Storm入门第二章准备开始

本文翻译自《Getting Started With Storm》译者：吴京润编辑：方腾飞

准备开始

在本章，我们要创建一个Storm工程和我们的第一个Storm拓扑结构。

NOTE: 下面假设你的JRE版本在1.6以上。我们推荐Oracle提供的JRE。你可以到http://www.java .com/downloads/下载。

操作模式

开始之前，有必要了解一下Storm的操作模式。有下面两种方式。

本地模式

在本地模式下，Storm拓扑结构运行在本地计算机的单一JVM进程上。这个模式用于开发、测试以及调试，因为这是观察所有组件如何协同工作的最简单方法。在这种模式下，我们可以调整参数，观察我们的拓扑结构如何在不同的Storm配置环境下运行。要在本地模式下运行，我们要下载Storm开发依赖，以便用来开发并测试我们的拓扑结构。我们创建了第一个Storm工程以后，很快就会明白如何使用本地模式了。

NOTE: 在本地模式下，跟在集群环境运行很像。不过很有必要确认一下所有组件都是线程安全的，因为当把它们部署到远程模式时它们可能会运行在不同的JVM进程甚至不同的物理机上，这个时候它们之间没有直接的通讯或共享内存。

我们要在本地模式运行本章的所有例子。

远程模式

在远程模式下，我们向Storm集群提交拓扑，它通常由许多运行在不同机器上的流程组成。远程模式不会出现调试信息，因此它也称作生产模式。不过在单一开发机上建立一个Storm集群是一个好主意，可以在部署到生产环境之前，用来确认拓扑在集群环境下没有任何问题。

你将在第六章学到更多关于远程模式的内容，并在附录B学到如何安装一个Storm集群。

Hello World

我们在这个工程里创建一个简单的拓扑，数单词数量。我们可以把这个看作Storm的“Hello World”。不过，这是一个非常强大的拓扑，因为它能够扩展到几乎无限大的规模，而且只需要做一些小修改，就能用它构建一个统计系统。举个例子，我们可以修改一下工程用来找出Twitter上的热点话题。

要创建这个拓扑，我们要用一个spout读取文本，第一个bolt用来标准化单词，第二个bolt为单词计数，如图2-1所示。

你可以从这个网址下载源码压缩包， https://github.com/storm-book/examples-ch02-getting_started/zipball/master。

NOTE: 如果你使用git（一个分布式版本控制与源码管理工具），你可以执行git clone git@github.com:storm-book/examples-ch02-getting_started.git，把源码检出到你指定的目录。

Java安装检查

构建Storm运行环境的第一步是检查你安装的Java版本。打开一个控制台窗口并执行命令：java -version。控制台应该会显示出类似如下的内容：

    java -version

    java version "1.6.0_26"
    Java(TM) SE Runtime Enviroment (build 1.6.0_26-b03)

    Java HotSpot(TM) Server VM (build 20.1-b02, mixed mode)

如果不是上述内容，检查你的Java安装情况。（参考http://www.java.com/download/）

创建工程

开始之前，先为这个应用建一个目录（就像你平常为Java应用做的那样）。这个目录用来存放工程源码。

接下来我们要下载Storm依赖包，这是一些jar包，我们要把它们添加到应用类路径中。你可以采用如下两种方式之一完成这一步：

下载所有依赖，解压缩它们，把它们添加到类路径
使用Apache Maven

NOTE: Maven是一个软件项目管理的综合工具。它可以用来管理项目的开发周期的许多方面，从包依赖到版本发布过程。在这本书中，我们将广泛使用它。如果要检查是否已经安装了maven，在命令行运行mvn。如果没有安装你可以从http://maven.apache.org/download.html下载。

没有必要先成为一个Maven专家才能使用Storm，不过了解一下关于Maven工作方式的基础知识仍然会对你有所帮助。你可以在Apache Maven的网站上找到更多的信息（http://maven.apache.org/）。

