Spark Streaming简介与代码实例

背景：

Spark Streaming是准实时流处理框架，处理响应时间一般以分钟为单位，处理实时数据的延迟时间一般是秒级别的；其他容易混淆的例如Storm实时流处理框架，处理响应是毫秒级。

在我们项目实施选择流框架时需要看具体业务场景：使用MapReduce和Spark进行大数据处理，能够解决很多生产环境下的计算问题，但是随着业务逐渐丰富，数据逐渐丰富，这种批处理在很多场景已经不能满足生产环境的需要了，体现例如①离线计算一般就会建立一个数据仓库，数据量大的情况下，计算耗时也会很长。②例如一个业务场景，需要在根绝客户访问一个网站时的浏览、点击行为，实时做出一些业务上的反馈，时延太长这个数据也流失了很多价值。③现在技术发展的需要，许多机器学习和人工智能应用需要大量的实时数据进行训练和优化。

数据是源源不断产生，计算程序也是一直存在的，即实时计算。

1.流式计算和批处理的关系

批处理和流式本来就存在某种微妙的关系，不是完全隔离的。Spark Streaming充分利用了这种微妙关系，将其发挥到极致。批量处理是Spark Streaming流式处理的一个窗口特别大的特例，实际上，如果我们定时执行某个Spark程序，或者每天执行一次，也相当于是流失计算，不过是以天为事件窗口。但是如果细加观察，Spark Streaming的每个batch又都是一个批处理，只是因为这个批处理可以足够小，看起来就像数据在真实流动一样，所以我们也称之为流式处理。

2.主流的流式计算框架

流式计算最具代表性的框架之一就是Storm。在Storm中，先要设计一个用于实时计算的图状结构，我们称之为拓扑（topology）。这个拓扑将会被提交给集群，由集群中的主控节点（Master node）分发代码，将任务分配给工作节点（Worker node）执行。一个拓扑中包括spout和bolt两种角色，其中spout发送消息，负责将数据流以tuple元组的形式发送出去；而bolt则负责转换这些数据流，在bolt中可以完成计算、过滤等操作，bolt自身也可以随机将数据发送给其他bolt。由spout发射出的tuple是不可变数组，对应着固定的键值对。

Spark Streaming是核心Spark API的一个扩展，它并不会像Storm那样一次一个地处理数据流，而是在处理前按时间间隔预先将其切分为一段一段的批处理作业。Spark针对持续性数据流的抽象称为DStream（DiscretizedStream），一个DStream是一个微批处理（micro-batching）的RDD（弹性分布式数据集）；RDD则是一种分布式数据集，能够以两种方式并行运作，分别是任意函数和滑动窗口数据的转换。

除了Spark，Flink也是类似Spark的计算框架，Flink是一个针对流数据和批数据的分布式处理引擎。它主要是由Java代码实现。对Flink而言，其所要处理的主要场景就是流数据，批数据只是流数据的一个极限特例而已。Flink会把所有任务当成流来处理，这也是其最大的特点。Flink可以支持本地的快速迭代，以及一些环形的迭代任务，并且Flink可以定制化内存管理。在这点，如果要对比Flink和Spark的话，Flink并没有将内存完全交给应用层。这也是为什么Spark相对于Flink，更容易出现OOM的原因（out ofmemory）。就框架本身与应用场景来说，Flink更相似与Storm。

3.自定义流式计算举例

为了更好理解流式计算思想，我们来举例一个更具体的流式计算的程序。常见的实时计算需要有数据源、消息队列、数据处理。我们的数据源来自Socket，消息队列为了保证线程安全，我们使用Java自带的BlockingQueue，而数据处理就通过一个独立线程读取消息队列的内容处理，结果我们放在ConcurrentHashMap中，保证线程安全。

Spark Streaming的基本原理是将输入数据流以时间片（秒级）为单位进行拆分，然后以类似批处理的方式处理每个时间片数据，见下图：

首先，Spark Streaming把实时输入数据流以时间片Δt（如1秒）为单位切分成块。Spark Streaming会把每块数据作为一个RDD，并使用RDD操作处理每一小块数据。每个块都会生成一个Spark Job处理，最终结果也返回多个块。使用Spark Streaming编写的程序与编写Spark程序非常相似，在Spark程序中，主要通过操作RDD提供的接口，如Map、Reduce、Filter等，实现数据的批处理。而在Spark Streaming中，则通过操作DStream（表示数据流的RDD序列）提供的接口，这些接口和RDD提供的接口类似。下图显示了Spark Streaming程序到Spark Job的转换：

