Storm学习教程

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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学习教程相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

在这个教程中, 你将学到如何创建一个Storm topologies以及怎样把它部署到storm集群上。本教程中,Java将作为主要使用的语言,但在一小部分示例中将会使用Python来阐述storm处理多语言的能力。

预备工作

本教程使用的例子来自于 storm-starter 项目. 我们建议你拷贝该项目并跟随这个例子来进行学习。 请阅读 Setting up a development environment 和 Creating a new Storm project 创建好相应的基础环境。

Storm集群的组件

Storm集群在表面上与Hadoop集群相似。在Hadoop上运行"MapReduce jobs",而在Storm上运行的是"topologies"。 "Jobs" and "topologies" 它们本身非常的不同 -- 一个关键的不同的是MapReduce job最终会完成并结束,而topology的消息处理将无限期进行下去(除非你kill它)。

在storm集群中,有两类节点。Master节点运行守护进程称为"Nimbus",它有点像 Hadoop 的 "JobTracker"。Nimbus负责集群的代码分发,任务分配,故障监控。

每个工作节点运行的守护进程称为"Supervisor"。Supervisor 负责监听分配到它自己机器的作业,根据需要启动和停止相应的工作进程,当然这些工作进程也是Nimbus分派给它的。每个工作进程执行topology的一个子集;一个运行的topology是由分布在多个机器的多个工作进程组成的。


Nimbus 与 Supervisors 所有的协调工作是由 Zookeeper 集群完成的. 此外,Nimbus 守护进程 和 Supervisor 守护进程 是无状态的,快速失败的机制。 所有的状态保存在Zookeeper上或者本地磁盘中。这就是说,你用kill -9杀掉Nimbus 或者Supervisors,它们重新启动后就像什么都没有发生一样,这样的设计让storm集群拥有令人难以置信的稳定性。

Topologies

在Storm上进行实时计算,你需要创建名为 "topologies" 的这么个东西。一个topology是一个计算的图,每个在topology中的节点(以下部分也称作“组件”)包含了处理逻辑,以及多个节点间数据传送的联系和方式。运行一个topology很直接简单的。第一,你把你的java code和它所有的依赖打成一个单独的jar包。然后,你用如下的命令去运行就可以了。

storm jar all-my-code.jar org.apache.storm.MyTopology arg1 arg2

这个例子中运行的类是 org.apache.storm.MyTopology 且带着两个参数 arg1 和 arg2. 这个类的主要功能是定义topology,并被提交到Nimbus中。命令 storm jar 就是用来加载这个topology jar的。

因为topology的定义方式就是Thrift的结构,Nimbus也是一个Thrift服务,所以你可以用任何语言去创建topologies并提交。以上的例子是最简单的方式去使用基于JVM的语言(比如java)创建的topology。请阅读 Running topologies on a production cluster 来获得更多的信息关于topology的启动和停止。

Storm里的核心抽象就是 "流"。流 是一个无界的 元组序列。Storm提供原始地、分布式地、可靠地方式 把一个流转变成一个新的流。举例来说,

你可以把一个 tweet 流 转换成一个 趋势主题 的流。 

Storm中提供 流转换 的最主要的原生方式是 "spouts" and "bolts"。Spouts 和 bolts 有相应的接口,你需要用你的应用的特定逻辑实现接口即可。

Spout是 流 的源头。举例来说,一个spout也许会从 Kestrel 队列中读取数据并以流的方式发射出来,亦或者一个spout也许会连接Twitter的API,

并发出一个关于tweets的流。

一个bolt可以消费任意数量的输入流,并做一些处理,也可以由此发出一个新的流。复杂流的转换,像从一个tweet流中计算出一个关于趋势话题的流,它要求多个步骤,因此也需要多个bolt。Bolts 能做任何事情,运行方法,过滤元组,做流的聚合,流的连接,写入数据库等。 

Spouts 和 bolts 组成的网络 打包到 "topology" 中,它是顶级的抽象,是你需要提交到storm集群执行的东西。一个topology是一个由spout和bolt组成的 做流转换 的图,其中图中的每个节点都可以是一个spout或者一个bolt。图中的边表明了bolt订阅了哪些流,亦或是当一个spout或者bolt发射元组到流中,它发出的元组数据到订阅这个流的所有bolt中去。

topology中节点之间的联系表明了元组数据是怎样去传送的。举例来说,Spout A 和 Bolt B 相连(A 到 B),Spout A 和 Bolt C 相连(A 到 C),Bolt B 和 Bolt C相连(B 到 C)。每当Spout A发出元组数据时,它会同时发给Bolt B 和 Bolt C。再者,所有Bolt B的输出元组,也会发给Bolt C。

