Storm 起步

准备开始

准备开始

在本章,我们要创建一个 Storm 工程和我们的第一个 Storm 拓扑结构。

NOTE: 下面假设你的 JRE 版本在 1.6 以上。我们推荐 Oracle 提供的 JRE。你可以到 http://www.java.com/downloads/ 下载。

操作模式

开始之前,有必要了解一下 Storm 的操作模式。有下面两种方式。

本地模式

在本地模式下,Storm 拓扑结构运行在本地计算机的单一 JVM 进程上。这个模式用于开发、测试以及调试,因为这是观察所有组件如何协同工作的最简单方法。在这种模式下,我们可以调整参数,观察我们的拓扑结构如何在不同的 Storm 配置环境下运行。要在本地模式下运行,我们要下载 Storm 开发依赖,以便用来开发并测试我们的拓扑结构。我们创建了第一个 Storm 工程以后,很快就会明白如何使用本地模式了。

NOTE: 在本地模式下,跟在集群环境运行很像。不过很有必要确认一下所有组件都是线程安全的,因为当把它们部署到远程模式时它们可能会运行在不同的 JVM 进程甚至不同的物理机上,这个时候它们之间没有直接的通讯或共享内存。

我们要在本地模式运行本章的所有例子。

远程模式

在远程模式下,我们向 Storm 集群提交拓扑,它通常由许多运行在不同机器上的流程组成。远程模式不会出现调试信息, 因此它也称作生产模式。不过在单一开发机上建立一个 Storm 集群是一个好主意,可以在部署到生产环境之前,用来确认拓扑在集群环境下没有任何问题。

你将在第六章学到更多关于远程模式的内容,并在附录B学到如何安装一个 Storm 集群。

Hello World

我们在这个工程里创建一个简单的拓扑,数单词数量。我们可以把这个看作 Storm 的 “Hello World”。不过,这是一个非常强大的拓扑,因为它能够扩展到几乎无限大的规模,而且只需要做一些小修改,就能用它构建一个统计系统。举个例子,我们可以修改一下工程用来找出 Twitter 上的热点话题。

要创建这个拓扑,我们要用一个 spout 读取文本,第一个 bolt 用来标准化单词,第二个 bolt 为单词计数,如图2-1所示。

你可以从这个网址下载源码压缩包, https://github.com/storm-book/examples-ch02-getting_started/zipball/master

NOTE: 如果你使用 git(一个分布式版本控制与源码管理工具),你可以执行 git clone git@github.com:storm-book/examples-ch02-getting_started.git,把源码检出到你指定的目录。

Java 安装检查

构建 Storm 运行环境的第一步是检查你安装的 Java 版本。打开一个控制台窗口并执行命令:java -version。控制台应该会显示出类似如下的内容:

    java -version

    java version "1.6.0_26"
    Java(TM) SE Runtime Enviroment (build 1.6.0_26-b03)

    Java HotSpot(TM) Server VM (build 20.1-b02, mixed mode)  

如果不是上述内容,检查你的 Java 安装情况。(参考 http://www.java.com/download/

创建工程

开始之前,先为这个应用建一个目录(就像你平常为 Java 应用做的那样)。这个目录用来存放工程源码。

接下来我们要下载 Storm 依赖包,这是一些 jar 包,我们要把它们添加到应用类路径中。你可以采用如下两种方式之一完成这一步:

  • 下载所有依赖,解压缩它们,把它 们添加到类路径
  • 使用 Apache Maven

NOTE: Maven 是一个软件项目管理的综合工具。它可以用来管理项目的开发周期的许多方面,从包依赖到版本发布过程。在这本书中,我们将广泛使用它。如果要检查是否已经安装了maven,在命令行运行 mvn。如果没有安装你可以从 http://maven.apache.org/download.html下载。

没有必要先成为一个 Maven 专家才能使用 Storm,不过了解一下关于 Maven 工作方式的基础知识仍然会对你有所帮助。你可以在 Apache Maven 的网站上找到更多的信息(http://maven.apache.org/)。

