Storm笔记整理：可靠性分析定时任务与Storm UI参数详解

Posted 2020-10-31

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Storm笔记整理：可靠性分析定时任务与Storm UI参数详解相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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特别说明：前面的四篇Storm笔记中，关于计算总和的例子中的spout，使用了死循环的逻辑，实际上这样做是不正确的，原因很简单，Storm提供给我们的API中，nextTuple方法就是循环执行了，这相当于是做了双层循环。因为后面在做可靠性acker案例分析时发现，加入死循环逻辑后，该nextTuple所属于的那个task根本就没有办法跳出这个nextTuple方法，也就没有办法执行后面的ack或者是fail方法，这点尤其需要注意。

Storm可靠性分析

基本原理

worker进程死掉

worker进程挂掉，storm集群会在重新启动一个worker进程。
supervisor进程死掉

supervisor进程挂掉，不会影响之前已经提交的topology，只是后期不能向这个节点分配任务，因为这个节点已经不是集群的一员了。
nimbus进程死掉(存在HA的问题)快速失败

nimbus进程挂掉，也不会影响之前已经提交的topology，只是后期不能向集群再提交新的topology了。1.0以下的版本存在HA的问题，1.0之后已经修复了这个问题，可以有多个备选nimbus。
节点宕机
ack/fail消息确认机制(确保一个tuple被完全处理)
- 在spout中发射tuple的时候需要同时发送messageid，这样才相当于开启了消息确认机制
- 如果你的topology里面的tuple比较多的话，那么把acker的数量设置多一点,效率会高一点。
- 通过config.setNumAckers(num)来设置一个topology里面的acker的数量，默认值是1。
- 注意： acker用了特殊的算法，使得对于追踪每个spout tuple的状态所需要的内存量是恒定的（20 bytes) （可以了解一下其算法，目前暂时不做这个算法的深入理解，百度storm acker就能找到相关的分析文章）
- 注意：如果一个tuple在指定的timeout(Config.TOPOLOGY_MESSAGE_TIMEOUT_SECS默认值为30秒)时间内没有被成功处理，那么这个tuple会被认为处理失败了。
完全处理tuple

在storm里面一个tuple被完全处理的意思是：这个tuple以及由这个tuple所衍生的所有的tuple都被成功处理。

可靠性acker案例

前面也提到了，如果希望使用qck/fail确认机制，则需要做下面的事情：

1.在我们的spout中重写ack和fail方法
2.spout发送tuple时需要携带messageId
3.bolt成功或失败处理后要主动进行回调

根据上面的说明，程序代码如下，注意其中体现的这几点：

package cn.xpleaf.bigdata.storm.acker;

import cn.xpleaf.bigdata.storm.utils.StormUtil;
import org.apache.storm.Config;
import org.apache.storm.LocalCluster;
import org.apache.storm.StormSubmitter;
import org.apache.storm.generated.StormTopology;
import org.apache.storm.spout.SpoutOutputCollector;
import org.apache.storm.task.OutputCollector;
import org.apache.storm.task.TopologyContext;
import org.apache.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
import org.apache.storm.topology.TopologyBuilder;
import org.apache.storm.topology.base.BaseRichBolt;
import org.apache.storm.topology.base.BaseRichSpout;
import org.apache.storm.tuple.Fields;
import org.apache.storm.tuple.Tuple;
import org.apache.storm.tuple.Values;

import java.util.Date;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;

/**
 * 1°、实现数字累加求和的案例：数据源不断产生递增数字，对产生的数字累加求和。
 * <p>
 * Storm组件：Spout、Bolt、数据是Tuple，使用main中的Topology将spout和bolt进行关联
 * MapReduce的组件：Mapper和Reducer、数据是Writable，通过一个main中的job将二者关联
 * <p>
 * 适配器模式（Adapter）：BaseRichSpout，其对继承接口中一些没必要的方法进行了重写，但其重写的代码没有实现任何功能。
 * 我们称这为适配器模式
 * <p>
 * storm消息确认机制---可靠性分析
 * acker
 * fail
 */
public class AckerSumTopology {

