Spark+Kafka的Direct方式将偏移量发送到Zookeeper实现(转)

原文链接:Spark+Kafka的Direct方式将偏移量发送到Zookeeper实现

 Apache Spark 1.3.0引入了Direct API,利用Kafka的低层次API从Kafka集群中读取数据,并且在Spark Streaming系统里面维护偏移量相关的信息,并且通过这种方式去实现零数据丢失(zero data loss)相比使用基于Receiver的方法要高效。但是因为是Spark Streaming系统自己维护Kafka的读偏移量,而Spark Streaming系统并没有将这个消费的偏移量发送到Zookeeper中,这将导致那些基于偏移量的Kafka集群监控软件(比如:Apache Kafka监控之Kafka Web ConsoleApache Kafka监控之KafkaOffsetMonitor等)失效。本文就是基于为了解决这个问题,使得我们编写的Spark Streaming程序能够在每次接收到数据之后自动地更新Zookeeper中Kafka的偏移量。

  我们从Spark的官方文档可以知道,维护Spark内部维护Kafka便宜了信息是存储在HasOffsetRanges类的offsetRanges中,我们可以在Spark Streaming程序里面获取这些信息:

1val offsetsList = rdd.asInstanceOf[HasOffsetRanges].offsetRanges

这样我们就可以获取所以分区消费信息,只需要遍历offsetsList,然后将这些信息发送到Zookeeper即可更新Kafka消费的偏移量。完整的代码片段如下:

01val messages =KafkaUtils.createDirectStream[String, String, StringDecoder, StringDecoder](ssc, kafkaParams, topicsSet)
02      messages.foreachRDD(rdd => {
03        val offsetsList = rdd.asInstanceOf[HasOffsetRanges].offsetRanges
04        val kc = new KafkaCluster(kafkaParams)
05        for (offsets < - offsetsList) {
06          val topicAndPartition = TopicAndPartition("iteblog", offsets.partition)
07          val =kc.setConsumerOffsets(args(0), Map((topicAndPartition, offsets.untilOffset)))
08          if (o.isLeft) {
09            println(s"Error updating the offset to Kafka cluster: ${o.left.get}")
10          }
11        }
12})

  KafkaCluster类用于建立和Kafka集群的链接相关的操作工具类,我们可以对Kafka中Topic的每个分区设置其相应的偏移量Map((topicAndPartition, offsets.untilOffset)),然后调用KafkaCluster类的setConsumerOffsets方法去更新Zookeeper里面的信息,这样我们就可以更新Kafka的偏移量,最后我们就可以通过KafkaOffsetMonitor之类软件去监控Kafka中相应Topic的消费信息,下图是KafkaOffsetMonitor的监控情况:



  从图中我们可以看到KafkaOffsetMonitor监控软件已经可以监控到Kafka相关分区的消费情况,这对监控我们整个Spark Streaming程序来非常重要,因为我们可以任意时刻了解Spark读取速度。另外,KafkaCluster工具类的完整代码如下:

