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Spark源码系列（八）Spark Streaming实例分析
这一章要讲Spark Streaming，讲之前首先回顾下它的用法，具体用法请参照《Spark Streaming编程指南》。
Example代码分析
val ssc = new StreamingContext(sparkConf, Seconds(1));// 获得一个DStream负责连接 监听端口:地址val lines = ssc.socketTextStream(serverIP, serverPort);// 对每一行数据执行Split操作val words = lines.flatMap(_.split(" "));// 统计word的数量val pairs = words.map(word => (word, 1));val wordCounts = pairs.reduceByKey(_ + _);// 输出结果wordCounts.print();ssc.start(); // 开始ssc.awaitTermination(); // 计算完毕退出
1、首先实例化一个StreamingContext
2、调用StreamingContext的socketTextStream
3、对获得的DStream进行处理
4、调用StreamingContext是start方法，然后等待
我们看StreamingContext的socketTextStream方法吧。
def socketTextStream( hostname: String, port: Int, storageLevel: StorageLevel = StorageLevel.MEMORY_AND_DISK_SER_2 ): ReceiverInputDStream[String] = { socketStream[String](hostname, port, SocketReceiver.bytesToLines, storageLevel) }
1、StoageLevel是StorageLevel.MEMORY_AND_DISK_SER_2
2、使用SocketReceiver的bytesToLines把输入流转换成可遍历的数据
继续看socketStream方法，它直接new了一个
new SocketInputDStream[T](this, hostname, port, converter, storageLevel)
继续深入挖掘SocketInputDStream，追述一下它的继承关系，SocketInputDStream>>ReceiverInputDStream>>InputDStream>>DStream。
具体实现ReceiverInputDStream的类有好几个，基本上都是从网络端来数据的。
它实现了ReceiverInputDStream的getReceiver方法，实例化了一个SocketReceiver来接收数据。
SocketReceiver的onStart方法里面调用了receive方法，处理代码如下：
socket = new Socket(host, port) val iterator = bytesToObjects(socket.getInputStream()) while(!isStopped && iterator.hasNext) { store(iterator.next) }
1、new了一个Socket来结束数据，用bytesToLines方法把InputStream转换成一行一行的字符串。
2、把每一行数据用store方法保存起来，store方法是从SocketReceiver的父类Receiver继承而来，内部实现是:
def store(dataItem: T) { executor.pushSingle(dataItem) }executor是ReceiverSupervisor类型，Receiver的操作都是由它来处理。这里先不深纠，后面我们再说这个pushSingle的实现。
到这里我们知道lines的类型是SocketInputDStream，然后对它是一顿的转换，flatMap、map、reduceByKey、print，这些方法都不是RDD的那种方法，而是DStream独有的。
讲到上面这几个方法，我们开始转入DStream了，flatMap、map、reduceByKey、print方法都涉及到DStream的转换，这和RDD的转换是类似的。我们讲一下reduceByKey和print。
reduceByKey方法和RDD一样，调用的combineByKey方法实现的，不一样的是它直接new了一个ShuffledDStream了，我们接着看一下它的实现吧。
override def compute(validTime: Time): Option[RDD[(K,C)]] = { parent.getOrCompute(validTime) match { case Some(rdd) => Some(rdd.combineByKey[C](createCombiner, mergeValue, mergeCombiner, partitioner, mapSideCombine)) case None => None } }
在compute阶段，对通过Time获得的rdd进行reduceByKey操作。接下来的print方法也是一个转换：
new ForEachDStream(this, context.sparkContext.clean(foreachFunc)).register()
打印前十个，超过10个打印"..."。需要注意register方法。
ssc.graph.addOutputStream(this)它会把代码插入到当前的DStream添加到outputStreams里面，后面输出的时候如果没有outputStream就不会有输出，这个需要记住哦！
启动过程分析
前戏结束之后，ssc.start() 高潮开始了。 start方法很小，最核心的一句是JobScheduler的start方法。我们得转到JobScheduler方法上面去。
下面是start方法的代码：
def start(): Unit = synchronized {