在topology中的每个节点都是并行运行的。因此在你的topology中,你可以为每个节点指定并行运行的数量,然后storm集群将会产生相应数量的线程来执行。

一个topology无限运行,直到你杀掉它才会停止。Storm将自动地重新分配失败过的任务。此外,Storm保证不会有数据丢失,即便是机器挂掉,消息被丢弃。

数据模型

Storm用元组作为它的数据模型。一个元组是一个命名的,有值的,一般由过个字段组成的序列,序列中的每个字段可以是任何类型的对象。在沙箱之外,Storm提供所有的原始类型,字符串,byte数组作为元组的字段值。如果想用一个其他类型的对象,你需要实现a serializer 接口。

每个topology节点必须声明输出元组的字段。举例来说,这个bolt声明它将输出带有"double" and "triple"两个字段的元组:

public class DoubleAndTripleBolt extends BaseRichBolt 
    private OutputCollectorBase _collector;

    @Override
    public void prepare(Map conf, TopologyContext context, OutputCollectorBase collector) 
        _collector = collector;
    

    @Override
    public void execute(Tuple input) 
        int val = input.getInteger(0);        
        _collector.emit(input, new Values(val*2, val*3));
        _collector.ack(input);
    

    @Override
    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) 
        declarer.declare(new Fields("double", "triple"));
        

 declareOutputFields 方法声明了该bolt的输出的字段 ["double", "triple"] .这个bolt的剩余部分将在接下来进行说明。

一个简单topology

让我们去看一个简单的 topology,去探索更多的概念,去看一下它的代码到底长什么样。让我们看一下 ExclamationTopology 的定义,来自storm-starter的项目:

TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();        
builder.setSpout("words", new TestWordSpout(), 10);        
builder.setBolt("exclaim1", new ExclamationBolt(), 3)
        .shuffleGrouping("words");
builder.setBolt("exclaim2", new ExclamationBolt(), 2)
        .shuffleGrouping("exclaim1");

这个topology包含了一个spout和两个bolt,这个spout发出words,然后每个bolt都在自己的读入字符串上加上"!!!"。

这些节点被安排成一条线:spout发给第一个bolt,第一个bolt发给第二个bolt。如果spout发出的元组数据是["bob"] 和 ["john"],通过第二个

bolt后,将发出["bob!!!!!!"] 和 ["john!!!!!!"]。

代码中用 setSpout 和 setBolt 方法定义了节点。这些方法的输入是 一个用户指定的id,包含处理逻辑的对象,你希望该节点并行计算的数量。在这个例子中,这个 spout 的id是 "words" ,两个bolt的id分别为 "exclaim1" 和 "exclaim2"。

包含处理逻辑的spout对象实现了 IRichSpout 接口,bolt对象实现了 IRichBolt 接口。

最后一个参数,是你希望该节点并行计算的数量是多少,这是可选的。它表明了会有多少线程会通过storm集群来执行这个组件(spout或bolt)。

如果你忽略它,Storm集群会分配单线程给该节点。

setBolt 返回一个 InputDeclarer 对象,它用来定义bolt的输入。在这里,bolt "exclaim1" 声明了它希望通过shuffle分组的方式读取 spout "words"中的所有元组。同理,Bolt "exclaim2" 声明了它希望通过shuffle分组的方式读取 bolt "exclaim1" 所发出的元组数据。

"shuffle 分组" 指元组数据 将会 随机分布地 从输入任务 到bolt任务中。在多个组件(spout或bolt)之间,这里有很多数据分组的方式。

这在接下来的章节中会说明。

如果你希望bolt "exclaim2" 从 spout "words" 和 bolt "exclaim1" 读取所有的元组数据,你需要像下面这样定义:

builder.setBolt("exclaim2", new ExclamationBolt(), 5)
            .shuffleGrouping("words")
            .shuffleGrouping("exclaim1");

如你所见,输入的定义可以是链式的,bolt可以指定多个源。

让我们深入了解一下spout和bolt在topology中的实现。Spout负责发送新的数据到topology中。 TestWordSpout 在topology中每隔 100ms 发送了一个随机的单词,单词来自列表["nathan", "mike", "jackson", "golda", "bertels"]。在 TestWordSpout 中的 nextTuple() 的实现细节如下:

public void nextTuple() 
    Utils.sleep(100);
    final String[] words = new String[] "nathan", "mike", "jackson", "golda", "bertels";
    final Random rand = new Random();
    final String word = words[rand.nextInt(words.length)];
    _collector.emit(new Values(word));

