Spark Streaming官方文档学习--上

官方文档地址：http://spark.apache.org/docs/latest/streaming-programming-guide.html

Spark Streaming是spark api的扩展

能实现可扩展，高吞吐，可容错，的流式处理

从外接数据源接受数据流，处理数据流使用的是复杂的高度抽象的算法函数map reduce join window等

输出的数据可以存储到文件系统和数据库甚至是直接展示在命令行

也可以应用ml 和graph processing在这些数据流上

spark streaming本质还是spark只是实现了所谓的微批量

spark streaming中连续数据流用DStream表示，DStream可以从输入数据创建，也可以从其他的DStream转化来

本质上DStream是一组RDD组成的序列

一个迅速上手的例子：



# coding: utf-8

# In[ ]:

from pyspark import SparkContext
from pyspark.streaming import StreamingContext


# In[ ]:

#创建两个工作线程，将这两个线程喂给StreamingContext，时间间隔是1秒
#这里有个错误Cannot run multiple SparkContexts at once
#参考：http://*.com/questions/28259756/how-to-create-multiple-sparkcontexts-in-a-console
#先要尝试关闭sc才能创建多个SparkContext
try:
    sc.stop()
except:
    pass
sc = SparkContext("local[2]", "NetworkWordCount")
ssc = StreamingContext(sc, 1)
#sc.stop()


# In[ ]:

#创建一个DStream,从本机的这个端口取数据
lines = ssc.socketTextStream("localhost", 9999)


# In[ ]:

#lines中的数据记录是一行行的文本，下面将文本切割成字
words = lines.flatMap(lambda line: line.split(" "))
#这里的flatMap是一对多DStream操作，生成一个新的DStream,就是变成了字流了


# In[ ]:

#下面数一数每一批次的字的个数
# Count each word in each batch
pairs = words.map(lambda word: (word, 1))
wordCounts = pairs.reduceByKey(lambda x, y: x + y)


# In[ ]:

# 打印DStream中的每个RDD的前十个元素
wordCounts.pprint()


# In[ ]:

ssc.start()             # 开始计算
ssc.awaitTermination()  #等待计算停止


# In[ ]:

#将这个文件的py脚本提交计算： ./bin/spark-submit examples/src/main/python/streaming/network_wordcount.py localhost 9999
#在命令行输入nc -lk 9999 然后模拟输入字符串文本，那么在pyspark命令行会打印出每秒钟输入的数据的统计结果

基本概念

要想写自己的streaming程序，首先要添加maven或者sbt的依赖


<dependency>
    <groupId>org.apache.spark</groupId>
    <artifactId>spark-streaming_2.11</artifactId>
    <version>2.0.0</version>
</dependency>

对于外部输入流的依赖现在不在核心api中了，需要单独添加依赖。

初始化StreamingContext

可以从SparkContext对象中创建


from pyspark import SparkContext
from pyspark.streaming import StreamingContext

sc = SparkContext(master, appName)
ssc = StreamingContext(sc, 1)

appName是程序名字可以在UI中显示

master是Spark,Mesos,YARN cluster URL 或者是声明的Local[*]字符串使得运行在本地模式

当运行在集群上的时候，不要写死在代码里面，而是要从spark-submit启动，传递进去。

对于本地测试或者单元测试，可以传递local[*]

在context被定义之后，要做下面的事情：

1. 通过创建DStream去定义输入资源

2. 通过对DStream的转换和输出操作定义流的计算

3. 使用streamingContext.start()开始接收数据并处理数据

4. 使用streamingContext.awaitTermination()等待处理过程停止（手动或者因为错误）

5. 可以使用streamingContext.stop()手动停止处理过程

要点：

1. 一旦一个context被启动，不能再添加任何新的流进去了

2. 一旦context被停止，就不能重启了

3. 在JVM中只能有一个StreamingContext被激活

4. 在streamingContext上使用stop()也会停止SparkContext(),要想单独停止前者，设置stop()的可选的参数 stopSparkContext()参数为false

5. 一个sparkContext可以被重复使用，去创建多个StreamingContext，只要前一个StreamingContext被单独停止，下一个就可以接着创建。

Discretized Streams(DStreams)