// 接受到JobSchedulerEvent就处理事件 eventActor = ssc.env.actorSystem.actorOf(Props(new Actor { def receive = { case event: JobSchedulerEvent => processEvent(event) } }), "JobScheduler") listenerBus.start() receiverTracker = new ReceiverTracker(ssc) receiverTracker.start() jobGenerator.start() }
1、启动了一个Actor来处理JobScheduler的JobStarted、JobCompleted、ErrorReported事件。
2、启动StreamingListenerBus作为监听器。
3、启动ReceiverTracker。
4、启动JobGenerator。
我们接下来看看ReceiverTracker的start方法。
def start() = synchronized {if (!receiverInputStreams.isEmpty) { actor = ssc.env.actorSystem.actorOf(Props(new ReceiverTrackerActor), "ReceiverTracker") receiverExecutor.start() } }
1、首先判断了一下receiverInputStreams不能为空，那receiverInputStreams是怎么时候写入值的呢？答案在SocketInputDStream的父类InputDStream当中，当实例化InputDStream的时候会在DStreamGraph里面添加InputStream。
abstract class InputDStream[T: ClassTag] (@transient ssc_ : StreamingContext) extends DStream[T](ssc_) { ssc.graph.addInputStream(this) //....}
2、实例化ReceiverTrackerActor，它负责RegisterReceiver（注册Receiver）、AddBlock、ReportError(报告错误)、DeregisterReceiver（注销Receiver）等事件的处理。
3、启动receiverExecutor（实际类是ReceiverLauncher，这名字起得。。），它主要负责启动Receiver，start方法里面调用了startReceivers方法吧。
private def startReceivers() { // 对应着上面的那个例子，getReceiver方法获得是SocketReceiver val receivers = receiverInputStreams.map(nis => { val rcvr = nis.getReceiver() rcvr.setReceiverId(nis.id) rcvr }) // 查看是否所有的receivers都有优先选择机器，这个需要重写Receiver的preferredLocation方法，目前只有FlumeReceiver重写了 val hasLocationPreferences = receivers.map(_.preferredLocation.isDefined).reduce(_ && _) // 创建一个并行receiver集合的RDD, 把它们分散到各个worker节点上 val tempRDD = if (hasLocationPreferences) { val receiversWithPreferences = receivers.map(r => (r, Seq(r.preferredLocation.get))) ssc.sc.makeRDD[Receiver[_]](receiversWithPreferences) } else { ssc.sc.makeRDD(receivers, receivers.size) } // 在worker节点上启动Receiver的方法，遍历所有Receiver，然后启动 val startReceiver = (iterator: Iterator[Receiver[_]]) => { if (!iterator.hasNext) { throw new SparkException("Could not start receiver as object not found.") } val receiver = iterator.next() val executor = new ReceiverSupervisorImpl(receiver, SparkEnv.get) executor.start() executor.awaitTermination() } // 运行这个重复的作业来确保所有的slave都已经注册了，避免所有的receivers都到一个节点上 if (!ssc.sparkContext.isLocal) { ssc.sparkContext.makeRDD(1 to 50, 50).map(x => (x, 1)).reduceByKey(_ + _, 20).collect() } // 把receivers分发出去，启动 ssc.sparkContext.runJob(tempRDD, startReceiver) }
1、遍历receiverInputStreams获取所有的Receiver。
2、查看这些Receiver是否全都有优先选择机器。
3、把SparkContext的makeRDD方法把所有Receiver包装到ParallelCollectionRDD里面，并行度是Receiver的数量。
4、发个小任务给确保所有的slave节点都已经注册了（这个小任务有点儿莫名其妙，感觉怪怪的）。
5、提交作业，启动所有Receiver。
Spark写得实在是太巧妙了，居然可以把Receiver包装在RDD里面，当做是数据来处理！
启动Receiver的时候，new了一个ReceiverSupervisorImpl，然后调的start方法，主要干了这么三件事情，代码就不贴了。
1、启动BlockGenerator。
2、调用Receiver的OnStart方法，开始接受数据，并把数据写入到ReceiverSupervisor。
3、调用onReceiverStart方法，发送RegisterReceiver消息给driver报告自己启动了。
保存接收到的数据
ok，到了这里，重点落到了BlockGenerator。前面说到SocketReceiver把接受到的数据调用ReceiverSupervisor的pushSingle方法保存。