NOTE: Storm的Maven依赖引用了运行Storm本地模式的所有库。

要运行我们的拓扑，我们可以编写一个包含基本组件的pom.xml文件。

    <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
             xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
             xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0
             http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
             <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
             <groupId>storm.book</groupId>
             <artifactId>Getting-Started</artifactId>
             <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
             <build>
                 <plugins>
                     <plugin>
                         <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                         <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                         <version>2.3.2</version>
                         <configuration>
                             <source>1.6</source>
                             <target>1.6</target>
                             <compilerVersion>1.6</compilerVersion>
                         </configuration>
                     </plugin>
                 </plugins>
             </build>
             <repositories>
                 <!-- Repository where we can found the storm dependencies -->
                 <repository>
                     <id>clojars.org</id>
                     <url>http://clojars.org/repo</url>
                 </repository>
             </repositories>
             <dependencies>
                 <!-- Storm Dependency -->
                 <dependency>
                     <groupId>storm</groupId>
                     <artifactId>storm</artifactId>
                     <version>0.6.0</version>
                 </dependency>
             </dependencies>
    </project>

开头几行指定了工程名称和版本号。然后我们添加了一个编译器插件，告知Maven我们的代码要用Java1.6编译。接下来我们定义了Maven仓库（Maven支持为同一个工程指定多个仓库）。clojars是存放Storm依赖的仓库。Maven会为运行本地模式自动下载必要的所有子包依赖。

一个典型的Maven Java工程会拥有如下结构：

    我们的应用目录/
             ├── pom.xml
             └── src
                   └── main
                      └── java
                   |  ├── spouts
                   |  └── bolts
                   └── resources

java目录下的子目录包含我们的代码，我们把要统计单词数的文件保存在resource目录下。

NOTE：命令mkdir -p 会创建所有需要的父目录。

创建我们的第一个Topology

我们将为运行单词计数创建所有必要的类。可能这个例子中的某些部分，现在无法讲的很清楚，不过我们会在随后的章节做进一步的讲解。

Spout

pout WordReader类实现了IRichSpout接口。我们将在第四章看到更多细节。WordReader负责从文件按行读取文本，并把文本行提供给第一个bolt。

NOTE: 一个spout发布一个定义域列表。这个架构允许你使用不同的bolts从同一个spout流读取数据，它们的输出也可作为其它bolts的定义域，以此类推。

例2-1包含WordRead类的完整代码（我们将会分析下述代码的每一部分）。

       /**
         *  例2-1.src/main/java/spouts/WordReader.java
         */
        package spouts;

        import java.io.BufferedReader;
        import java.io.FileNotFoundException;
        import java.io.FileReader;
        import java.util.Map;
        import backtype.storm.spout.SpoutOutputCollector;
        import backtype.storm.task.TopologyContext;
        import backtype.storm.topology.IRichSpout;
        import backtype.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
        import backtype.storm.tuple.Fields;
        import backtype.storm.tuple.Values;

        public class WordReader implements IRichSpout {
            private SpoutOutputCollector collector;
            private FileReader fileReader;
            private boolean completed = false;
            private TopologyContext context;
            public boolean isDistributed() {return false;}
            public void ack(Object msgId) {
                    System.out.println("OK:"+msgId);
            }
            public void close() {}
            public void fail(Object msgId) {
                 System.out.println("FAIL:"+msgId);
            }
            /**
             * 这个方法做的惟一一件事情就是分发文件中的文本行
             */
            public void nextTuple() {
            /**
             * 这个方法会不断的被调用，直到整个文件都读完了，我们将等待并返回。
             */
                 if(completed){
                     try {
                         Thread.sleep(1000);
                     } catch (InterruptedException e) {
                         //什么也不做
                     }
                    return;
                 }
                 String str;
                 //创建reader
                 BufferedReader reader = new BufferedReader(fileReader);
                 try{
                     //读所有文本行
                    while((str = reader.readLine()) != null){
                     /**
                      * 按行发布一个新值
                      */
                         this.collector.emit(new Values(str),str);
                     }
                 }catch(Exception e){
                     throw new RuntimeException("Error reading tuple",e);
                 }finally{
                     completed = true;
                 }
             }
             /**
              * 我们将创建一个文件并维持一个collector对象
              */
             public void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector) {
                     try {
                         this.context = context;
                         this.fileReader = new FileReader(conf.get("wordsFile").toString());
                     } catch (FileNotFoundException e) {
                         throw new RuntimeException("Error reading file ["+conf.get("wordFile")+"]");
                     }
                     this.collector = collector;
             }
             /**
              * 声明输入域"word"
              */
             public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
                 declarer.declare(new Fields("line"));
             }
        }

