Spark+Kafka构建实时分析Dashboard案例——步骤三:Spark Streaming实时处理数据(python版本)

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该版本是原先教程的python版本。

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《Spark+Kafka构建实时分析Dashboard案例——步骤三:Spark Streaming实时处理数据(python版本)》

开发团队:厦门大学数据库实验室 联系人:林子雨老师ziyulin@xmu.edu.cn

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本教程介绍大数据课程实验案例“Spark+Kafka构建实时分析Dashboard”的第三个步骤,Spark Streaming实时处理数据。在本篇博客中,将介绍如何利用Spark Streaming实时接收处理Kafka数据以及将处理后的结果发给的Kafka。

所需知识储备

会使用python编写Spark Streaming程序,Kafka原理。

训练技能

编写Spark Streaming程序,熟悉pySpark操作Kafka。

任务清单

  1. Spark Streaming实时处理Kafka数据;
  2. 将处理后的结果发送给Kafka;

编程思想

本案例在于实时统计每秒中男女生购物人数,而Spark Streaming接收的数据为1,1,0,2…,其中0代表女性,1代表男性,所以对于2或者null值,则不考虑。其实通过分析,可以发现这个就是典型的wordcount问题,而且是基于Spark流计算。女生的数量,即为0的个数,男生的数量,即为1的个数。

因此利用Spark Streaming接口reduceByKeyAndWindow,设置窗口大小为1,滑动步长为1,这样统计出的0和1的个数即为每秒男生女生的人数。

编程实现

配置Spark开发Kafka环境

kafka的安装可以参考Kafka的安装和简单实例测试。如果之前没有学习过Spark和Kafka的组合使用方法,建议先阅读厦门大学数据库实验室博客文章《Spark2.1.0入门:Apache Kafka作为DStream数据源》。下面主要介绍配置Spark开发Kafka环境。首先点击下载spark-streaming-kafka,下载Spark连接Kafka的代码库。然后把下载的代码库放到目录/usr/local/spark/jars目录下,命令如下:

sudo mv ~/下载/spark-streaming-kafka-0-8_2.11-2.1.0.jar /usr/local/spark/jars

然后在/usr/local/spark/jars目录下新建kafka目录,把/usr/local/kafka/libs下所有函数库复制到/usr/local/spark/jars/kafka目录下,命令如下

cd /usr/local/spark/jars
mkdir kafka
cd kafka
cp /usr/local/kafka/libs/* .

然后,修改 Spark 配置文件,命令如下

cd /usr/local/spark/conf
sudo vim spark-env.sh

把 Kafka 相关 jar 包的路径信息增加到 spark-env.sh,修改后的 spark-env.sh 类似如下:

export SPARK_DIST_CLASSPATH=$(/usr/local/hadoop/bin/hadoopclasspath):/usr/local/spark/jars/kafka/*:/usr/local/kafka/libs/*

因为我使用的python3版本,而spark默认使用的是python2,所以介绍一下,怎么为spark设置python环境。
要改两个地方,一个是conf目录下的spark_env.sh:在这个文件的开头添加:

export PYSPARK_PYTHON=/usr/bin/python3.6

这里的python3.6是我本地的使用版本,读者在自己实验的时候,要找到你自己本地的版本,这个是一个有点类似exe的一个文件。正常来说,python3的版本对于本实验都可以运行。
第二个地方要修改,/usr/local/spark/bin/pyspark这个文件。参照以下修改这个地方:

# Determine the Python executable to use for the executors:
if [[ -z "$PYSPARK_PYTHON" ]]; then
  if [[ $PYSPARK_DRIVER_PYTHON == *ipython* && ! $WORKS_WITH_IPYTHON ]]; then
    echo "IPython requires Python 2.7+; please install python2.7 or set PYSPARK_PYTHON" 1>&2
    exit 1
  else
    PYSPARK_PYTHON=python
  fi
fi
export PYSPARK_PYTHON

把上面的 PYSPARK_PYTHON=python改成 PYSPARK_PYTHON=python3.6。
这样子就是使用本地的python3.6环境了。这时候,我们可能会用到一些模块,需要安装:
比如kafka,如果后续运行程序时候还出现缺少模块的,请继续参照kafka安装:

sudo pip3 install kafka

执行上述步骤之后,Spark开发Kafka环境即已配置好,下面介绍如何编码实现。

建立pySpark项目

首先在/usr/local/spark/mycode新建项目目录

cd /usr/local/spark/mycode
mkdir kafka

然后在kafka这个目录下创建一个kafka_test.py文件。

from kafka import KafkaProducer
from pyspark.streaming import StreamingContext
from pyspark.streaming.kafka import KafkaUtils
from pyspark import SparkConf, SparkContext
import json
import sys