Spark Streaming把程序中对DStream的操作转换为DStream Graph，对于每个时间片，DSteam Graph都会产生一个RDD Graph；针对每个输出操作（如Print、Foreach等），SparkStreaming都会创建一个Spark Action；对于每个Spark Action，Spark Streaming都会产生一个相应的Spark Job，Spark会调度Task到相应的Spark Executor上执行。

Spark Streaming的一些常用组件如下：

1.StreamingContext：Spark Streaming中Driver端的上下文对象，初始化的时候会构造Spark Streaming应用程序需要使用的组件，比如DStreamGraph、JobScheduler 等

2.JobGenerator：主要是从DStream产生Job，且根据指定时间执行checkpoint。它维护着一个定时器，该定时器在批处理时间到来的时候会生成作业的操作。

3.JobScheduler：主要用于调度Job。JobScheduler主要通过JobGenerator产生Job，并且通过ReceiverTracker管理流数据接收器Receiver。

4.ReceiverTracker：管理各个Executor上的Receiver的元数据。它在启动的时候，需要根据流数据接收器Receiver分发策略通知对应的Executor中的ReceiverSupervisor（接收器管理着）启动，然后再由ReceiverSupervisor来启动对应节点的Receiver。

数据源:

数据源程序，使用Java编写一个程序，使用socket来向7777端口发送数据：

Package test;

import java.io.Bufferedwriter;

import java.io.IOException;

import java.io.Outputstream;

import java.net.ServerSocket;

import java.net.socket;

import java.io.Outputstreamwriter;

public class DataGenerator{

         public static void main(string[] args) throws IOException{

                  //设置发送端口为7777

                  ServerSocket ss = new ServerSocket(7777);

                  Socket accept = ss.accept();

                  Outputstream outputstream = accept.getoutputstream();

                  Bufferedwriter writer = new Bufferedwriter(new Outputstreamhriter(outputstream));

                  //发送的字符串

                  String[] words = new String[]{"hello Hadoop\n", "hello spark\n", "world hello\n", "hello\n", "hadoop\n"};

                  while (true){

                          try{

                                   Thread.sleep(1000);

                          }catch (InterruptedException e){

                         

                          }

                          //随机发送一个字符串

                          writer.write(words[(int)(Math.random() * 5)]);

                          writer.flush();

                  }

         }

}

数据接收处理:

import org.apache.spark.streaming.streamingContext

import org.apache.spark.streaming.streamingContext

import org.apache.spark.streaming.dstream.Dstream

import org.apache.spark.streaming.Duration

import org.apache.spark.streaming.seconds

import org.apache.spark.SparkContext

import org.apache.spark.SparkConf

import org.apache.spark. storage.storageLevel

val sparkconf = new SparkConf().setApplame("NetworkWordCount").setMaster("localhost")

//设置每秒处理一次

val ssc = new streamingContext(sc, Seconds(1))

//使用socket发送数据，ip为localhost，端门为7777

val lines =ssc.socketTextstream("localhost",7777,StorageLevel.MEMORY_AND_DISK_SER)

//flatMap以空格分隔

val words = lines.flatmap(_.split(" "))

//对每一组数据各个字符串数量累加

val wordCounts = words.map(x => (x,1)).reduceBykey(_+_)

//对每一组数据各个字符串数量累加，每10秒一次，统计最近30秒的结果

val wordCounts = words.map(x => (x,1)).reduceByKeyAndWindow((a:Int,b:Int) => (a+b),Seconds(30),Seconds(10))

//输出

wordCounts.print()

ssc.start()

ssc.awaitTermination()

运行数据源：

把刚刚的Java程序打包，用spark-submit执行，我们将打包好的程序放到某一个目录，例如/opt下，命名为hadoop-streaming.jar，使用spark-submit提交（命令制定类名、主机名、UI端口号、Jar包路径）：

nohup .../你的路径/bin/spark-submit –class test.DataGenerator –master spark://localhost:9000 /opt/Hadoop-streaming.jar &

运行数据接收、处理程序：

进入spark-shell来运行上面写好的“数据接收处理”的代码，可收到结果。