NOTE: Storm 的 Maven 依赖引用了运行 Storm 本地模式的所有库。

要运行我们的拓扑,我们可以编写一个包含基本组件的 pom.xml 文件。

    <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
             xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
             xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0
             http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
             <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
             <groupId>storm.book</groupId>
             <artifactId>Getting-Started</artifactId>
             <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
             <build>
                 <plugins>
                     <plugin>
                         <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                         <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                         <version>2.3.2</version>
                         <configuration>
                             <source>1.6</source>
                             <target>1.6</target>
                             <compilerVersion>1.6</compilerVersion>
                         </configuration>
                     </plugin>
                 </plugins>
             </build>
             <repositories>
                 
                 <repository>
                     <id>clojars.org</id>
                     <url>http://clojars.org/repo</url>
                 </repository>
             </repositories>
             <dependencies>
                 
                 <dependency>
                     <groupId>storm</groupId>
                     <artifactId>storm</artifactId>
                     <version>0.6.0</version>
                 </dependency>
             </dependencies>
    </project>  

开头几行指定了工程名称和版本号。然后我们添加了一个编译器插件,告知 Maven 我们的代码要用 Java1.6 编译。接下来我们定义了 Maven 仓库(Maven 支持为同一个工程指定多个仓库)。clojars 是存放 Storm 依赖的仓库。Maven 会为运行本地模式自动下载必要的所有子包依赖。

一个典型的 Maven Java 工程会拥有如下结构:

我们的应用目录/
         ├── pom.xml
         └── src
               └── main
                  └── java
               |  ├── spouts
               |  └── bolts
               └── resources  

java 目录下的子目录包含我们的代码,我们把要统计单词数的文件保存在 resource 目录下。

NOTE:命令 mkdir -p 会创建所有需要的父目录。

创建我们的第一个 Topology

我们将为运行单词计数创建所有必要的类。可能这个例子中的某些部分,现在无法讲的很清楚,不过我们会在随后的章节做进一步的讲解。

Spout

pout WordReader 类实现了 IRichSpout 接口。我们将在第四章看到更多细节。WordReader负责从文件按行读取文本,并把文本行提供给第一个 bolt。

NOTE: 一个 spout 发布一个定义域列表。这个架构允许你使用不同的 bolts 从同一个spout 流读取数据,它们的输出也可作为其它 bolts 的定义域,以此类推。

例2-1包含 WordRead 类的完整代码(我们将会分析下述代码的每一部分)。


       /
           例2-1.src/main/java/spouts/WordReader.java
         /
        package spouts;

        import java.io.BufferedReader;
        import java.io.FileNotFoundException;
        import java.io.FileReader;
        import java.util.Map;
        import backtype.storm.spout.SpoutOutputCollector;
        import backtype.storm.task.TopologyContext;
        import backtype.storm.topology.IRichSpout;
        import backtype.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
        import backtype.storm.tuple.Fields;
        import backtype.storm.tuple.Values;

        public class WordReader implements IRichSpout {
            private SpoutOutputCollector collector;
            private FileReader fileReader;
            private boolean completed = false;
            private TopologyContext context;
            public boolean isDistributed() {return false;}
            public void ack(Object msgId) {
                    System.out.println("OK:"+msgId);
            }
            public void close() {}
            public void fail(Object msgId) {
                 System.out.println("FAIL:"+msgId);
            }
            /
              这个方法做的惟一一件事情就是分发文件中的文本行
             /
            public void nextTuple() {
            /
              这个方法会不断的被调用,直到整个文件都读完了,我们将等待并返回。
             /
                 if(completed){
                     try {
                         Thread.sleep(1000);
                     } catch (InterruptedException e) {
                         //什么也不做
                     }
                    return;
                 }
                 String str;
                 //创建reader
                 BufferedReader reader = new BufferedReader(fileReader);
                 try{
                     //读所有文本行
                    while((str = reader.readLine()) != null){
                     /
                       按行发布一个新值
                      /
                         this.collector.emit(new Values(str),str);
                     }
                 }catch(Exception e){
                     throw new RuntimeException("Error reading tuple",e);
                 }finally{
                     completed = true;
                 }
             }
             /
               我们将创建一个文件并维持一个collector对象
              /
             public void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector) {
                     try {
                         this.context = context;
                         this.fileReader = new FileReader(conf.get("wordsFile").toString());
                     } catch (FileNotFoundException e) {
                         throw new RuntimeException("Error reading file ["+conf.get("wordFile")+"]");
                     }
                     this.collector = collector;
             }
             /
               声明输入域"word"
              /
             public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
                 declarer.declare(new Fields("line"));
             }
        }  