    /**
     * 数据源
     */
    static class OrderSpout extends BaseRichSpout {

        private Map conf;   // 当前组件配置信息
        private TopologyContext context;    // 当前组件上下文对象
        private SpoutOutputCollector collector; // 发送tuple的组件

        @Override
        public void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector) {
            this.conf = conf;
            this.context = context;
            this.collector = collector;
        }

         private long num = 0;
        /**
         * 接收数据的核心方法
         */
        @Override
        public void nextTuple() {
            String messageId = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "").toLowerCase();
//            while (true) {
                num++;
                StormUtil.sleep(1000);
                System.out.println("当前时间" + StormUtil.df_yyyyMMddHHmmss.format(new Date()) + "产生的订单金额：" + num);
                this.collector.emit(new Values(num), messageId);
//            }
        }

        /**
         * 是对发送出去的数据的描述schema
         */
        @Override
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
            declarer.declare(new Fields("order_cost"));
        }

        @Override
        public void ack(Object msgId) {
            System.out.println(msgId + "对应的消息被处理成功了");
        }

        @Override
        public void fail(Object msgId) {
            System.out.println(msgId + "---->对应的消息被处理失败了");
        }
    }

    /**
     * 计算和的Bolt节点
     */
    static class SumBolt extends BaseRichBolt {

        private Map conf;   // 当前组件配置信息
        private TopologyContext context;    // 当前组件上下文对象
        private OutputCollector collector; // 发送tuple的组件

        @Override
        public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {
            this.conf = conf;
            this.context = context;
            this.collector = collector;
        }

        private Long sumOrderCost = 0L;

        /**
         * 处理数据的核心方法
         */
        @Override
        public void execute(Tuple input) {
            Long orderCost = input.getLongByField("order_cost");
            sumOrderCost += orderCost;
            if (orderCost % 10 == 1) {   // 每10次模拟消息失败一次
                collector.fail(input);
            } else {
                System.out.println("线程ID：" + Thread.currentThread().getId() + " ,商城网站到目前" + StormUtil.df_yyyyMMddHHmmss.format(new Date()) + "的商品总交易额" + sumOrderCost);
                collector.ack(input);
            }
            StormUtil.sleep(1000);
        }

        /**
         * 如果当前bolt为最后一个处理单元，该方法可以不用管
         */
        @Override
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {

        }
    }

    /**
     * 构建拓扑，相当于在MapReduce中构建Job
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();
        /**
         * 设置spout和bolt的dag（有向无环图）
         */
        builder.setSpout("id_order_spout", new OrderSpout());
        builder.setBolt("id_sum_bolt", new SumBolt(), 1)
                .shuffleGrouping("id_order_spout"); // 通过不同的数据流转方式，来指定数据的上游组件
        // 使用builder构建topology
        StormTopology topology = builder.createTopology();
        String topologyName = AckerSumTopology.class.getSimpleName();  // 拓扑的名称
        Config config = new Config();   // Config()对象继承自HashMap，但本身封装了一些基本的配置
        // 启动topology，本地启动使用LocalCluster，集群启动使用StormSubmitter
        if (args == null || args.length < 1) {  // 没有参数时使用本地模式，有参数时使用集群模式
            LocalCluster localCluster = new LocalCluster(); // 本地开发模式，创建的对象为LocalCluster
            localCluster.submitTopology(topologyName, config, topology);
        } else {
            StormSubmitter.submitTopology(topologyName, config, topology);
        }
    }
}