是Spark Streaming的基本的抽象，代表了一个连续的数据流

可以是从数据源接受的输入数据流，也可以是转换输入数据流得到的数据流

一个DStream代表一串RDD,RDD是不可分割的基本数据单元抽象。

每一个在DStream中的RDD包含特定时间间隔的数据

如果时间是1秒的话，从0-1秒的很多RDD，与从1-2的RDD等，组成了DStream

任何对DStream的操作，都会被翻译成对底层的RDD的操作，例如，将Lines转换成words的操作

对DStream的操作，隐藏了很多细节，给开发者提供高度抽象的API

输入DStreams和Receivers

每一个输出DStream(除了file strem）都关联一个Receiver对象，这个对象从数据源接受数据存储在spark的内存中等待处理。

Spark Streaming支持两种类型的内建数据源

1. Basic Sources：直接在StreamingContext API中可用的Sources，比如file systems和socket connections

2. Advances Sources：从外部工具类中调过来的例如Kafka,Flume,Kinesis等，需要链接一些外部依赖。

关键点：

1. 注意在本地运行SparkStreaming的时候，不要使用local或者local[1]作为主机的URL，因为这些都是意味着开一个线程，因为如果只是输入一个数据源，那么这个单一的线程会用来运行receiver，那么没有线程去处理接收到的数据了。所以本地运行的时候，参数local[n]中的n最好大于运行中的receiver。

2. 相应的在集群上运行的时候，分配的核心数要比接收者的数目多，否则的话系统能接收数据，但是不能处理。

Basic Sources 基础数据源

在基础例子中已经看到过ssc.socketTextStream()，下面看file streams

streamingContext.textFileStream(dataDirectory)

可以创建一个DStream

spark会监控这个路径，处理在那个路径中的任何文件

注意：

1. 路径中的文件要有相同的数据格式

2. 文件必须通过自动专业或者重命名进入到这个路径的

3. 一旦进入，这些文件不能被改变，所以如果文件被连续附加，那么新的数据不能被读取的

针对简单的文本文件，有个简单的方法streamingContext.textFileStream(dataDirectory)

因为file stream不需要运行receiver所以不需要分配核心或者线程去处理

Python API不支持fileStream只是支持textFileStream

可以使用RDD的queue去创建DStream,使用streamingContext.queueStream(queueofRDDs)

Advanced Souces 高级数据源

As of Spark 2.0.0, Kafka, Kinesis and Flume are available in the Python API.

因为这些高级的数据源的支持比较复杂，需要依赖单独的包，现在被转移出了核心的API，所以不能再shell中使用，也就不能在shell中测试这些数据源。如果非要的话，需要下载对应的maven jar包，和对应的依赖，然后添加到classpath

Custom Sources自定义数据源

现在python还不支持，但是要想从自定义的数据源创建DStream，就要自己实现用户定义的receiver，这可以接受自定义的数据，并且发送到spark中

Receiver Reliability 接收者的可靠性

按照可靠性可以把数据分为两种，有的数据源例如Kafka和Flume运行传送被回复的数据、

如果系统正确接受到这些要被确认的数据，可以保证不会因为某种失败而导致数据丢失。这导致两种类型的接收者。

1. 可靠的接收者：当数据被接受并存储到spark之后，必须回复确认消息给可靠数据源。

2. 不可靠的接收者：不用回复确认，针对没有确认机制的数据源，或者有确认机制但是不需要执行复杂确认机制的数据源。

Transformations on DStreams DStream的转换

map(fun)	这个函数将输入的DStream的每一个元素传递给func得到一个新的DStream
flatMap(func)	同上，只是每个输入可以map到多个输出项
filter(func)	选择func返回结果为true的DStream中的记录组成新的DStream
reparitition(numPartitions)	通过改变划分去改变DStream的并行水平
union(otherStream)	合并
count()	返回一个新的DStream，是原始的DStream中的每个RDD的元素的数目
reduce(func)	使用函数func聚合原始数据汇总的每个RDD得到一个新的单一元素RDD组成的DStream
countByValue()	调用类型K的DStream时候返回一个新的DStream有（K,long）对，其中long是k在每个RDD中出现的频率
reduceByKey(func,[numTasks])	将(k,v)中的v按照k使用func进行聚合
join(otherStream,[numTasks])	（k,v）(k,w)得到(k,(v,w))
cogroup(otherStream,[numTasks])	(k,v)(k,w)得到（k,Seq[V],Seq[W]）
tansform(func)	作用在每个RDD上得到新的RDD组成的DStream
updateStateByKey(func)	每个键都是通过将给定的函数作用在其值上得到的新的DStream

下面是对某些转换的详细的讨论

UpdateStateByKey Operation

允许当使用新的信息连续更新的时候，维护任意的状态

1. 定义状态，这个状态可以是任意的数据类型

2. 定义状态的更新函数

不管有没有数据，spark都会更新状态，如果更新函数返回为none那么键值对就会被消除

假设想要维持一个运行时数目，那么运行时数目就是一个状态，是个整数，下面是一个更新函数


def updateFunction(newValues, runningCount):
    if runningCount is None:
       runningCount = 0
    return sum(newValues, runningCount)  # add the new values with the previous running count to get the new count

假设使用前面的paris DStream包含（word,1）对

runningCounts = pairs.updateStateByKey(updateFunction)

转换操作：

tranform操作允许任意的RDD-to-RDD函数应用到DStream，下面是一个例子：


spamInfoRDD = sc.pickleFile(...) # RDD containing spam information

# join data stream with spam information to do data cleaning
cleanedDStream = wordCounts.transform(lambda rdd: rdd.join(spamInfoRDD).filter(...))

