java8下spark-streaming结合kafka编程（spark 2.3 kafka 0.10）

前面有说道spark-streaming的简单demo，也有说到kafka成功跑通的例子，这里就结合二者，也是常用的使用之一。

1.相关组件版本
首先确认版本，因为跟之前的版本有些不一样，所以才有必要记录下，另外仍然没有使用scala,使用java8,spark 2.0.0,kafka 0.10。

2.引入maven包
网上找了一些结合的例子，但是跟我当前版本不一样，所以根本就成功不了，所以探究了下，列出引入包。

<dependency>
<groupId>org.apache.spark</groupId>
<artifactId>spark-streaming-kafka-0-10_2.11</artifactId>
<version>2.3.1</version>
</dependency>

网上能找到的不带kafka版本号的包最新是1.6.3，我试过，已经无法在spark2下成功运行了，所以找到的是对应kafka0.10的版本，注意spark2.0的scala版本已经是2.11，所以包括之前必须后面跟2.11，表示scala版本。

3.SparkSteamingKafka类
需要注意的是引入的包路径是org.apache.spark.streaming.kafka010.xxx，所以这里把import也放进来了。其他直接看注释。

import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Map;

import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
import org.apache.kafka.common.TopicPartition;
import org.apache.spark.SparkConf;
import org.apache.spark.api.java.JavaSparkContext;
import org.apache.spark.streaming.Durations;
import org.apache.spark.streaming.api.java.JavaInputDStream;
import org.apache.spark.streaming.api.java.JavaPairDStream;
import org.apache.spark.streaming.api.java.JavaStreamingContext;
import org.apache.spark.streaming.kafka010.ConsumerStrategies;
import org.apache.spark.streaming.kafka010.KafkaUtils;
import org.apache.spark.streaming.kafka010.LocationStrategies;

import scala.Tuple2;

public class SparkSteamingKafka {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
String brokers = "master2:6667";
String topics = "topic1";
SparkConf conf = new SparkConf().setMaster("local[2]").setAppName("streaming word count");
JavaSparkContext sc = new JavaSparkContext(conf);
sc.setLogLevel("WARN");
JavaStreamingContext ssc = new JavaStreamingContext(sc, Durations.seconds(1));

Collection<String> topicsSet = new HashSet<>(Arrays.asList(topics.split(",")));
//kafka相关参数，必要！缺了会报错
Map<String, Object> kafkaParams = new HashMap<>();
kafkaParams.put("metadata.broker.list", brokers) ;
kafkaParams.put("bootstrap.servers", brokers);
kafkaParams.put("group.id", "group1");
kafkaParams.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
kafkaParams.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
kafkaParams.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
//Topic分区 也可以通过配置项实现
//如果没有初始化偏移量或者当前的偏移量不存在任何服务器上，可以使用这个配置属性
//earliest 当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，从头开始消费
//latest 当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，消费新产生的该分区下的数据
//none topic各分区都存在已提交的offset时，从offset后开始消费；只要有一个分区不存在已提交的offset，则抛出异常
//kafkaParams.put("auto.offset.reset", "latest");
//kafkaParams.put("enable.auto.commit",false);

new HashMap<>();
offsets.put(new TopicPartition("topic1", 0), 2L);
//通过KafkaUtils.createDirectStream(...)获得kafka数据，kafka相关参数由kafkaParams指定
JavaInputDStream<ConsumerRecord<Object,Object>> lines = KafkaUtils.createDirectStream(
ssc,
LocationStrategies.PreferConsistent(),
ConsumerStrategies.Subscribe(topicsSet, kafkaParams, offsets)
);
//这里就跟之前的demo一样了，只是需要注意这边的lines里的参数本身是个ConsumerRecord对象
JavaPairDStream<String, Integer> counts =
lines.flatMap(x -> Arrays.asList(x.value().toString().split(" ")).iterator())
.mapToPair(x -> new Tuple2<String, Integer>(x, 1))
.reduceByKey((x, y) -> x + y);
counts.print();
// 可以打印所有信息，看下ConsumerRecord的结构
// lines.foreachRDD(rdd -> {
// rdd.foreach(x -> {
// System.out.println(x);
// });
// });
ssc.start();
ssc.awaitTermination();
ssc.close();
}
}

4.运行测试
这里使用上一篇kafka初探里写的producer类，put数据到kafka服务端，我这是master2节点上部署的kafka，本地测试跑spark2。

UserKafkaProducer producerThread = new UserKafkaProducer(KafkaProperties.topic);
producerThread.start();

再运行3里的SparkSteamingKafka类，可以看到已经成功。

SparkStreaming 数据处理
根据需要，将流式数据与Hive中的静态数据关联，结果通过Elasticsearch For Hadoop导出到ES集群中。

如果静态数据需要定时更新，可以在创建数据流后，在foreachRDD逻辑中，根据实际情况定期更新静态数据。

调优
由于个人经验较少，处理的数据量不大，以下内容大多是纸上谈兵，仅供参考。

合理的批处理时间（batchDuration）
几乎所有的Spark Streaming调优文档都会提及批处理时间的调整，在StreamingContext初始化的时候，有一个参数便是批处理时间的设定。
如果这个值设置的过短，即个batchDuration所产生的Job并不能在这期间完成处理，那么就会造成数据不断堆积，最终导致Spark Streaming发生阻塞。
一般对于batchDuration的设置不会小于500ms，因为过小会导致SparkStreaming频繁的提交作业，对整个streaming造成额外的负担。
在平时的应用中，根据不同的应用场景和硬件配置，我设在1~10s之间，我们可以根据SparkStreaming的可视化监控界面，观察Total Delay来进行batchDuration的调整，直达SparkStreaming刚刚能及时处理完上一个批处理的数据，这样就是目前情况的最优值。