01package org.apache.spark.streaming.kafka
02 
03import kafka.api.OffsetCommitRequest
04import kafka.common.{ErrorMapping, OffsetMetadataAndError, TopicAndPartition}
05import kafka.consumer.SimpleConsumer
06import org.apache.spark.SparkException
07import org.apache.spark.streaming.kafka.KafkaCluster.SimpleConsumerConfig
08 
09import scala.collection.mutable.ArrayBuffer
10import scala.util.Random
11import scala.util.control.NonFatal
12 
13/**
14 * User: 过往记忆
15 * Date: 2015-06-02
16 * Time: 下午23:46
17 * bolg: http://www.iteblog.com
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21 */
22 
23class KafkaCluster(val kafkaParams: Map[String, String]) extends Serializable {
24  type Err = ArrayBuffer[Throwable]
25 
26  @transient private var _config: SimpleConsumerConfig = null
27 
28  def config: SimpleConsumerConfig = this.synchronized {
29    if (_config == null) {
30      _config = SimpleConsumerConfig(kafkaParams)
31    }
32    _config
33  }
34 
35  def setConsumerOffsets(groupId: String,
36                         offsets: Map[TopicAndPartition, Long]
37                          ): Either[Err, Map[TopicAndPartition, Short]] = {
38    setConsumerOffsetMetadata(groupId, offsets.map { kv =>
39      kv._1 -> OffsetMetadataAndError(kv._2)
40    })
41  }
42 
43  def setConsumerOffsetMetadata(groupId: String,
44                                metadata: Map[TopicAndPartition, OffsetMetadataAndError]
45                                 ): Either[Err, Map[TopicAndPartition, Short]] = {
46    var result = Map[TopicAndPartition, Short]()
47    val req = OffsetCommitRequest(groupId, metadata)
48    val errs = new Err
49    val topicAndPartitions = metadata.keySet
50    withBrokers(Random.shuffle(config.seedBrokers), errs) { consumer =>
51      val resp = consumer.commitOffsets(req)
52      val respMap = resp.requestInfo
53      val needed = topicAndPartitions.diff(result.keySet)
54      needed.foreach { tp: TopicAndPartition =>
55        respMap.get(tp).foreach { err: Short =>
56          if (err == ErrorMapping.NoError) {
57            result += tp -> err
58          else {
59            errs.append(ErrorMapping.exceptionFor(err))
60          }
61        }
62      }
63      if (result.keys.size == topicAndPartitions.size) {
64        return Right(result)
65      }
66    }
67    val missing = topicAndPartitions.diff(result.keySet)
68    errs.append(new SparkException(s"Couldn't set offsets for ${missing}"))
69    Left(errs)
70  }
71 
72  private def withBrokers(brokers: Iterable[(String, Int)], errs: Err)
73                         (fn: SimpleConsumer => Any): Unit = {
74    brokers.foreach { hp =>
75      var consumer: SimpleConsumer = null
76      try {
77        consumer = connect(hp._1, hp._2)
78        fn(consumer)
79      catch {
80        case NonFatal(e) =>
81          errs.append(e)
82      finally {
83        if (consumer != null) {
84          consumer.close()
85        }
86      }
87    }
88  }
89 
90  def connect(host: String, port: Int): SimpleConsumer =
91    new SimpleConsumer(host, port, config.socketTimeoutMs,
92      config.socketReceiveBufferBytes, config.clientId)
93}
<think>首先,用户的问题是:“如何手动管理 Kafka 偏移量实现 Exactly-Once 语义?” 我需要使用中文回答这个问题。 我的回答必须包括: 1. 对问题的详细解释。 2. 可能包括代码示例(如Python代码)。 3. 在回答结束时,必须输出“§§相关问题§§”作为第一行,然后列出3-5个相关问题。这些问题必须基于用户的问题和我的回答。 4. 禁止换行分散,所以相关问题应该紧凑列出。 回顾之前的对话历史: - 第一次用户问的是“spark-streaming”,我回答了Spark Streaming的基本概念和代码示例。 - 第二次用户问的是“Spark Streaming 如何与 Kafka 集成以实现数据摄入?”,我回答了基于Receiver和Direct方式,包括代码示例。 - 现在用户的问题是“如何手动管理 Kafka 偏移量实现 Exactly-Once 语义?”,这直接关联到我之前的回答中提到的内容。 关键点:手动管理Kafka偏移量实现Exactly-Once语义。这涉及到在Spark Streaming中处理偏移量来确保数据只被处理一次。 结构我的回答: - 先解释什么是手动管理偏移量。 - 描述如何实现Exactly-Once语义的步骤。 - 提供代码示例(使用Python,因为之前的示例都是Python)。 - 结束时输出“§§相关问题§§”和相关问题列表。 