窗口操作：

允许我们应用transformation到一个滑动窗口的数据上

上面的例子说明了每个窗口操作要声明下面的两个参数

windows length:窗口的长度，上面的例子是3

sliding interval:窗口被执行的时间间隔，例子中的书2

上面的两个参数都应该是元素DStream批间隔（上面的间隔是1）的整数倍

下面是一个窗口操作的例子，假设我们想生成过去的30秒的数据的wordcounts,每10秒钟一次


# Reduce last 30 seconds of data, every 10 seconds
windowedWordCounts = pairs.reduceByKeyAndWindow(lambda x, y: x + y, lambda x, y: x - y, 30, 10)

下面是一个常见的窗口操作的描述，所有的操作都传递两个参数，窗口的长度和时间间隔

window(长度，间隔）	原来的DStream按照新的指定窗口进行切分返回新的DStream
countByWindow(长度，间隔）	返回滑动窗口的元素个数
reduceByWindow(func, windowLength, slideInterval)	读原来的DStream数据进行聚合得到新的DStream
reduceByKeyAndWindow(func,长度，间隔，[numtasks])	(k,v)中的k被函数合并得到新的DStream
reduceByKeyAndWindow(func,invFunc,长度，间隔，[numtasks])	比上面的更高效，对窗口内的数据增量聚合和逐步移去得到聚合后新的DStream
countByValueAndWindow(windowLength, slideInterval, [numTasks])	根据窗口计算每个元素的频次

Join Operations

下面是简单的流的join


stream1 = ...
stream2 = ...
joinedStream = stream1.join(stream2)

You can also do leftOuterJoin, rightOuterJoin, fullOuterJoin

下面是基于窗口的流的Join


windowedStream1 = stream1.window(20)
windowedStream2 = stream2.window(60)
joinedStream = windowedStream1.join(windowedStream2)

sream-dataset的join

流和数据集的join操作是使用lambda表达式实现的


dataset = ... # some RDD
windowedStream = stream.window(20)
joinedStream = windowedStream.transform(lambda rdd: rdd.join(dataset))

DStream的输出操作

print()	前十个元素打印出来
saveAsTextFiles(prefix, [suffix])	将DStream中的内容以文本方式保存成文件，每次批处理间隔内产生的文件按照prefix-TIME_IN_MS[.suffix]命名
saveAsObjectFiles(prefix, [suffix])	将DStream中的内容按对象序列化并且以SequenceFile格式保存，每次批处理间隔文件按照上面的命名
saveAsHadoopFiles(prefix, [suffix])	将DStream中的内容按对象序列化并且以hadoop格式保存，每次批处理间隔文件按照上面的命名
foreachRDD(func)	对每个RDD应用这个函数，将RDD保存在外部文件中

Design Patterns for using foreachRDD

foreachRDD的设计模式

dstream.foreachRDD非常强大，但是容易出错

将数据写到外部系统需要创建一个连接对象，使用这个对象例如Tcp Connection发送数据到远程的系统

开发者可能会错误的连接到Spark Driver，然后试图在worker中使用将数据保存到RDD中

例如：


def sendRecord(rdd):
    connection = createNewConnection()  # executed at the driver
    rdd.foreach(lambda record: connection.send(record))
    connection.close()

dstream.foreachRDD(sendRecord)

这是错误的，因为这要求连接对象序列化并且从driver发送到worker

这样的连接对象很少能跨机器转让

正确的做法是在worker中创建连接对象


def sendRecord(record):
    connection = createNewConnection()
    connection.send(record)
    connection.close()

dstream.foreachRDD(lambda rdd: rdd.foreach(sendRecord))

通常的，创建一个对象需要时间和资源的管理费用，因此，为每个记录创建和摧毁连接对象可能会带来不必要的管理费用，这可能会显著降低系统的吞吐量，一个更好的解决方案是使用rdd.foreachPartition去创造唯一连接对象，并且用这个对象发送所有的RDD。


def sendPartition(iter):
    connection = createNewConnection()
    for record in iter:
        connection.send(record)
    connection.close()

dstream.foreachRDD(lambda rdd: rdd.foreachPartition(sendPartition))

最终的优化是，跨RDD或者批次，重用连接对象

程序员可以维护一个连接对象的静态的池。


def sendPartition(iter):
    # ConnectionPool is a static, lazily initialized pool of connections
    connection = ConnectionPool.getConnection()
    for record in iter:
        connection.send(record)
    # return to the pool for future reuse
    ConnectionPool.returnConnection(connection)

dstream.foreachRDD(lambda rdd: rdd.foreachPartition(sendPartition))

来自为知笔记(Wiz)

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