def KafkaWordCount(zkQuorum, group, topics, numThreads):
    spark_conf = SparkConf().setAppName("KafkaWordCount")
    sc = SparkContext(conf=spark_conf)
    sc.setLogLevel("ERROR")
    ssc = StreamingContext(sc, 1)
    ssc.checkpoint(".")
    # 这里表示把检查点文件写入分布式文件系统HDFS,所以要启动Hadoop
    # ssc.checkpoint(".")
    topicAry = topics.split(",")
        # 将topic转换为hashmap形式,而python中字典就是一种hashmap
    topicMap = {}
    for topic in topicAry:
        topicMap[topic] = numThreads
    lines = KafkaUtils.createStream(ssc, zkQuorum, group, topicMap).map(lambda x : x[1])
    words = lines.flatMap(lambda x : x.split(" "))
    wordcount = words.map(lambda x : (x, 1)).reduceByKeyAndWindow((lambda x,y : x+y), (lambda x,y : x-y), 1, 1, 1)
    wordcount.foreachRDD(lambda x : sendmsg(x))
    ssc.start()
    ssc.awaitTermination()


# 格式转化,将[["1", 3], ["0", 4], ["2", 3]]变为[{'1': 3}, {'0': 4}, {'2': 3}],这样就不用修改第四个教程的代码了
def Get_dic(rdd_list):
    res = []
    for elm in rdd_list:
        tmp = {elm[0]: elm[1]}
        res.append(tmp)
    return json.dumps(res)


def sendmsg(rdd):
    if rdd.count != 0:
        msg = Get_dic(rdd.collect())
        # 实例化一个KafkaProducer示例,用于向Kafka投递消息
        producer = KafkaProducer(bootstrap_servers='localhost:9092')
        producer.send("result", msg.encode('utf8'))
        # 很重要,不然不会更新
        producer.flush()


if __name__ == '__main__':
    # 输入的四个参数分别代表着
    # 1.zkQuorum为zookeeper地址
    # 2.group为消费者所在的组
    # 3.topics该消费者所消费的topics
    # 4.numThreads开启消费topic线程的个数
    if (len(sys.argv) < 5):
        print("Usage: KafkaWordCount <zkQuorum> <group> <topics> <numThreads>")
        exit(1)
    zkQuorum = sys.argv[1]
    group = sys.argv[2]
    topics = sys.argv[3]
    numThreads = int(sys.argv[4])
    print(group, topics)
    KafkaWordCount(zkQuorum, group, topics, numThreads)

上述代码注释已经也很清楚了,下面在简要说明下:
1. 首先按每秒的频率读取Kafka消息;
2. 然后对每秒的数据执行wordcount算法,统计出0的个数,1的个数,2的个数;
3. 最后将上述结果封装成json发送给Kafka。

另外,需要注意,上面代码中有一行如下代码:

ssc.checkpoint(".") 

这行代码表示把检查点文件写入分布式文件系统HDFS,所以一定要事先启动Hadoop。如果没有启动Hadoop,则后面运行时会出现“拒绝连接”的错误提示。如果你还没有启动Hadoop,则可以现在在Ubuntu终端中,使用如下Shell命令启动Hadoop:

cd /usr/local/hadoop  #这是hadoop的安装目录
./sbin/start-dfs.sh

另外,如果不想把检查点写入HDFS,而是直接把检查点写入本地磁盘文件(这样就不用启动Hadoop),则可以对ssc.checkpoint()方法中的文件路径进行指定,比如下面这个例子:

ssc.checkpoint("file:///usr/local/spark/mycode/kafka/checkpoint")

运行项目

编写好程序之后,接下来编写运行脚本,在/usr/local/spark/mycode/kafka目录下新建startup.sh文件,输入如下内容:

/usr/local/spark/bin/spark-submit /usr/local/spark/mycode/kafka/kafka_test.py 127.0.0.1:2181 1 sex 1

其中最后四个为输入参数,含义如下
1. 127.0.0.1:2181为Zookeeper地址
2. 1 为consumer group标签
3. sex为消费者接收的topic
4. 1 为消费者线程数

最后在/usr/local/spark/mycode/kafka目录下,运行如下命令即可执行刚编写好的Spark Streaming程序

sh startup.sh

程序运行成功之后,下面通过步骤二的KafkaProducer和KafkaConsumer来检测程序。

测试程序

下面开启之前编写的KafkaProducer投递消息,然后将KafkaConsumer中接收的topic改为result,验证是否能接收topic为result的消息,更改之后的KafkaConsumer为

from kafka import KafkaConsumer

consumer = KafkaConsumer('result')
for msg in consumer:
    print((msg.value).decode('utf8'))

在同时开启Spark Streaming项目,KafkaProducer以及KafkaConsumer之后,可以在KafkaConsumer运行窗口看到如下输出:

到此为止,Spark Streaming程序编写完成,下篇文章将分析如何处理得到的最终结果。

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