginx, Apache, Tomcat等。从Web日志中，我们可以获取网站每类页面的PV值（PageView，页面访问量）、独立IP数；稍微复杂一些的，可以计算得出用户所检索的关键词排行榜、用户停留时间最高的页面等；更复杂的，构建广告点击模型、分析用户行为特征等等。

在Web日志中，每条日志通常代表着用户的一次访问行为，例如下面就是一条nginx日志：

222.68.172.190 - - [18/Sep/2013:06:49:57 +0000] "GET /images/my.jpg HTTP/1.1" 200 19939
 "http://www.angularjs.cn/A00n" "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1)
 AppleWebKit/537.36 (Khtml, like Gecko) Chrome/29.0.1547.66 Safari/537.36"

拆解为以下8个变量

• remote_user: 记录客户端用户名称, –

• time_local: 记录访问时间与时区, [18/Sep/2013:06:49:57 +0000]

• request: 记录请求的url与http协议, “GET /images/my.jpg HTTP/1.1”

• status: 记录请求状态,成功是200, 200

• body_bytes_sent: 记录发送给客户端文件主体内容大小, 19939

• http_referer: 用来记录从那个页面链接访问过来的, “http://www.angularjs.cn/A00n”

• http_user_agent: 记录客户浏览器的相关信息, “Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/29.0.1547.66 Safari/537.36”

注：要更多的信息，则要用其它手段去获取，通过js代码单独发送请求，使用cookies记录用户的访问信息。

利用这些日志信息，我们可以深入挖掘网站的秘密了。

少量数据的情况

少量数据的情况(10Mb,100Mb,10G)，在单机处理尚能忍受的时候，我可以直接利用各种Unix/Linux工具，awk、grep、sort、join等都是日志分析的利器，再配合perl, python，正则表达工，基本就可以解决所有的问题。

例如，我们想从上面提到的nginx日志中得到访问量最高前10个IP，实现很简单：

~ cat access.log.10 | awk '{a[$1]++} END {for(b in a) print b"\t"a[b]}' | sort -k2 -r | head -n 10
163.177.71.12   972
101.226.68.137  972
183.195.232.138 971
50.116.27.194   97
14.17.29.86     96
61.135.216.104  94
61.135.216.105  91
61.186.190.41   9
59.39.192.108   9
220.181.51.212  9

海量数据的情况

当数据量每天以10G、100G增长的时候，单机处理能力已经不能满足需求。我们就需要增加系统的复杂性，用计算机集群，存储阵列来解决。在Hadoop出现之前，海量数据存储，和海量日志分析都是非常困难的。只有少数一些公司，掌握着高效的并行计算，分步式计算，分步式存储的核心技术。

Hadoop的出现，大幅度的降低了海量数据处理的门槛，让小公司甚至是个人都能力，搞定海量数据。并且，Hadoop非常适用于日志分析系统。

2.需求分析：KPI指标设计

下面我们将从一个公司案例出发来全面的解释，如何用进行海量Web日志分析，提取KPI数据。

案例介绍
某电子商务网站，在线团购业务。每日PV数100w，独立IP数5w。用户通常在工作日上午10:00-12:00和下午15:00-18:00访问量最大。日间主要是通过PC端浏览器访问，休息日及夜间通过移动设备访问较多。网站搜索浏量占整个网站的80%，PC用户不足1%的用户会消费，移动用户有5%会消费。

通过简短的描述，我们可以粗略地看出，这家电商网站的经营状况，并认识到愿意消费的用户从哪里来，有哪些潜在的用户可以挖掘，网站是否存在倒闭风险等。

KPI指标设计

• PV(PageView): 页面访问量统计

• IP: 页面独立IP的访问量统计

• Time: 用户每小时PV的统计

• Source: 用户来源域名的统计

• Browser: 用户的访问设备统计

注：商业保密限制，无法提供电商网站的日志。
下面的内容，将以我的个人网站为例提取数据进行分析。

百度统计，对我做的统计！

基本统计指标：

用户的访问设备统计指标：

从商业的角度，个人网站的特征与电商网站不太一样，没有转化率，同时跳出率也比较高。从技术的角度，同样都关注KPI指标设计。

3.算法模型：Hadoop并行算法

并行算法的设计：
注：找到第一节有定义的8个变量

PV(PageView): 页面访问量统计

• Map过程{key:$request,value:1}

• Reduce过程{key:$request,value:求和(sum)}

IP: 页面独立IP的访问量统计

• Map: {key:$request,value:$remote_addr}

• Reduce: {key:$request,value:去重再求和(sum(unique))}

Time: 用户每小时PV的统计

• Map: {key:$time_local,value:1}

• Reduce: {key:$time_local,value:求和(sum)}

Source: 用户来源域名的统计

• Map: {key:$http_referer,value:1}

• Reduce: {key:$http_referer,value:求和(sum)}

Browser: 用户的访问设备统计

• Map: {key:$http_user_agent,value:1}

• Reduce: {key:$http_user_agent,value:求和(sum)}

4.架构设计：日志KPI系统架构

上图中，左边是Application业务系统，右边是Hadoop的HDFS, MapReduce。

1. 日志是由业务系统产生的，我们可以设置web服务器每天产生一个新的目录，目录下面会产生多个日志文件，每个日志文件64M。

2. 设置系统定时器CRON，夜间在0点后，向HDFS导入昨天的日志文件。

3. 完成导入后，设置系统定时器，启动MapReduce程序，提取并计算统计指标。

4. 完成计算后，设置系统定时器，从HDFS导出统计指标数据到数据库，方便以后的即使查询。

上面这幅图，我们可以看得更清楚，数据是如何流动的。蓝色背景的部分是在Hadoop中的，接下来我们的任务就是完成MapReduce的程序实现。

5.程序开发1：用Maven构建Hadoop项目

请参考文章：

win7的开发环境 和 Hadoop的运行环境 ，在上面文章中已经介绍过了。

我们需要放日志文件，上传的HDFS里/user/hdfs/log_kpi/目录，参考下面的命令操作

~ hadoop fs -mkdir /user/hdfs/log_kpi
~ hadoop fs -copyFromLocal /home/conan/datafiles/access.log.10 /user/hdfs/log_kpi/

我已经把整个MapReduce的实现都放到了github上面：

https://github.com/bsspirit/maven_hadoop_template/releases/tag/kpi_v1

6.程序开发2：MapReduce程序实现

开发流程：

1. 对日志行的解析

2. Map函数实现

3. Reduce函数实现

4. 启动程序实现

1). 对日志行的解析
新建文件：org.conan.myhadoop.mr.kpi.KPI.java

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