第一个被调用的spout方法都是public void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector)。它接收如下参数：配置对象，在定义topology对象是创建；TopologyContext对象，包含所有拓扑数据；还有SpoutOutputCollector对象，它能让我们发布交给bolts处理的数据。下面的代码主是这个方法的实现。

    public void open(Map conf, TopologyContext context,
        SpoutOutputCollector collector) {
        try {
            this.context = context;
            this.fileReader = new FileReader(conf.get("wordsFile").toString());
        } catch (FileNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException("Error reading file ["+conf.get("wordFile")+"]");
        }
        this.collector = collector;
    }

我们在这个方法里创建了一个FileReader对象，用来读取文件。接下来我们要实现public void nextTuple()，我们要通过它向bolts发布待处理的数据。在这个例子里，这个方法要读取文件并逐行发布数据。

    public void nextTuple() {
        if(completed){
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                //什么也不做
            }
            return;
        }
        String str;
        BufferedReader reader = new BufferedReader(fileReader);
        try{
            while((str = reader.readLine()) != null){
                this.collector.emit(new Values(str));
            }
        }catch(Exception e){
            throw new RuntimeException("Error reading tuple",e);
        }finally{
            completed = true;
        }
    }

NOTE: Values是一个ArrarList实现，它的元素就是传入构造器的参数。

nextTuple()会在同一个循环内被ack()和fail()周期性的调用。没有任务时它必须释放对线程的控制，其它方法才有机会得以执行。因此nextTuple的第一行就要检查是否已处理完成。如果完成了，为了降低处理器负载，会在返回前休眠一毫秒。如果任务完成了，文件中的每一行都已被读出并分发了。

NOTE:元组(tuple)是一个具名值列表，它可以是任意java对象（只要它是可序列化的）。默认情况，Storm会序列化字符串、字节数组、ArrayList、HashMap和HashSet等类型。

Bolts

现在我们有了一个spout，用来按行读取文件并每行发布一个元组，还要创建两个bolts，用来处理它们（看图2-1）。bolts实现了接口backtype.storm.topology.IRichBolt。

bolt最重要的方法是void execute(Tuple input)，每次接收到元组时都会被调用一次，还会再发布若干个元组。

NOTE: 只要必要，bolt或spout会发布若干元组。当调用nextTuple或execute方法时，它们可能会发布0个、1个或许多个元组。你将在第五章学习更多这方面的内容。

第一个bolt，WordNormalizer，负责得到并标准化每行文本。它把文本行切分成单词，大写转化成小写，去掉头尾空白符。

首先我们要声明bolt的出参：

    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer){
        declarer.declare(new Fields("word"));
    }

这里我们声明bolt将发布一个名为“word”的域。

下一步我们实现public void execute(Tuple input)，处理传入的元组：

    public void execute(Tuple input){
        String sentence=input.getString(0);
        String[] words=sentence.split(" ");
        for(String word : words){
            word=word.trim();
            if(!word.isEmpty()){
                word=word.toLowerCase();
                //发布这个单词
                collector.emit(new Values(word));
            }
        }
        //对元组做出应答
        collector.ack(input);
    }

第一行从元组读取值。值可以按位置或名称读取。接下来值被处理并用collector对象发布。最后，每次都调用collector对象的ack()方法确认已成功处理了一个元组。