步骤实现Exactly-Once语义: 1. **手动控制偏移量提交**:禁止Kafka的自动提交,手动提交偏移量2. **原子性操作**:确保数据处理和偏移量提交在同一个事务中。 3. **使用checkpoint或外部存储**:存储偏移量到可靠的地方,如Kafka自身、数据库或Zookeeper。 4. **错误处理**:处理失败场景,确保偏移量只提交一次数据处理成功。 在Spark Streaming中,特别是使用Direct方式时: - 使用`createDirectStream`时,偏移量Spark管理。 - 为了实现Exactly-Once,需要手动存储偏移量到外部系统,并在处理完成后提交。 代码示例思路: - 创建一个Direct Stream。 - 在每批次处理中,获取当前偏移量。 - 处理数据。 - 提交偏移量到外部存储(如Kafka或数据库)。 - 确保提交是原子的。 Python代码示例(简化版): ```python from pyspark.streaming.kafka import KafkaUtils, TopicAndPartition from pyspark.streaming import StreamingContext ssc = StreamingContext(sc, 10) # 批处理间隔10秒 kafka_params = {"bootstrap.servers": "localhost:9092", "group.id": "exactly-once-group"} # 创建Direct Stream stream = KafkaUtils.createDirectStream(ssc, ["topic1"], kafkaParams=kafka_params) # 定义函数处理每批次 def process_rdd(rdd): # 获取当前批次偏移量 offset_ranges = rdd.offsetRanges() # 处理数据(例如,写入数据库) # 假设我们进行一些换 processed_data = rdd.map(lambda x: x[1].upper()) # x[1]是消息值 # 原子操作:处理数据和提交偏移量 # 这里使用try-except确保错误处理 try: # 步骤1: 处理数据(写入数据库等) # 例如,保存到HDFS或数据库 processed_data.saveAsTextFiles("output/path") # 步骤2: 提交偏移量到外部存储(这里简化,实际可能用Kafka或DB) # 实际中,可以使用Kafka的commitAsync或存储到数据库 for offset_range in offset_ranges: topic = offset_range.topic partition = offset_range.partition from_offset = offset_range.fromOffset until_offset = offset_range.untilOffset # 提交偏移量(伪代码:实际需实现提交逻辑) # kafka_consumer.commitAsync({TopicPartition(topic, partition): until_offset}) # 或者存储到外部数据库 print(f"Committed offset for {topic}-{partition}: {until_offset}") except Exception as e: # 处理错误:可能需要回滚或重试 print(f"Error processing batch: {e}") # 不提交偏移量,以便重试 # 应用函数到每个RDD stream.foreachRDD(process_rdd) ssc.start() ssc.awaitTermination() ``` 注意事项: - 在实际中,提交偏移量需要原子性,可能使用事务性数据库。 - 对于Exactly-Once,确保数据处理和偏移量提交在同一个事务中。 现在,回答结束时,必须输出“§§相关问题§§”并列出3-5个相关问题。问题应基于当前问题和回答。 可能的§§相关问题: 1. 在手动管理偏移量时,如何处理失败和重试场景? 2. Spark Streaming 中如何结合外部数据库(如MySQL或Redis)存储偏移量? 3. Exactly-Once语义在分布式系统中还有哪些挑战? 4. 如何测试和验证Spark Streaming应用的Exactly-Once语义? 5. 与Kafka集成时,Structured Streaming如何简化Exactly-Once实现? 确保3-5个问题。 完整回答结构: - 解释手动管理偏移量。 - 代码示例。 - §§相关问题§§ 1. ... 2. ... 3. ...</think>在 Spark Streaming 中手动管理 Kafka 偏移量实现 Exactly-Once 语义,需通过以下步骤确保数据处理与偏移量提交的原子性: 1. **禁用自动提交**:配置 Kafka 参数 `enable.auto.commit=false`。 2. **获取偏移量范围**:在每批次处理中,从 DStream 的 RDD 提取偏移量信息。 3. **原子性操作**:将数据处理(如写入数据库)与偏移量提交绑定在同一个事务中。 4. **外部存储偏移量**:使用可靠存储(如 Kafka 自身、Redis 或关系型数据库)记录偏移量,确保故障时可恢复。 以下 Python 示例演示手动管理偏移量的核心逻辑(使用 Direct 方式): ```python from pyspark.streaming.kafka import KafkaUtils, OffsetRange from pyspark.streaming import StreamingContext ssc = StreamingContext(sc, 5) # 5秒批处理间隔 # Kafka配置(禁用自动提交) kafka_params = { "bootstrap.servers": "kafka-server:9092", "group.id": "exactly-once-group", "enable.auto.commit": "false" } # 创建Direct Stream direct_stream = KafkaUtils.createDirectStream( ssc, topics=["topic1"], kafkaParams=kafka_params ) # 定义处理函数(模拟原子事务) def process_rdd(rdd): # 获取当前批次的偏移量范围 offset_ranges = rdd.offsetRanges() # 处理数据(例如写入HDFS或数据库) processed_data = rdd.map(lambda x: x[1].upper()) # x[1]为消息内容 processed_data.saveAsTextFiles("hdfs:///output/path") # 模拟写入 # 手动提交偏移量(原子操作) try: for offset_range in offset_ranges: topic = offset_range.topic partition = offset_range.partition end_offset = offset_range.untilOffset # 提交到外部存储(示例:Kafka,实际需实现事务逻辑) # 伪代码:kafka_consumer.commitAsync({TopicPartition(topic, partition): end_offset}) print(f"Committed offset: {topic}-{partition}@{end_offset}") except Exception as e: # 失败时回滚(不提交偏移量) print(f"Error: {e}. Offsets not committed.") # 应用处理函数 direct_stream.foreachRDD(process_rdd) ssc.start() ssc.awaitTermination() ``` **关键注意事项**: - **事务保障**:使用支持事务的存储系统(如 Kafka 事务 API 或数据库事务),确保数据写入偏移量提交同时成功或失败。 - **幂等性处理**:在数据处理层设计幂等操作,避免重复写入。 - **Checkpoint 辅助**:结合 Spark Streaming 的 `checkpoint` 机制存储偏移量状态。
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