如你所见,这个实现非常简单明了。

ExclamationBolt 给输入的字符串追加上 "!!!" 。 让我们看一下 ExclamationBolt 的完整实现吧:

public static class ExclamationBolt implements IRichBolt 
    OutputCollector _collector;

    @Override
    public void prepare(Map conf, TopologyContext context, OutputCollector collector) 
        _collector = collector;
    

    @Override
    public void execute(Tuple tuple) 
        _collector.emit(tuple, new Values(tuple.getString(0) + "!!!"));
        _collector.ack(tuple);
    

    @Override
    public void cleanup() 
    

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

    @Override
    public Map<String, Object> getComponentConfiguration() 
        return null;
    

prepare 方法提供了一个 OutputCollector 对象,它用来发出元组数据给下游节点。元组数据可以在任意时间从bolt发出 -- 可以在 prepare,execute, 或者 cleanup 方法,或者 在另一个线程,异步地发送。 这里的 prepare 实现很简单,初始化并保存了 OutputCollector 的引用,该引用将在接下来的execute 方法中使用。

execute 方法从该bolt的输入中接收一个元组数据, ExclamationBolt 对象提取元组中的第一个字段,并追加字符串 "!!!" 。如果你实现的bolt订阅了多个输入源,你可以用 Tuple 中的 Tuple#getSourceComponent 方法来获取你当前读取的这个元组数据来自于哪个源。

在 execute 方法中,还有一点东西需要说明。 即输入的元组作为第一个参数 发出 ,然后在最后一行中发出确认消息。这是Storm保证可靠性的API的一部分,它保证数据不会丢失,这在之后的教程会说明。

当一个Bolt将要停止、关闭时,它需要关闭当前打开的资源,此时 cleanup 方法可以被调用。 需要注意的是,这并不保证这个方法在storm集群中一定会被调用:举例来说,如果机器上的任务爆发,这就不会调用这个方法。 cleanup 方法打算用于,当你在 local mode 上运行你的topology(模拟storm集群的仿真模式), 你能够启动和停止很多topology且不会遭受任何资源泄露的问题。

declareOutputFields 方法声明 ExclamationBolt 发出一个名称为 "word" 的带一个字段的元组。

getComponentConfiguration 方法允许你从很多方面配置这个组件怎样去运行。更多高级的话题,深入的解释,请参见 Configuration.

通常像 cleanup 和 getComponentConfiguration 方法,在bolt中并不是必须去实现的。你可以用一个更为简洁的方式,通过使用一个提供默认实现的基本类去定义bolt,这也许更为合适一些。 ExclamationBolt 可以通过继承 BaseRichBolt,这会更简单一点,就像这样:

public static class ExclamationBolt extends BaseRichBolt 
    OutputCollector _collector;

    @Override
    public void prepare(Map conf, TopologyContext context, OutputCollector collector) 
        _collector = collector;
    

    @Override
    public void execute(Tuple tuple) 
        _collector.emit(tuple, new Values(tuple.getString(0) + "!!!"));
        _collector.ack(tuple);
    

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

local mode上运行ExclamationTopology

让我们来看一下如何在本地模式上运行 ExclamationTopology ,看到它工作起来。

Storm有两种操作模式:本地模式和分布式模式。在本地模式中,Storm通过线程模拟工作节点并在一个进程中完成执行。本地模式在用于开发和测试topology时是很有用处的。当你在本地模式中运行 storm-starter 项目中的 topology 时,你就能看到每个组件发送了什么信息。你可以获取更多关于在本地模式上运行topology的信息,请参见 Local mode

在分布式模式中,Storm操作的是机器集群。当你提交一个topology给master,你也需要提交运行这个topology所必须的代码。Master将会关注于分发你的代码并分配worker去运行你的topology。如果worker挂掉,master将会重新分配这些代码、topology到其他地方。你可以获取更多关于在分布式模式上运行topology的信息,请参见 Running topologies on a production cluster

这是在本地模式上运行 ExclamationTopology 的代码:

Config conf = new Config();
conf.setDebug(true);
conf.setNumWorkers(2);

LocalCluster cluster = new LocalCluster();
cluster.submitTopology("test", conf, builder.createTopology());
Utils.sleep(10000);
cluster.killTopology("test");
cluster.shutdown();

首先,代码中定义了单进程的伪集群,通过创建 LocalCluster 对象实现。提交topology到虚拟集群,和提交topology到真正的分布式集群是相同的。提交topology使用[转]hadoop,spark,storm,pig,hive,mahout等到底有什么区别和联系?

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Storm学习:Storm简介

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