第一个被调用的 spout 方法都是 public void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector)。它接收如下参数:配置对象,在定义topology 对象是创建;TopologyContext 对象,包含所有拓扑数据;还有SpoutOutputCollector 对象,它能让我们发布交给 bolts 处理的数据。下面的代码主是这个方法的实现。

    public void open(Map conf, TopologyContext context,
        SpoutOutputCollector collector) {
        try {
            this.context = context;
            this.fileReader = new FileReader(conf.get("wordsFile").toString());
        } catch (FileNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException("Error reading file ["+conf.get("wordFile")+"]");
        }
        this.collector = collector;
    }  

我们在这个方法里创建了一个 FileReader 对象,用来读取文件。接下来我们要实现 public void nextTuple(),我们要通过它向 bolts 发布待处理的数据。在这个例子里,这个方法要读取文件并逐行发布数据。

    public void nextTuple() {
        if(completed){
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                //什么也不做
            }
            return;
        }
        String str;
        BufferedReader reader = new BufferedReader(fileReader);
        try{
            while((str = reader.readLine()) != null){
                this.collector.emit(new Values(str));
            }
        }catch(Exception e){
            throw new RuntimeException("Error reading tuple",e);
        }finally{
            completed = true;
        }
    }  

NOTE: Values 是一个 ArrarList 实现,它的元素就是传入构造器的参数。

nextTuple() 会在同一个循环内被 ack()fail() 周期性的调用。没有任务时它必须释放对线程的控制,其它方法才有机会得以执行。因此 nextTuple 的第一行就要检查是否已处理完成。如果完成了,为了降低处理器负载,会在返回前休眠一毫秒。如果任务完成了,文件中的每一行都已被读出并分发了。

NOTE:元组(tuple)是一个具名值列表,它可以是任意 java 对象(只要它是可序列化的)。默认情况,Storm 会序列化字符串、字节数组、ArrayList、HashMap 和 HashSet 等类型。

Bolts

现在我们有了一个 spout,用来按行读取文件并每行发布一个元组,还要创建两个 bolts,用来处理它们(看图2-1)。bolts 实现了接口 backtype.storm.topology.IRichBolt

bolt最重要的方法是void execute(Tuple input),每次接收到元组时都会被调用一次,还会再发布若干个元组。

NOTE: 只要必要,bolt 或 spout 会发布若干元组。当调用 nextTupleexecute 方法时,它们可能会发布0个、1个或许多个元组。你将在第五章学习更多这方面的内容。

第一个 bolt,WordNormalizer,负责得到并标准化每行文本。它把文本行切分成单词,大写转化成小写,去掉头尾空白符。

首先我们要声明 bolt 的出参:

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

这里我们声明 bolt 将发布一个名为 “word” 的域。

下一步我们实现 public void execute(Tuple input),处理传入的元组:

    public void execute(Tuple input){
        String sentence=input.getString(0);
        String[] words=sentence.split(" ");
        for(String word : words){
            word=word.trim();
            if(!word.isEmpty()){
                word=word.toLowerCase();
                //发布这个单词
                collector.emit(new Values(word));
            }
        }
        //对元组做出应答
        collector.ack(input);
    }  

第一行从元组读取值。值可以按位置或名称读取。接下来值被处理并用collector对象发布。最后,每次都调用collector 对象的 ack() 方法确认已成功处理了一个元组。