运行后（本地运行或上传到集群上提交作业），输出如下：

当前时间20180413215706产生的订单金额：1
当前时间20180413215707产生的订单金额：2
7a4ce596fd3a40659f2d7f80a7738f55---->对应的消息被处理失败了
线程ID：133 ,商城网站到目前20180413215707的商品总交易额3
当前时间20180413215708产生的订单金额：3
0555a933a49f413e94480be201a55615对应的消息被处理成功了
线程ID：133 ,商城网站到目前20180413215708的商品总交易额6
当前时间20180413215709产生的订单金额：4
4b923132e4034e939c875aca368a8897对应的消息被处理成功了
线程ID：133 ,商城网站到目前20180413215709的商品总交易额10
当前时间20180413215710产生的订单金额：5
51f159472e854ba282ab84a2218459b8对应的消息被处理成功了
线程ID：133 ,商城网站到目前20180413215710的商品总交易额15
......

Storm定时任务

一般的业务数据存储，最终还是要落地，存储到RDBMS，但是RDBMS无法达到高访问量，能力达不到实时处理，或者说处理能力是有限的，会造成连接中断等问题，为了数据落地，我们可以采取迂回方式，可以采用比如说先缓存到高速内存数据库(如redis)，然后再将内存数据库中的数据定时同步到rdbms中，而且可以定期定时来做。

可以每隔指定的时间将数据整合一次存入数据库。
或者每隔指定的时间执行一些

可以在storm中使用定时任务来实现这些定时数据落地的功能，不过需要先了解storm定时任务。

全局定时任务

在main中设置

conf.put(Config.TOPOLOGY_TICK_TUPLE_FREQ_SECS, 60);  // 设置多久发送一个系统的tuple定时发射数据

但是我们一般都会对特定的bolt设置定时任务，而没有必要对全局每一个bolt都发送系统的tuple，这样非常的耗费资源，所以就有了局部定时任务，也是我们常用的。

注意：storm会按照用户设置的时间间隔给拓扑中的所有bolt发送系统级别的tuple。在main函数中设置定时器，storm会定时给拓扑中的所有bolt都发送系统级别的tuple，如果只需要给某一个bolt设置定时功能的话，只需要在这个bolt中覆盖getComponentConfiguration方法，里面设置定时间隔即可。

测试代码如下：

package cn.xpleaf.bigdata.storm.quartz;

import org.apache.storm.Config;
import org.apache.storm.Constants;
import org.apache.storm.LocalCluster;
import org.apache.storm.generated.StormTopology;
import org.apache.storm.shade.org.apache.commons.io.FileUtils;
import org.apache.storm.spout.SpoutOutputCollector;
import org.apache.storm.task.OutputCollector;
import org.apache.storm.task.TopologyContext;
import org.apache.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
import org.apache.storm.topology.TopologyBuilder;
import org.apache.storm.topology.base.BaseRichBolt;
import org.apache.storm.topology.base.BaseRichSpout;
import org.apache.storm.tuple.Fields;
import org.apache.storm.tuple.Tuple;
import org.apache.storm.tuple.Values;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.*;

/**
 * 2°、单词计数：监控一个目录下的文件，当发现有新文件的时候，
        把文件读取过来，解析文件中的内容，统计单词出现的总次数
        E:\data\storm

        研究storm的定时任务
        有两种方式：
            1.main中设置，全局有效
            2.在特定bolt中设置，bolt中有效
 */
public class QuartzWordCountTopology {

    /**
     * Spout，获取数据源，这里是持续读取某一目录下的文件，并将每一行输出到下一个Bolt中
     */
    static class FileSpout extends BaseRichSpout {
        private Map conf;   // 当前组件配置信息
        private TopologyContext context;    // 当前组件上下文对象
        private SpoutOutputCollector collector; // 发送tuple的组件

        @Override
        public void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector) {
            this.conf = conf;
            this.context = context;
            this.collector = collector;
        }