合理的Kafka拉取量（maxRatePerPartition重要）
spark.streaming.kafka.maxRatePerPartition参数配置指定了每秒每一个topic的每一个分区获取的最大消息数。

对于Spark Streaming消费kafka中数据的应用场景，这个配置是非常关键的。这个参数默认是没有上限的，即kafka当中有多少数据它就会直接全部拉出。而根据生产者写入Kafka的速率以及消费者本身处理数据的速度，同时这个参数需要结合上面的batchDuration，使得每个partition拉取在每个batchDuration期间拉取的数据能够顺利的处理完毕，做到尽可能高的吞吐量，而这个参数的调整可以参考可视化监控界面中的Input Rate和Processing Time。

缓存反复使用的Dstream（RDD）
Spark中的RDD和SparkStreaming中的Dstream，如果被反复的使用，最好利用cache()，将该数据流缓存起来，防止过度的调度资源造成的网络开销。可以参考观察Scheduling Delay参数。

设置合理的GC
长期使用Java的小伙伴都知道，JVM中的垃圾回收机制，可以让我们不过多的关注与内存的分配回收，更加专注于业务逻辑，JVM都会为我们搞定。对JVM有些了解的小伙伴应该知道，在Java虚拟机中，将内存分为了初生代（eden generation）、年轻代（young generation）、老年代（old generation）以及永久代（permanent generation），其中每次GC都是需要耗费一定时间的，尤其是老年代的GC回收，需要对内存碎片进行整理，通常采用标记-清楚的做法。同样的在Spark程序中，JVM GC的频率和时间也是影响整个Spark效率的关键因素。在通常的使用中建议：

设置年老代为并发收集。
--conf "spark.executor.extraJavaOptions=-XX:+UseConcMarkSweepGC"
设置合理的CPU资源数
CPU的core数量，每个executor可以占用一个或多个core，可以通过观察CPU的使用率变化来了解计算资源的使用情况，例如，很常见的一种浪费是一个executor占用了多个core，但是总的CPU使用率却不高（因为一个executor并不总能充分利用多核的能力），这个时候可以考虑让么个executor占用更少的core，同时worker下面增加更多的executor，或者一台host上面增加更多的worker来增加并行执行的executor的数量，从而增加CPU利用率。

但是增加executor的时候需要考虑好内存消耗，因为一台机器的内存分配给越多的executor，每个executor的内存就越小，以致出现过多的数据spill over甚至out of memory的情况。

设置合理的parallelism
partition和parallelism，partition指的就是数据分片的数量，每一次task只能处理一个partition的数据，这个值太小了会导致每片数据量太大，导致内存压力，或者诸多executor的计算能力无法利用充分；但是如果太大了则会导致分片太多，执行效率降低。在执行action类型操作的时候（比如各种reduce操作），partition的数量会选择parent RDD中最大的那一个。而parallelism则指的是在RDD进行reduce类操作的时候，默认返回数据的paritition数量（而在进行map类操作的时候，partition数量通常取自parent RDD中较大的一个，而且也不会涉及shuffle，因此这个parallelism的参数没有影响）。所以说，这两个概念密切相关，都是涉及到数据分片的，作用方式其实是统一的。通过spark.default.parallelism可以设置默认的分片数量，而很多RDD的操作都可以指定一个partition参数来显式控制具体的分片数量。 在SparkStreaming+kafka的使用中，我们采用了Direct连接方式，前文阐述过Spark中的partition和Kafka中的Partition是一一对应的，我们一般默认设置为Kafka中Partition的数量。

使用高性能的算子
这里参考了美团技术团队的博文，并没有做过具体的性能测试，其建议如下：

使用reduceByKey/aggregateByKey替代groupByKey

使用mapPartitions替代普通map

使用foreachPartitions替代foreach

使用filter之后进行coalesce操作

使用repartitionAndSortWithinPartitions替代repartition与sort类操作

使用Kryo优化序列化性能 这个优化原则我本身也没有经过测试，但是好多优化文档有提到，这里也记录下来。 在Spark中，主要有三个地方涉及到了序列化：

在算子函数中使用到外部变量时，该变量会被序列化后进行网络传输。

将自定义的类型作为RDD的泛型类型时（比如JavaRDD，Student是自定义类型），所有自定义类型对象，都会进行序列化。因此这种情况下，也要求自定义的类必须实现Serializable接口。

使用可序列化的持久化策略时（比如MEMORY_ONLY_SER），Spark会将RDD中的每个partition都序列化成一个大的字节数组。

对于这三种出现序列化的地方，我们都可以通过使用Kryo序列化类库，来优化序列化和反序列化的性能。Spark默认使用的是Java的序列化机制，也就是ObjectOutputStream/ObjectInputStream API来进行序列化和反序列化。但是Spark同时支持使用Kryo序列化库，Kryo序列化类库的性能比Java序列化类库的性能要高很多。
官方介绍，Kryo序列化机制比Java序列化机制，性能高10倍左右。Spark之所以默认没有使用Kryo作为序列化类库，是因为Kryo要求最好要注册所有需要进行序列化的自定义类型，因此对于开发者来说，这种方式比较麻烦。

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