// 这是ReceiverSupervisorImpl的方法
def pushSingle(data: Any) { blockGenerator += (data) } // 这是BlockGenerator的方法 def += (data: Any): Unit = synchronized { currentBuffer += data }
我们看一下它的start方法吧。
def start() { blockIntervalTimer.start() blockPushingThread.start() }它启动了一个定时器RecurringTimer和一个线程执行keepPushingBlocks方法。
先看RecurringTimer的实现：
while (!stopped) { clock.waitTillTime(nextTime) callback(nextTime) prevTime = nextTime nextTime += period }
每隔一段时间就执行callback函数，callback函数是new的时候传进来的，是BlockGenerator的updateCurrentBuffer方法。
private def updateCurrentBuffer(time: Long): Unit = synchronized { try { val newBlockBuffer = currentBuffer currentBuffer = new ArrayBuffer[Any] if (newBlockBuffer.size > 0) { val blockId = StreamBlockId(receiverId, time - blockInterval) val newBlock = new Block(blockId, newBlockBuffer) blocksForPushing.put(newBlock)
} } catch {case t: Throwable => reportError("Error in block updating thread", t) } }
它new了一个Block出来，然后添加到blocksForPushing这个ArrayBlockingQueue队列当中。
提到这里，有两个参数需要大家注意的：
spark.streaming.blockInterval 默认值是200spark.streaming.blockQueueSize 默认值是10这是前面提到的间隔时间和队列的长度，间隔时间默认是200毫秒，队列是最多能容纳10个Block，多了就要阻塞了。
我们接下来看一下BlockGenerator另外启动的那个线程执行的keepPushingBlocks方法到底在干什么？
private def keepPushingBlocks() {
while(!stopped) { Option(blocksForPushing.poll(100, TimeUnit.MILLISECONDS)) match { case Some(block) => pushBlock(block) case None => } }
// ...退出之前把剩下的也输出去了 }
它在把blocksForPushing中的block不停的拿出来，调用pushBlock方法，这个方法属于在实例化BlockGenerator的时候，从ReceiverSupervisorImpl传进来的BlockGeneratorListener的。
private val blockGenerator = new BlockGenerator(new BlockGeneratorListener { def one rror(message: String, throwable: Throwable) { reportError(message, throwable) } def onPushBlock(blockId: StreamBlockId, arrayBuffer: ArrayBuffer[_]) { pushArrayBuffer(arrayBuffer, None, Some(blockId)) } }, streamId, env.conf)
1、reportError，通过actor向driver发送错误报告消息ReportError。
2、调用pushArrayBuffer保存数据。
下面是pushArrayBuffer方法：
def pushArrayBuffer(arrayBuffer: ArrayBuffer[_], optionalMetadata: Option[Any], optionalBlockId: Option[StreamBlockId] ) { val blockId = optionalBlockId.getOrElse(nextBlockId) val time = System.currentTimeMillis blockManager.put(blockId, arrayBuffer.asInstanceOf[ArrayBuffer[Any]], storageLevel, tellMaster = true) reportPushedBlock(blockId, arrayBuffer.size, optionalMetadata) }
1、把Block保存到BlockManager当中，序列化方式为之前提到的StorageLevel.MEMORY_AND_DISK_SER_2（内存不够就写入到硬盘，并且在2个节点上保存的方式）。
2、调用reportPushedBlock给driver发送AddBlock消息，报告新添加的Block，ReceiverTracker收到消息之后更新内部的receivedBlockInfo映射关系。
处理接收到的数据
前面只讲了数据的接收和保存，那数据是怎么处理的呢？
之前一直讲ReceiverTracker，而忽略了之前的JobScheduler的start方法里面最后启动的JobGenerator。
def start(): Unit = synchronized { eventActor = ssc.env.actorSystem.actorOf(Props(new Actor { def receive = { case event: JobGeneratorEvent => processEvent(event) } }), "JobGenerator") if (ssc.isCheckpointPresent) { restart() } else { startFirstTime() } }