例2-2是这个类的完整代码。

    //例2-2 src/main/java/bolts/WordNormalizer.java
    package bolts;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    import backtype.storm.task.OutputCollector;
    import backtype.storm.task.TopologyContext;
    import backtype.storm.topology.IRichBolt;
    import backtype.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
    import backtype.storm.tuple.Fields;
    import backtype.storm.tuple.Tuple;
    import backtype.storm.tuple.Values;
    public class WordNormalizer implements IRichBolt{
        private OutputCollector collector;
        public void cleanup(){}
        /
           bolt从单词文件接收到文本行,并标准化它。
           文本行会全部转化成小写,并切分它,从中得到所有单词。
         /
        public void execute(Tuple input){
            String sentence = input.getString(0);
            String[] words = sentence.split(" ");
            for(String word : words){
                word = word.trim();
                if(!word.isEmpty()){
                    word=word.toLowerCase();
                    //发布这个单词
                    List a = new ArrayList();
                    a.add(input);
                    collector.emit(a,new Values(word));
                }
            }
            //对元组做出应答
            collector.ack(input);
        }
        public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {
            this.collector=collector;
        }

        /
           这个bolt只会发布“word”域
          /
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
            declarer.declare(new Fields("word"));
        }
    }  

NOTE:通过这个例子,我们了解了在一次 execute 调用中发布多个元组。如果这个方法在一次调用中接收到句子 “This is the Storm book”,它将会发布五个元组。

下一个boltWordCounter,负责为单词计数。这个拓扑结束时(cleanup() 方法被调用时),我们将显示每个单词的数量。

NOTE: 这个例子的 bolt 什么也没发布,它把数据保存在 map 里,但是在真实的场景中可以把数据保存到数据库。

package bolts;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import backtype.storm.task.OutputCollector;
import backtype.storm.task.TopologyContext;
import backtype.storm.topology.IRichBolt;
import backtype.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
import backtype.storm.tuple.Tuple;

public class WordCounter implements IRichBolt{
    Integer id;
    String name;
    Map counters;
    private OutputCollector collector;

    /
       这个spout结束时(集群关闭的时候),我们会显示单词数量
      /
    @Override
    public void cleanup(){
        System.out.println("-- 单词数 【"+name+"-"+id+"】 --");
        for(Map.Entry entry : counters.entrySet()){
            System.out.println(entry.getKey()+": "+entry.getValue());
        }
    }

    /
       为每个单词计数
     /
@Override
public void execute(Tuple input) {
    String str=input.getString(0);
    /**
      如果单词尚不存在于map,我们就创建一个,如果已在,我们就为它加1
     /
    if(!counters.containsKey(str)){
        counters.put(str,1);
    }else{
        Integer c = counters.get(str) + 1;
        counters.put(str,c);
    }
    //对元组作为应答
    collector.ack(input);
}
/ 初始化 / @Override public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector){ this.counters = new HashMap(); this.collector = collector; this.name = context.getThisComponentId(); this.id = context.getThisTaskId(); } @Override public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {}}

execute 方法使用一个 map 收集单词并计数。拓扑结束时,将调用 clearup() 方法打印计数器 map。(虽然这只是一个例子,但是通常情况下,当拓扑关闭时,你应当使用 cleanup() 方法关闭活动的连接和其它资源。)

主类

你可以在主类中创建拓扑和一个本地集群对象,以便于在本地测试和调试。LocalCluster 可以通过 Config 对象,让你尝试不同的集群配置。比如,当使用不同数量的工作进程测试你的拓扑时,如果不小心使用了某个全局变量或类变量,你就能够发现错误。(更多内容请见第三章)

NOTE:所有拓扑节点的各个进程必须能够独立运行,而不依赖共享数据(也就是没有全局变量或类变量),因为当拓扑运行在真实的集群环境时,这些进程可能会运行在不同的机器上。

接下来,TopologyBuilder 将用来创建拓扑,它决定 Storm 如何安排各节点,以及它们交换数据的方式。

    TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();
    builder.setSpout("word-reader", new WordReader());
    builder.setBolt("word-normalizer", new WordNormalizer()).shuffleGrouping("word-reader");
    builder.setBolt("word-counter", new WordCounter()).shuffleGrouping("word-normalizer");  

spoutbolts 之间通过 shuffleGrouping 方法连接。这种分组方式决定了 Storm 会以随机分配方式从源节点向目标节点发送消息。

下一步,创建一个包含拓扑配置的 Config 对象,它会在运行时与集群配置合并,并通过prepare 方法发送给所有节点。

    Config conf = new Config();
    conf.put("wordsFile", args[0]);
    conf.setDebug(true);  

