pyspark streaming与Kafka的应用及offset的手动设置

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spark streaming现在主要分为两个部分，一个是DStreams，另一个就是Structured Streaming，前一个是基于RDD进行编程，后一个是基于DataFrame或Dataset编程的。现在官方推荐的是使用Structured Streaming，因此可以根据需要自己选择使用哪一个。这里主要说明pyspark streaming连接Kafka的方式及解决无法使用group id的问题。

使用的版本：spark2.4.3， scala2.11，本地kafka2.1.0和线上kafka0.10

DStreams

test.py:

from pyspark.streaming.kafka import KafkaUtils
from pyspark.streaming import StreamingContext
from pyspark import SparkContext

if __name__ == "__main__":
    sc = SparkContext(appName="test")
    sc.setLogLevel("WARN")
    ssc = StreamingContext(sc, 20)
   kafka_params = {"metadata.broker.list": "xxxxx:9092,xxxxx:9092,xxxxx:9092"}
    kafkaStream = KafkaUtils.createDirectStream(ssc, ["mytopic"], kafka_params,
                                                valueDecoder=lambda x: json.loads(x.decode("utf-8")))
    kafkaStream.map(lambda x: (x[1].get("userId"), len(x[1].get("lifeIds")), x[1].get("createDate"))).pprint()

    ssc.start()
    ssc.awaitTermination()

运行：
spark-submit --packages org.apache.spark:spark-streaming-kafka-0-8_2.11:2.4.3 test.py
上面的KafkaUtil在spark2.3.0就deprecated了，但还是能够使用，不过需要使用org.apache.spark:spark-streaming-kafka-0-8_2.11，而不能使用org.apache.spark:spark-streaming-kafka-0-10_2.11。因为现在python spark streaming不支持Kafka0.10.如果想使用Kafka0.10就需要使用Structured Streaming了。

Structured Streaming

test.py:

spark = SparkSession \
        .builder \
        .appName("StructuredNetworkWordCount") \
        .getOrCreate()

    df = spark \
        .readStream \
        .format("kafka") \
        .option("kafka.bootstrap.servers", "localhost:9092") \
        .option("subscribe", "test") \
        .load()

    # df = df.rdd.map(lambda x: x.split(" ")).toDF()
    df = df.selectExpr("CAST(key AS STRING)", "CAST(value AS STRING)")
    df = df.withColumn("s", F.split(df['value'], " "))
    df = df.withColumn('e', F.explode(df['s']))

    q = df.writeStream \
        .format("console") \
        .trigger(processingTime='30 seconds')\
        .start()

    q.awaitTermination()

运行：
spark-submit --packages org.apache.spark:spark-sql-kafka-0-10_2.11:2.4.3 test.py

上面两个最主要的问题就是不能设置group id，无法追踪自己最新消费的offset，经过测试，每次启动脚本的时候都是从当前时间开始消费数据的，也就是说以前产生的数据可能消费不到，并且pyspark DStreams不支持线上的kafka0.10，所以现在想到的方法就是自己手动设置并保存offset。

手动offset设置及保存

手动设置offset的思想：
(1) 保存Kafka offset至Hbase，在Hbase中创建一张表，用来存放Kafka的offset数据，形式如下：

# DDL:
create 'stream_kafka_offsets', {NAME=>'offsets', TTL=>2592000}

# ROW LAYOUT:
row:              <TOPIC_NAME>_<GROUP_ID>
column family:    offsets
qualifier:        <PARTITION_ID>
value:            <OFFSET_ID>

设置了TTL为30天，row key使用了topic和group id，列族为offsets，列为partition id，值为offset

(2) 对每一批Kafka中消费的数据，保存最新offset至Hbase

def save_offsets(topic_name, group_id, offset_ranges, hbase_table_name):
    happybase_util = HappyBaseUtil()
    for offset in offset_ranges:
        happybase_util.put(hbase_table_name, topic_name+"_"+group_id, {"offsets:"+str(offset.partition): str(offset.untilOffset)})

这一步比较简单，就是把结果存到Hbase中去。

(3) 获取最新的offset
这个需要考虑几种情况：

• 首次运行。首次需要如何运行？是从当前时间开始运行还是从某一个最新的offset开始运行或者从offset为0的地方开始运行还是其他？如果从offset为0的地方运行的话，可能会出现Offset Out of Range Error，可能前期的一些数据被kafka清空了；如果从当前时间开始运行的话，可能以前的许多数据消费不到。现在使用的方法是使用某一个消费者组的最新offset作为它首次运行的offset，这样就有了首次运行的offset。获取首次的一个topic的某个消费者组最新的offset需要一些额外的工作，这需要python的第三方包kafka。
• 运行一段时间了，中间被停止了，并且又增加了新的partition。这种情况就是仍然获取Hbase中最新的offset，新的partition的offset从0开始
• 运行一段时间，中间停止了，中间没有新的partition增加，这样只获取Hbase中最新的offset就行了。
  所以这里关键还是首次要如何运行，这可能还有更好的方法。

def get_last_committed_offsets(topic_name, group_id, hbase_table_name):
    # client = SimpleClient('localhost:9092')
    client = SimpleClient(["xxxxx:9092","xxxxx:9092","xxxxx:9092"])
    # 获取zookeeper中kafka topic的partition
    topic_partition_ids = client.get_partition_ids_for_topic(topic_name)

    happybase_util = HappyBaseUtil()
    # 获取hbase存放的kafka topic的partition
    partition_offset_values = happybase_util.get_row(hbase_table_name, row=topic_name+"_"+group_id)