1、启动一个actor处理JobGeneratorEvent事件。
2、如果是已经有CheckPoint了，就接着上次的记录进行处理，否则就是第一次启动。
我们先看startFirstTime吧，CheckPoint以后再说吧，有点儿小复杂。
private def startFirstTime() { val startTime = new Time(timer.getStartTime()) graph.start(startTime - graph.batchDuration) timer.start(startTime.milliseconds) }
1、timer.getStartTime计算出来下一个周期的到期时间，计算公式：(math.floor(clock.currentTime.toDouble / period) + 1).toLong * period，以当前的时间/除以间隔时间，再用math.floor求出它的上一个整数（即上一个周期的到期时间点），加上1，再乘以周期就等于下一个周期的到期时间。
2、启动DStreamGraph，启动时间=startTime - graph.batchDuration。
3、启动Timer，我们看看它的定义：
private val timer = new RecurringTimer(clock, ssc.graph.batchDuration.milliseconds, longTime => eventActor ! GenerateJobs(new Time(longTime)), "JobGenerator")
到这里就清楚了，DStreamGraph的间隔时间就是timer的间隔时间，启动时间要设置成比Timer早一个时间间隔，原因再慢慢探究。
可以看出来每隔一段时间，Timer给eventActor发送GenerateJobs消息，我们直接去看它的处理方法generateJobs吧，中间忽略了一步，大家自己看。
private def processEvent(event: JobGeneratorEvent) { event match { case GenerateJobs(time) => generateJobs(time) case ClearMetadata(time) => clearMetadata(time) case DoCheckpoint(time) => doCheckpoint(time) case ClearCheckpointData(time) => clearCheckpointData(time) } }
下面是generateJobs方法。
private def generateJobs(time: Time) { SparkEnv.set(ssc.env) Try(graph.generateJobs(time)) match { case Success(jobs) => val receivedBlockInfo = graph.getReceiverInputStreams.map { stream => val streamId = stream.id val receivedBlockInfo = stream.getReceivedBlockInfo(time) (streamId, receivedBlockInfo) }.toMap jobScheduler.submitJobSet(JobSet(time, jobs, receivedBlockInfo)) case Failure(e) => jobScheduler.reportError("Error generating jobs for time " + time, e) } eventActor ! DoCheckpoint(time) }
1、DStreamGraph生成jobs。
2、从stream那里获取接收到的Block信息。
3、调用submitJobSet方法提交作业。
4、提交完作业之后，做一个CheckPoint。
先看DStreamGraph是怎么生成的jobs。
def generateJobs(time: Time): Seq[Job] = { val jobs = this.synchronized { outputStreams.flatMap(outputStream => outputStream.generateJob(time)) } jobs }
outputStreams在这个例子里面是print这个方法里面添加的，这个在前面说了，我们继续看DStream的generateJob。
private[streaming] def generateJob(time: Time): Option[Job] = { getOrCompute(time) match { case Some(rdd) => { val jobFunc = () => { val emptyFunc = { (iterator: Iterator[T]) => {} } context.sparkContext.runJob(rdd, emptyFunc) } Some(new Job(time, jobFunc)) } case None => None } }
1、调用getOrCompute方法获得RDD
2、new了一个方法去提交这个作业，缺什么都不做
为什么呢？这是直接跳转的错误，呵呵，因为这个outputStream是print方法返回的，它应该是ForEachDStream，所以我们应该看的是它里面的generateJob方法。
override def generateJob(time: Time): Option[Job] = { parent.getOrCompute(time) match { case Some(rdd) => val jobFunc = () => { foreachFunc(rdd, time) } Some(new Job(time, jobFunc)) case None => None } }
这里请大家千万要注意，不要在这块被卡住了。
我们看看它这个RDD是怎么出来的吧。