由 spout 读取的文件的文件名,赋值给 wordFile 属性。由于是在开发阶段,设置 debug 属性为 true,Strom 会打印节点间交换的所有消息,以及其它有助于理解拓扑运行方式的调试数据。

正如之前讲过的,你要用一个 LocalCluster 对象运行这个拓扑。在生产环境中,拓扑会持续运行,不过对于这个例子而言,你只要运行它几秒钟就能看到结果。

    LocalCluster cluster = new LocalCluster();
    cluster.submitTopology("Getting-Started-Topologie", conf, builder.createTopology());
    Thread.sleep(2000);
    cluster.shutdown();  

调用 createTopologysubmitTopology,运行拓扑,休眠两秒钟(拓扑在另外的线程运行),然后关闭集群。

例2-3是完整的代码

    //例2-3 src/main/java/TopologyMain.java
    import spouts.WordReader;
    import backtype.storm.Config;
    import backtype.storm.LocalCluster;
    import backtype.storm.topology.TopologyBuilder;
    import backtype.storm.tuple.Fields;
    import bolts.WordCounter;
    import bolts.WordNormalizer;

    public class TopologyMain {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //定义拓扑
            TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder());
            builder.setSpout("word-reader", new WordReader());
            builder.setBolt("word-normalizer", new WordNormalizer()).shuffleGrouping("word-reader");
            builder.setBolt("word-counter", new WordCounter(),2).fieldsGrouping("word-normalizer", new Fields("word"));

        //配置
            Config conf = new Config();
            conf.put("wordsFile", args[0]);
            conf.setDebug(false);

        //运行拓扑
             conf.put(Config.TOPOLOGY_MAX_SPOUT_PENDING, 1);
            LocalCluster cluster = new LocalCluster();
            cluster.submitTopology("Getting-Started-Topologie", conf, builder.createTopology();
            Thread.sleep(1000);
            cluster.shutdown();
        }
    }  

观察运行情况

你已经为运行你的第一个拓扑准备好了。在这个目录下面创建一个文件,/src/main/resources/words.txt,一个单词一行,然后用下面的命令运行这个拓扑:mvn exec:java -Dexec.mainClass=”TopologyMain” -Dexec.args=”src/main/resources/words.txt举个例子,如果你的 words.txt 文件有如下内容: Storm test are great is an Storm simple application but very powerful really Storm is great 你应该会在日志中看到类似下面的内容: is: 2 application: 1 but: 1 great: 1 test: 1 simple: 1 Storm: 3 really: 1 are: 1 great: 1 an: 1 powerful: 1 very: 1 在这个例子中,每类节点只有一个实例。但是如果你有一个非常大的日志文件呢?你能够很轻松的改变系统中的节点数量实现并行工作。这个时候,你就要创建两个 WordCounter* 实例。

    builder.setBolt("word-counter", new WordCounter(),2).shuffleGrouping("word-normalizer");  

程序返回时,你将看到: — 单词数 【word-counter-2】 — application: 1 is: 1 great: 1 are: 1 powerful: 1 Storm: 3 — 单词数 [word-counter-3] — really: 1 is: 1 but: 1 great: 1 test: 1 simple: 1 an: 1 very: 1 棒极了!修改并行度实在是太容易了(当然对于实际情况来说,每个实例都会运行在单独的机器上)。不过似乎有一个问题:单词 is 和 great 分别在每个 WordCounter 各计数一次。怎么会这样?当你调用shuffleGrouping 时,就决定了 Storm 会以随机分配的方式向你的 bolt 实例发送消息。在这个例子中,理想的做法是相同的单词问题发送给同一个 WordCounter 实例。你把shuffleGrouping(“word-normalizer”) 换成 fieldsGrouping(“word-normalizer”, new Fields(“word”)) 就能达到目的。试一试,重新运行程序,确认结果。 你将在后续章节学习更多分组方式和消息流类型。

结论

我们已经讨论了 Storm 的本地和远程操作模式之间的不同,以及 Storm 的强大和易于开发的特性。你也学习了一些 Storm 的基本概念,我们将在后续章节深入讲解它们。

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