Storm在批处理和事务方面的机制分析

来源:互联网 发布:mac os 10.12 安装 编辑:程序博客网 时间:2024/03/29 16:52

1、storm事务性topology的提出

对于容错机制,Storm通过一个系统级别的组件acker,结合xor校验机制判断一个msg是否发送成功,进而spout可以重发该msg,保证一个msg在出错的情况下至少被重发一次。但是在一些事务性要求比较高的场景中,需要保障一次只有一次的语义,比如需要精确统计tuple的数量等等。Storm 0.7.0引入了Transactional Topology, 它可以保证每个tuple”被且仅被处理一次”, 这样你就可以实现一种非常准确,非常可扩展,并且高度容错方式来实现计数类应用。

2、API介绍

IBatchBolt有三个方法

execute(Tuple tuple)

finishBatch()

prepare (java.util.Map conf, TopologyContext context, BatchOutputCollector collector,T id)

ITransactionalSpout有以下几个主要方法:

ITransactionalSpout.Coordinator<T> getCoordinator(java.util.Map conf,

                                                 TopologyContext context)

ITransactionalSpout.Emitter<T> getEmitter(java.util.Map conf,

                                          TopologyContext context)

3、事务机制原理分析

1) 对于一次只有一次的语义,从原理上来讲,需要在发送tuple的时候带上xid,在需要事务处理的时候,根据该xid是否以前已经处理成功来决定是否进行处理,当然需要把xid和处理结果一起做保存。并且需要保障顺序性,在当前请求xid提交前,所有比自己低xid请求都已经提交。

在事务处理时单个处理tuple效率比较低,因此storm中引入batch处理,一批tuple赋予一个xid,为了提高batch之间处理的并行度,storm采用了pipeline 处理的模型。参见下图pipeline模型,多个事务可以并行执行,但是commit的是严格按照顺序的。

对应到storm中的具体实现中,把一个batch的计算分成了两个阶段processing和commit阶段:

Processing阶段:多个batch可以并行计算,上面例子中bolt2是普通的batchbolt(实现BaseBatchBolt),那么多个batch在bolt2的task之间可以并行执行,比如对batch3和batch4并行执行execute或finishbatch(什么时候调用该操作,后面会介绍)方法。

Commiting阶段:batch之间强制按照顺序进行提交,上图中Bolt3实现BaseBatchBolt并且标记需要事务处理的(实现了ICommitter接口或者通过TransactionalTopologyBuilder的setCommitterBolt方法把BatchBolt添加到topology里面),那么在Storm认为可以提交(至于什么时候可以提交,后面会介绍)batch的时候调用finishbatch,在finishBatch做xid的比较以及状态保存工作。例子中batch2必须等待batch1提交后,才可以进行提交。

Storm事务性的拓扑看起来比较复杂,需要对batch的commit进行管理,错误的发现,batch的发射以及处理等等,其内部实现完全基于storm的相关底层操作进行抽象。

当使用Transactional Topologies的时候, storm为你做下面这些事情:

  • 管理状态: Storm把所有实现Transactional Topologies所必须的状态保存在zookeeper里面。 这包括当前transaction id以及定义每个batch的一些元数据。
  • 协调事务: Storm帮你管理所有事情, 以帮你决定在任何一个时间点是该proccessing还是该committing。
  • 错误检测: Storm利用acking框架来高效地检测什么时候一个batch被成功处理了,被成功提交了,或者失败了。Storm然后会相应地replay对应的batch。你不需要自己手动做任何acking或者anchoring — storm帮你搞定所有事情。
  • 内置的批处理API: Storm在普通bolt之上包装了一层API来提供对tuple的批处理支持。Storm管理所有的协调工作,包括决定什么时候一个bolt接收到一个特定transaction的所有tuple。Storm同时也会自动清理每个transaction所产生的中间数据。
  • 最后,需要注意的一点是Transactional Topologies需要一个可以完全重发(replay)一个特定batch的消息的队列系统(Message Queue)。storm-contrib里面的storm-kafka实现了这个。