    if len(partition_offset_values) == 0:
        # 第一次运行处理
        partitions = client.topic_partitions[topic_name]
        offset_requests = [OffsetRequestPayload(topic_name, p, -1, 1) for p in partitions.keys()]
        offsets_responses = client.send_offset_request(offset_requests)
        offsets = dict((TopicAndPartition(topic_name, r.partition), r.offsets[0]) for r in offsets_responses)

    elif len(partition_offset_values) < len(topic_partition_ids):
        # 如果hbase中partition个数小于zookeeper中partition的个数，说明有新增的partition，新增的partition偏移量设为0
        offsets = dict((TopicAndPartition(topic_name, int(k.decode("utf-8").split(":")[1])), int(v))
                       for k, v in partition_offset_values.items())
        extra_partitions = dict((TopicAndPartition(topic_name, i), 0)
                                for i in range(len(topic_partition_ids), len(partition_offset_values)))
        offsets.update(extra_partitions)
    else:
        offsets = dict((TopicAndPartition(topic_name, int(k.decode("utf-8").split(":")[1])), int(v))
                       for k, v in partition_offset_values.items())

    return offsets

（4）接下来就是数据的处理，获取数据的offset并保存offset

if __name__ == "__main__":
    sc = SparkContext(appName="test")
    sc.setLogLevel("WARN")
    ssc = StreamingContext(sc, 5)
    # kafka_params = {"metadata.broker.list": "localhost:9092"}
    kafka_params = {"metadata.broker.list": "xxxxx:9092,xxxxx:9092,xxxxx:9092"}

    # fromOffset = get_last_committed_offsets("test", "test-id", "stream_kafka_offsets")
    fromOffset = get_last_committed_offsets("mytopic", "test-group-2", "stream_kafka_offsets")

    # kafkaStream = KafkaUtils.createDirectStream(ssc, ["test"], kafka_params, fromOffsets=fromOffset)
    kafkaStream = KafkaUtils.createDirectStream(ssc, ["mytopic"], kafka_params, fromOffsets=fromOffset)

    def inner_func(rdd):
        rdd.foreach(lambda x: print(x))
        save_offsets("mytopic", "test-group-2", rdd.offsetRanges(),"stream_kafka_offsets")

    kafkaStream.foreachRDD(inner_func)

    ssc.start()
    ssc.awaitTermination()

然后运行：
spark-submit --packages org.apache.spark:spark-streaming-kafka-0-8_2.11:2.4.3 test.py

完整代码：
test.py:

from kafka import SimpleClient
from kafka.structs import OffsetRequestPayload

from pyspark.streaming.kafka import KafkaUtils, TopicAndPartition
from pyspark.streaming import StreamingContext
from pyspark import SparkContext

from algo_core.utils.hbase_util import HappyBaseUtil  # 自己封装的happybase包

def save_offsets(topic_name, group_id, offset_ranges, hbase_table_name):
    happybase_util = HappyBaseUtil()
    for offset in offset_ranges:
        happybase_util.put(hbase_table_name, topic_name+"_"+group_id, {"offsets:"+str(offset.partition): str(offset.untilOffset)})

def get_last_committed_offsets(topic_name, group_id, hbase_table_name):
    # client = SimpleClient('localhost:9092')
    client = SimpleClient(["xxxxx:9092","xxxxx:9092","xxxxx:9092"])
    # 获取zookeeper中kafka topic的partition
    topic_partition_ids = client.get_partition_ids_for_topic(topic_name)

    happybase_util = HappyBaseUtil()
    # 获取hbase存放的kafka topic的partition
    partition_offset_values = happybase_util.get_row(hbase_table_name, row=topic_name+"_"+group_id)

    if len(partition_offset_values) == 0:
        # 第一次运行处理
        partitions = client.topic_partitions[topic_name]
        offset_requests = [OffsetRequestPayload(topic_name, p, -1, 1) for p in partitions.keys()]
        offsets_responses = client.send_offset_request(offset_requests)
        offsets = dict((TopicAndPartition(topic_name, r.partition), r.offsets[0]) for r in offsets_responses)

    elif len(partition_offset_values) < len(topic_partition_ids):
        # 如果hbase中partition个数小于zookeeper中partition的个数，说明有新增的partition，新增的partition偏移量设为0
        offsets = dict((TopicAndPartition(topic_name, int(k.decode("utf-8").split(":")[1])), int(v))
                       for k, v in partition_offset_values.items())
        extra_partitions = dict((TopicAndPartition(topic_name, i), 0)
                                for i in range(len(topic_partition_ids), len(partition_offset_values)))
        offsets.update(extra_partitions)
    else:
        offsets = dict((TopicAndPartition(topic_name, int(k.decode("utf-8").split(":")[1])), int(v))
                       for k, v in partition_offset_values.items())

    return offsets


if __name__ == "__main__":
    sc = SparkContext(appName="test")
    sc.setLogLevel("WARN")
    ssc = StreamingContext(sc, 5)
    # kafka_params = {"metadata.broker.list": "localhost:9092"}
    kafka_params = {"metadata.broker.list": "xxxxx:9092,xxxxx:9092,xxxxx:9092"}

    # fromOffset = get_last_committed_offsets("test", "test-id", "stream_kafka_offsets")
    fromOffset = get_last_committed_offsets("mytopic", "test-group-2", "stream_kafka_offsets")

    # kafkaStream = KafkaUtils.createDirectStream(ssc, ["test"], kafka_params, fromOffsets=fromOffset)
    kafkaStream = KafkaUtils.createDirectStream(ssc, ["mytopic"], kafka_params, fromOffsets=fromOffset)

    def inner_func(rdd):
        rdd.foreach(lambda x: print(x))
        save_offsets("mytopic", "test-group-2", rdd.offsetRanges(),"stream_kafka_offsets")

    kafkaStream.foreachRDD(inner_func)

    ssc.start()
    ssc.awaitTermination()