        @Override
        public void nextTuple() {
            File directory = new File("D:/data/storm");
            // 第二个参数extensions的意思就是，只采集某些后缀名的文件
            Collection<File> files = FileUtils.listFiles(directory, new String[]{"txt"}, true);
            for (File file : files) {
                try {
                    List<String> lines = FileUtils.readLines(file, "utf-8");
                    for(String line : lines) {
                        this.collector.emit(new Values(line));
                    }
                    // 当前文件被消费之后，需要重命名，同时为了防止相同文件的加入，重命名后的文件加了一个随机的UUID，或者加入时间戳也可以的
                    File destFile = new File(file.getAbsolutePath() + "_" + UUID.randomUUID().toString() + ".completed");
                    FileUtils.moveFile(file, destFile);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        @Override
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
            declarer.declare(new Fields("line"));
        }
    }

    /**
     * Bolt节点，将接收到的每一行数据切割为一个个单词并发送到下一个节点
     */
    static class SplitBolt extends BaseRichBolt {

        private Map conf;   // 当前组件配置信息
        private TopologyContext context;    // 当前组件上下文对象
        private OutputCollector collector; // 发送tuple的组件

        @Override
        public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {
            this.conf = conf;
            this.context = context;
            this.collector = collector;
        }

        @Override
        public void execute(Tuple input) {
            if (!input.getSourceComponent().equalsIgnoreCase(Constants.SYSTEM_COMPONENT_ID) ) { // 确保不是系统发送的tuple，才使用我们的业务逻辑
                String line = input.getStringByField("line");
                String[] words = line.split(" ");
                for (String word : words) {
                    this.collector.emit(new Values(word, 1));
                }
            } else {
                System.out.println("splitBolt: " + input.getSourceComponent().toString());
            }
        }

        @Override
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
            declarer.declare(new Fields("word", "count"));
        }
    }

    /**
     * Bolt节点，执行单词统计计算
     */
    static class WCBolt extends BaseRichBolt {

        private Map conf;   // 当前组件配置信息
        private TopologyContext context;    // 当前组件上下文对象
        private OutputCollector collector; // 发送tuple的组件

        @Override
        public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {
            this.conf = conf;
            this.context = context;
            this.collector = collector;
        }

        private Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

        @Override
        public void execute(Tuple input) {
            if (!input.getSourceComponent().equalsIgnoreCase(Constants.SYSTEM_COMPONENT_ID) ) { // 确保不是系统发送的tuple，才使用我们的业务逻辑
                String word = input.getStringByField("word");
                Integer count = input.getIntegerByField("count");
            /*if (map.containsKey(word)) {
                map.put(word, map.get(word) + 1);
            } else {
                map.put(word, 1);
            }*/
                map.put(word, map.getOrDefault(word, 0) + 1);

                System.out.println("====================================");
                map.forEach((k, v) -> {
                    System.out.println(k + ":::" + v);
                });
            } else {
                System.out.println("sumBolt: " + input.getSourceComponent().toString());
            }
        }

        @Override
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {

        }
    }

    /**
     * 构建拓扑，组装Spout和Bolt节点，相当于在MapReduce中构建Job
     */
    public static void main(String[] args) {
        TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();
        // dag
        builder.setSpout("id_file_spout", new FileSpout());
        builder.setBolt("id_split_bolt", new SplitBolt()).shuffleGrouping("id_file_spout");
        builder.setBolt("id_wc_bolt", new WCBolt()).shuffleGrouping("id_split_bolt");

        StormTopology stormTopology = builder.createTopology();
        LocalCluster cluster = new LocalCluster();
        String topologyName = QuartzWordCountTopology.class.getSimpleName();
        Config config = new Config();
        config.put(Config.TOPOLOGY_TICK_TUPLE_FREQ_SECS, 10);
        cluster.submitTopology(topologyName, config, stormTopology);
    }
}

输出：

splitBolt: __system
sumBolt: __system
splitBolt: __system
sumBolt: __system
......