private[streaming] def getOrCompute(time: Time): Option[RDD[T]] = { // If this DStream was not initialized (i.e., zeroTime not set), then do it // If RDD was already generated, then retrieve it from HashMap generatedRDDs.get(time) match { // 这个RDD已经被生成过了，直接用就是了 case Some(oldRDD) => Some(oldRDD) // 还没生成过，就调用compte函数生成一个 case None => { if (isTimeValid(time)) { compute(time) match { case Some(newRDD) => // 设置保存的级别 if (storageLevel != StorageLevel.NONE) { newRDD.persist(storageLevel) } // 如果现在需要，就做CheckPoint if (checkpointDuration != null && (time - zeroTime).isMultipleOf(checkpointDuration)) { newRDD.checkpoint() } // 添加到generatedRDDs里面去，可以再次利用 generatedRDDs.put(time, newRDD) Some(newRDD) case None => None } } else { None } } } }
从上面的方法可以看出来它是通过每个DStream自己实现的compute函数得出来的RDD。我们找到SocketInputDStream，没有compute函数，在父类ReceiverInputDStream里面找到了。
override def compute(validTime: Time): Option[RDD[T]] = { // 如果出现了时间比startTime早的话，就返回一个空的RDD，因为这个很可能是master挂了之后的错误恢复
if (validTime >= graph.startTime) { val blockInfo = ssc.scheduler.receiverTracker.getReceivedBlockInfo(id) receivedBlockInfo(validTime) = blockInfo val blockIds = blockInfo.map(_.blockId.asInstanceOf[BlockId]) Some(new BlockRDD[T](ssc.sc, blockIds)) } else { Some(new BlockRDD[T](ssc.sc, Array[BlockId]())) } }
从receiverTracker当中把接收到的block信息拿出来，记录到ReceiverInputDStream自身的receivedBlockInfo这个HashMap里面，就把RDD返回了，RDD里面实际包含的是Block的id的集合。
现在我们就可以回到之前JobGenerator的generateJobs方法，我们就清楚它这句是提交的什么了。
jobScheduler.submitJobSet(JobSet(time, jobs, receivedBlockInfo))
JobSet是记录Job的完成情况的，直接看submitJobSet方法吧。
def submitJobSet(jobSet: JobSet) { if (jobSet.jobs.isEmpty) { } else { jobSets.put(jobSet.time, jobSet) jobSet.jobs.foreach(job => jobExecutor.execute(new JobHandler(job))) } }
遍历jobSet里面的所有jobs，通过jobExecutor这个线程池提交。我们看一下JobHandler就知道了。
private class JobHandler(job: Job) extends Runnable { def run() { eventActor ! JobStarted(job) job.run() eventActor ! JobCompleted(job) } }
1、通知eventActor处理JobStarted事件。
2、运行job。
3、通知eventActor处理JobCompleted事件。
这里的重点是job.run，事件处理只是更新相关的job信息。
def run() { result = Try(func()) }
在遍历BlockRDD的时候，在compute函数获取该Block（详细请看BlockRDD），然后对这个RDD的结果进行打印。
到这里就算结束了，最后来个总结吧，图例在下一章补上，这一章只是过程分析:
1、可以有多个输入，我们可以通过StreamingContext定义多个输入，比如我们监听多个（host，ip），可以给它们定义各自的处理逻辑和输出，输出方式不仅限于print方法，还可以有别的方法，saveAsTextFiles和saveAsObjectFiles。这块的设计是支持共享StreamingContext的。
2、StreamingContext启动了JobScheduler，JobScheduler启动ReceiverTracker和JobGenerator。
3、ReceiverTracker是通过把Receiver包装成RDD的方式，发送到Executor端运行起来的，Receiver起来之后向ReceiverTracker发送RegisterReceiver消息。
3、Receiver把接收到的数据，通过ReceiverSupervisor保存。
4、ReceiverSupervisorImpl把数据写入到BlockGenerator的一个ArrayBuffer当中。
5、BlockGenerator内部每个一段时间（默认是200毫秒）就把这个ArrayBuffer构造成Block添加到blocksForPushing当中。
6、BlockGenerator的另外一条线程则不断的把加入到blocksForPushing当中的Block写入到BlockManager当中，并向ReceiverTracker发送AddBlock消息。
7、JobGenerator内部有个定时器，定期生成Job，把写入到BlockManager当中的Block抓取下来进行处理，这个间隔时间是我们在实例化StreamingContext的时候传进去的那个时间，在这个例子里面是Seconds(1)。
岑玉海
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