例2-2是这个类的完整代码。

    //例2-2 src/main/java/bolts/WordNormalizer.java
    package bolts;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    import backtype.storm.task.OutputCollector;
    import backtype.storm.task.TopologyContext;
    import backtype.storm.topology.IRichBolt;
    import backtype.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
    import backtype.storm.tuple.Fields;
    import backtype.storm.tuple.Tuple;
    import backtype.storm.tuple.Values;
    public class WordNormalizer implements IRichBolt{
        private OutputCollector collector;
        public void cleanup(){}
        /**
          * *bolt*从单词文件接收到文本行，并标准化它。
          * 文本行会全部转化成小写，并切分它，从中得到所有单词。
         */
        public void execute(Tuple input){
            String sentence = input.getString(0);
            String[] words = sentence.split(" ");
            for(String word : words){
                word = word.trim();
                if(!word.isEmpty()){
                    word=word.toLowerCase();
                    //发布这个单词
                    List a = new ArrayList();
                    a.add(input);
                    collector.emit(a,new Values(word));
                }
            }
            //对元组做出应答
            collector.ack(input);
        }
        public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {
            this.collector=collector;
        }

        /**
          * 这个*bolt*只会发布“word”域
          */
        public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
            declarer.declare(new Fields("word"));
        }
    }

NOTE:通过这个例子，我们了解了在一次execute调用中发布多个元组。如果这个方法在一次调用中接收到句子“This is the Storm book”，它将会发布五个元组。

下一个bolt，WordCounter，负责为单词计数。这个拓扑结束时（cleanup()方法被调用时），我们将显示每个单词的数量。

NOTE: 这个例子的bolt什么也没发布，它把数据保存在map里，但是在真实的场景中可以把数据保存到数据库。

package bolts;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import backtype.storm.task.OutputCollector;
import backtype.storm.task.TopologyContext;
import backtype.storm.topology.IRichBolt;
import backtype.storm.topology.OutputFieldsDeclarer;
import backtype.storm.tuple.Tuple;

public class WordCounter implements IRichBolt{
    Integer id;
    String name;
    Map<String,Integer> counters;
    private OutputCollector collector;

    /**
      * 这个spout结束时（集群关闭的时候），我们会显示单词数量
      */
    @Override
    public void cleanup(){
        System.out.println("-- 单词数 【"+name+"-"+id+"】 --");
        for(Map.Entry<String,Integer> entry : counters.entrySet()){
            System.out.println(entry.getKey()+": "+entry.getValue());
        }
    }

    /**
     *  为每个单词计数
     */
    @Override
    public void execute(Tuple input) {
        String str=input.getString(0);
        /**
         * 如果单词尚不存在于map，我们就创建一个，如果已在，我们就为它加1
         */
        if(!counters.containsKey(str)){
            conters.put(str,1);
        }else{
            Integer c = counters.get(str) + 1;
            counters.put(str,c);
        }
        //对元组作为应答
        collector.ack(input);
    }

    /**
     * 初始化
     */
    @Override
    public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector){
        this.counters = new HashMap<String, Integer>();
        this.collector = collector;
        this.name = context.getThisComponentId();
        this.id = context.getThisTaskId();
    }

    @Override
    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {}
}

execute方法使用一个map收集单词并计数。拓扑结束时，将调用clearup()方法打印计数器map。（虽然这只是一个例子，但是通常情况下，当拓扑关闭时，你应当使用cleanup()方法关闭活动的连接和其它资源。）

主类

你可以在主类中创建拓扑和一个本地集群对象，以便于在本地测试和调试。LocalCluster可以通过Config对象，让你尝试不同的集群配置。比如，当使用不同数量的工作进程测试你的拓扑时，如果不小心使用了某个全局变量或类变量，你就能够发现错误。（更多内容请见第三章）

NOTE：所有拓扑节点的各个进程必须能够独立运行，而不依赖共享数据（也就是没有全局变量或类变量），因为当拓扑运行在真实的集群环境时，这些进程可能会运行在不同的机器上。

接下来，TopologyBuilder将用来创建拓扑，它决定Storm如何安排各节点，以及它们交换数据的方式。

    TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();
    builder.setSpout("word-reader", new WordReader());
    builder.setBolt("word-normalizer", new WordNormalizer()).shuffleGrouping("word-reader");
    builder.setBolt("word-counter", new WordCounter()).shuffleGrouping("word-normalizer");

在spout和bolts之间通过shuffleGrouping方法连接。这种分组方式决定了Storm会以随机分配方式从源节点向目标节点发送消息。

下一步，创建一个包含拓扑配置的Config对象，它会在运行时与集群配置合并，并通过prepare方法发送给所有节点。

    Config conf = new Config();
    conf.put("wordsFile", args[0]);
    conf.setDebug(true);