局部定时任务

在bolt中使用下面代码判断是否是触发用的bolt

tuple.getSourceComponent().equals(Constants.SYSTEM_COMPONENT_ID)

如果为true，则执行定时任务需要执行的代码，最后return，如果为false，则执行正常的tuple处理的业务逻辑。

即对于需要进行数据落地的bolt，我们可以只给该bolt设置定时任务，这样系统会定时给该bolt发送系统级别的tuple，在我们该bolt的代码中进行判断，如果接收到的是系统级别的bolt，则进行数据落地的操作，比如将数据写入数据库或其它操作等，否则就按照正常的逻辑来执行我们的业务代码。

工作中常用这一种方式进行操作。

测试程序如下：

package cn.xpleaf.bigdata.storm.quartz;

import clojure.lang.Obj;
import org.apache.storm.Config;
import org.apache.storm.Constants;
import org.apache.storm.LocalCluster;
import org.apache.storm.generated.StormTopology;
import org.apache.storm.shade.org.apache.commons.io.FileUtils;
import org.apache.storm.spout.SpoutOutputCollector;
import org.apache.storm.task.OutputCollector;
import org.apache.storm.task.TopologyContext;
import org.apache.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
import org.apache.storm.topology.TopologyBuilder;
import org.apache.storm.topology.base.BaseRichBolt;
import org.apache.storm.topology.base.BaseRichSpout;
import org.apache.storm.tuple.Fields;
import org.apache.storm.tuple.Tuple;
import org.apache.storm.tuple.Values;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.*;

/**
 * 2°、单词计数：监控一个目录下的文件，当发现有新文件的时候，
        把文件读取过来，解析文件中的内容，统计单词出现的总次数
        E:\data\storm

        研究storm的定时任务
        有两种方式：
            1.main中设置，全局有效
            2.在特定bolt中设置，bolt中有效
 */
public class QuartzPartWCTopology {

    /**
     * Spout，获取数据源，这里是持续读取某一目录下的文件，并将每一行输出到下一个Bolt中
     */
    static class FileSpout extends BaseRichSpout {
        private Map conf;   // 当前组件配置信息
        private TopologyContext context;    // 当前组件上下文对象
        private SpoutOutputCollector collector; // 发送tuple的组件

        @Override
        public void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector) {
            this.conf = conf;
            this.context = context;
            this.collector = collector;
        }

        @Override
        public void nextTuple() {
            File directory = new File("D:/data/storm");
            // 第二个参数extensions的意思就是，只采集某些后缀名的文件
            Collection<File> files = FileUtils.listFiles(directory, new String[]{"txt"}, true);
            for (File file : files) {
                try {
                    List<String> lines = FileUtils.readLines(file, "utf-8");
                    for(String line : lines) {
                        this.collector.emit(new Values(line));
                    }
                    // 当前文件被消费之后，需要重命名，同时为了防止相同文件的加入，重命名后的文件加了一个随机的UUID，或者加入时间戳也可以的
                    File destFile = new File(file.getAbsolutePath() + "_" + UUID.randomUUID().toString() + ".completed");
                    FileUtils.moveFile(file, destFile);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        @Override
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
            declarer.declare(new Fields("line"));
        }
    }

    /**
     * Bolt节点，将接收到的每一行数据切割为一个个单词并发送到下一个节点
     */
    static class SplitBolt extends BaseRichBolt {

        private Map conf;   // 当前组件配置信息
        private TopologyContext context;    // 当前组件上下文对象
        private OutputCollector collector; // 发送tuple的组件

        @Override
        public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {
            this.conf = conf;
            this.context = context;
            this.collector = collector;
        }

        @Override
        public void execute(Tuple input) {
            String line = input.getStringByField("line");
            String[] words = line.split(" ");
            for (String word : words) {
                this.collector.emit(new Values(word, 1));
            }
        }

        @Override
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
            declarer.declare(new Fields("word", "count"));
        }
    }