事务性topology从实现上来讲,包括事务性的spout,以及事务性的bolt。

2) 事务性的spout需要实现ITransactionalSpout,这个接口包含两个内部类Coordinator和Emitter。在topology运行的时候,事务性的spout内部包含一个子的topology,类似下面这个结构:

其中coordinator是spout,emitter是bolt。

这里面有两种类型的tuple,一种是事务性的tuple,一种是真实batch中的tuple;

coordinator为事务性batch发射tuple,Emitter负责为每个batch实际发射tuple。

具体如下:

  • coordinator只有一个,emitter根据并行度可以有多个实例
  • emitter以all grouping(广播)的方式订阅coordinator的”batch emit”流
  • coordinator (其实是是一个内部的spout)开启一个事务准备发射一个batch时候,进入一个事务的processing阶段,会发射一个事务性tuple(transactionAttempt & metadata)到”batch emit”流

        *****说明******

       TransactionalTopology里发送的tuple都必须以TransactionAttempt作为第一个field,storm根据这个field来判断tuple属于哪一个batch。

       TransactionAttempt包含两个值:一个transaction id,一个attempt id。transaction id的作用就是我们上面介绍的对于每个batch中的tuple是唯一的

       ,而且不管这个batch    replay多少次都是一样的。attempt id是对于每个batch唯一的一个id, 但是对于同一个batch,它replay之后的attempt id跟replay之前就不一样了,

       我们可以把attempt id理解成replay-times, storm利用这个id来区别一个batch发射的tuple的不同版本

        metadata(元数据)中包含当前事务可以从哪个point进行重放数据,存放在zookeeper中的,spout可以通过Kryo从zookeeper中序列化和反序列化该元数据。

       **************

  • Emiter接收到这个tuble后,会进行batch tuple的发送
  • Storm通过anchoring/acking机制来检测事务是否已经完成了processing 阶段;
  • Processing阶段完成后,并且之前的transactions都已经提交了,coordinator发射一个tuble到” commit”流,进入commit阶段。
  • commiting bolts通过all grouping方式订阅该”commit”流,事务提交后,coordinator同样通过anchoring/acking机制确认已经完成了commit阶段,接收到ack后,在zookeeper上把该transaction标记为完成。
3) 事务性的Bolt继承BaseTransactionalBolt,处理batch在一起的tuples,对于每一个tuple调用调用execute方法,而在整个batch处理(processing)完成的时候调用finishBatch方法。如果BatchBolt被标记成Committer,则只能在commit阶段调用finishBolt方法。一个batch的commit阶 段由storm保证只在前一个batch成功提交之后才会执行。并且它会重试直到topology里面的所有bolt在commit完成提交。那么如何知道batch的processing完成了,也就是bolt是否接收处理了batch里面所有的tuple;在bolt内部,有一个CoordinatedBolt的模型。

CoordinateBolt具体原理如下:

CoordinateBolt具体原理如下:

  • 真正执行计算的bolt外面封装了一个CoordinateBolt。真正执行任务的bolt我们称为real bolt。
  • 每个CoordinateBolt记录两个值:有哪些task给我发送了tuple(根据topology的grouping信息);我要给哪些tuple发送信息(同样根据groping信息)
  •  Real bolt发出一个tuple后,其外层的CoordinateBolt会记录下这个tuple发送给哪个task了。
  • 等所有的tuple都发送完了之后,CoordinateBolt通过另外一个特殊的stream以emitDirect的方式告诉所有它发送过 tuple的task,它发送了多少tuple给这个task。下游task会将这个数字和自己已经接收到的tuple数量做对比,如果相等,则说明处理 完了所有的tuple。
  • 下游CoordinateBolt会重复上面的步骤,通知其下游。

事务性的拓扑在storm中的一个应用是Trident,它是在storm的原语和事务性的基础上做更高层次的抽象,做到一致性和恰好一次的语义,后续章节会对trident做分析。


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