由spout读取的文件的文件名，赋值给wordFile属性。由于是在开发阶段，设置debug属性为true，Strom会打印节点间交换的所有消息，以及其它有助于理解拓扑运行方式的调试数据。

正如之前讲过的，你要用一个LocalCluster对象运行这个拓扑。在生产环境中，拓扑会持续运行，不过对于这个例子而言，你只要运行它几秒钟就能看到结果。

    LocalCluster cluster = new LocalCluster();
    cluster.submitTopology("Getting-Started-Topologie", conf, builder.createTopology());
    Thread.sleep(2000);
    cluster.shutdown();

调用createTopology和submitTopology，运行拓扑，休眠两秒钟（拓扑在另外的线程运行），然后关闭集群。

例2-3是完整的代码

    //例2-3 src/main/java/TopologyMain.java
    import spouts.WordReader;
    import backtype.storm.Config;
    import backtype.storm.LocalCluster;
    import backtype.storm.topology.TopologyBuilder;
    import backtype.storm.tuple.Fields;
    import bolts.WordCounter;
    import bolts.WordNormalizer;

    public class TopologyMain {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //定义拓扑
            TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder());
            builder.setSpout("word-reader", new WordReader());
            builder.setBolt("word-normalizer", new WordNormalizer()).shuffleGrouping("word-reader");
            builder.setBolt("word-counter", new WordCounter(),2).fieldsGrouping("word-normalizer", new Fields("word"));

        //配置
            Config conf = new Config();
            conf.put("wordsFile", args[0]);
            conf.setDebug(false);

        //运行拓扑
             conf.put(Config.TOPOLOGY_MAX_SPOUT_PENDING, 1);
            LocalCluster cluster = new LocalCluster();
            cluster.submitTopology("Getting-Started-Topologie", conf, builder.createTopology();
            Thread.sleep(1000);
            cluster.shutdown();
        }
    }

观察运行情况

你已经为运行你的第一个拓扑准备好了。在这个目录下面创建一个文件，/src/main/resources/words.txt，一个单词一行，然后用下面的命令运行这个拓扑：mvn exec:java -Dexec.mainClass=”TopologyMain” -Dexec.args=”src/main/resources/words.txt。

举个例子，如果你的words.txt文件有如下内容： Storm test are great is an Storm simple application but very powerful really Storm is great 你应该会在日志中看到类似下面的内容： is: 2 application: 1 but: 1 great: 1 test: 1 simple: 1 Storm: 3 really: 1 are: 1 great: 1 an: 1 powerful: 1 very: 1 在这个例子中，每类节点只有一个实例。但是如果你有一个非常大的日志文件呢？你能够很轻松的改变系统中的节点数量实现并行工作。这个时候，你就要创建两个WordCounter实例。

    builder.setBolt("word-counter", new WordCounter(),2).shuffleGrouping("word-normalizer");

程序返回时，你将看到： — 单词数【word-counter-2】 — application: 1 is: 1 great: 1 are: 1 powerful: 1 Storm: 3 — 单词数 [word-counter-3] — really: 1 is: 1 but: 1 great: 1 test: 1 simple: 1 an: 1 very: 1 棒极了！修改并行度实在是太容易了（当然对于实际情况来说，每个实例都会运行在单独的机器上）。不过似乎有一个问题：单词is和great分别在每个WordCounter各计数一次。怎么会这样？当你调用shuffleGrouping时，就决定了Storm会以随机分配的方式向你的bolt实例发送消息。在这个例子中，理想的做法是相同的单词问题发送给同一个WordCounter实例。你把shuffleGrouping(“word-normalizer”)换成fieldsGrouping(“word-normalizer”, new Fields(“word”))就能达到目的。试一试，重新运行程序，确认结果。你将在后续章节学习更多分组方式和消息流类型。

结论

我们已经讨论了Storm的本地和远程操作模式之间的不同，以及Storm的强大和易于开发的特性。你也学习了一些Storm的基本概念，我们将在后续章节深入讲解它们。

时间： 2024-10-01 20:27:45

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