    /**
     * Bolt节点，执行单词统计计算
     */
    static class WCBolt extends BaseRichBolt {

        private Map conf;   // 当前组件配置信息
        private TopologyContext context;    // 当前组件上下文对象
        private OutputCollector collector; // 发送tuple的组件

        @Override
        public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {
            this.conf = conf;
            this.context = context;
            this.collector = collector;
        }

        private Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

        @Override
        public void execute(Tuple input) {
            if (!input.getSourceComponent().equalsIgnoreCase(Constants.SYSTEM_COMPONENT_ID) ) { // 确保不是系统发送的tuple，才使用我们的业务逻辑
                String word = input.getStringByField("word");
                Integer count = input.getIntegerByField("count");
            /*if (map.containsKey(word)) {
                map.put(word, map.get(word) + 1);
            } else {
                map.put(word, 1);
            }*/
                map.put(word, map.getOrDefault(word, 0) + 1);

                System.out.println("====================================");
                map.forEach((k, v) -> {
                    System.out.println(k + ":::" + v);
                });
            } else {
                System.out.println("sumBolt: " + input.getSourceComponent().toString() + "---" + System.currentTimeMillis());
            }
        }

        @Override
        public Map<String, Object> getComponentConfiguration() { // 修改局部bolt的配置信息
            Map<String, Object> config = new HashMap<>();
            config.put(Config.TOPOLOGY_TICK_TUPLE_FREQ_SECS, 10);
            return config;
        }

        @Override
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {

        }
    }

    /**
     * 构建拓扑，组装Spout和Bolt节点，相当于在MapReduce中构建Job
     */
    public static void main(String[] args) {
        TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();
        // dag
        builder.setSpout("id_file_spout", new FileSpout());
        builder.setBolt("id_split_bolt", new SplitBolt()).shuffleGrouping("id_file_spout");
        builder.setBolt("id_wc_bolt", new WCBolt()).shuffleGrouping("id_split_bolt");

        StormTopology stormTopology = builder.createTopology();
        LocalCluster cluster = new LocalCluster();
        String topologyName = QuartzPartWCTopology.class.getSimpleName();
        Config config = new Config();
        cluster.submitTopology(topologyName, config, stormTopology);
    }
}

输出如下：

sumBolt: __system---1523631954330
sumBolt: __system---1523631964330
sumBolt: __system---1523631974329
sumBolt: __system---1523631984329
sumBolt: __system---1523631994330
sumBolt: __system---1523632004330
sumBolt: __system---1523632014329
sumBolt: __system---1523632024330
......

Storm UI参数介绍

技术分享图片

deactive：未激活(暂停)
emitted: emitted tuple数
transferred: transferred tuple数

emitted的区别：如果一个task，emitted一个tuple到2个task中，则 transferred tuple数是emitted tuple数的两倍
complete latency: spout emitting 一个tuple到spout ack这个tuple的平均时间(可以认为是tuple以及该tuple树的整个处理时间)
process latency: bolt收到一个tuple到bolt ack这个tuple的平均时间，如果没有启动acker机制，那么值为0
execute latency：bolt处理一个tuple的平均时间，不包含acker操作，单位是毫秒(也就是bolt 执行 execute 方法的平均时间)
capacity：这个值越接近1，说明bolt或者spout基本一直在调用execute方法，说明并行度不够，需要扩展这个组件的executor数量。

总结：execute latency和proces latnecy是处理消息的时效性，而capacity则表示处理能力是否已经饱和，从这3个参数可以知道topology的瓶颈所在。

以上是关于Storm笔记整理：可靠性分析定时任务与Storm UI参数详解的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Storm笔记整理：Storm本地开发案例—总和计算与单词统计

Storm笔记整理：Storm集群安装部署与Topology作业提交

Storm笔记整理：Storm核心概念与验证——并行度与流式分组

第3节 storm高级应用：5定时器任务

storm的定时任务

Storm笔记整理：简介与设计思想