Storm的TransactionalTopology怎么配置

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1、什么是Transactional Topology？

○ 是一个每个tuple仅被处理一次的框架

○ 由Storm0.7引入，于Storm0.9被弃用，被triden取而代之

○ 底层依靠spout\bolt\topology\stream抽象的一个特性

2、Transactional Topology设计思路

○ 一次只处理一次tuple

基于Storm处理tuple失败时会重发(replay)，如何确保replay的记录不被重复记录，换句话说就是如何保证tuple仅被处理一次，这就依赖于一个称作强顺序性的思想。

强顺序性：每个tuple与一个transaction id相关联，transaction id实际就是一个数字，每一个tuple都有一个按照顺序的transaction id（例如：tuple1的transaction id 为 1,tuple2的transaction id 为 2,...以此类推），只有当前的tuple处理并存储完毕，下一个tuple（处于等待状态）才能进行存储，tuple被存储时连同transaction id一并存储，此时考虑两种情况：

tuple处理失败时：重新发送一个和原来一模一样的transaction id

tuple处理成功时：发送的transaction id会和存储的transaction id对比，如果不存在transaction id，表示第一次记录，直接存储；如果发现存在，则忽略该tuple。

这一思想是由Kafka开发者提出来的。

○ 一次处理一批tuple

基于上面的一个优化，将一批tuple直接打包成一个batch，然后分配一个transaction id ，让batch与batch之间保证强顺序性，且batch内部的tuples可以并行。

○ Storm是如何采用的？

两个步骤：

1、并行计算batch中的tuple数量

2、batch强顺序性存储

在batch强顺序性存储的同时让其他等待存储的batch内部进行并行运算，不必等到下一个batch存储时才进行内部运算。

在Storm上面的两个步骤表现为processing阶段和commit阶段。

3、一些设计细节

使用Transactional Topology时,storm提供如下操作：

○ 管理状态

将需要处理的状态如：transaction id 、batch meta等状态信息放在zookeeper

○ 协调事务

指定某个时间段执行processing操作和commit操作

○ 错误检测

storm使用acking框架自动检测batch被成功或失败处理，然后相应的重发（replay）

○ 内置批处理API

通过对普通的bolt进行包装，提供一套对batch处理的API、协调工作（即某个时刻处理某个processing或者commit），并且storm会自动清除中间结果

Transactional Topology是可以完全重发一个特定batch的消息队列系统，在 Kakfa中正是有这样的需求，为此Storm在storm-contrib里面的Storm-Kafka中为Kafka实现了一个事务性的spout。

4、来自Storm-Starter.jar的例子

计算来自输入流中tuple的个数

MemoryTransactionalSpout spout = new MemoryTransactionalSpout(DATA, new Fields("word"), PARTITION_TAKE_PER_BATCH);
TransactionalTopologyBuilder builder = new TransactionalTopologyBuilder("global-count", "spout", spout, 3);
builder.setBolt("partial-count", new BatchCount(), 5)
        .shuffleGrouping("spout");
builder.setBolt("sum", new UpdateGlobalCount())
        .globalGrouping("partial-count");

○ 通过TransactionalTopologyBuilder类构建Transactional

参数：

Transaction ID：transactional topology的ID，在zookeeper中用于保存进度状态，重启topology时可以直接从执行的进度开始执行而不用重头到尾又执行一遍

Spout ID：位于整个Topology的Spout的ID

Spout Object：Transactional中的Spout对象

Spout：Trasactional中的Spout的并行数

○ MemoryTransactionalSpout用于从一个内存变量中读取数据

DATA：数据

tuple fields：字段

tupleNum：在batch中最大的tuple数

○ Bolts

第一个Bolt采用随机分组的方式随机分发到各个task

public static class BatchCount extends BaseBatchBolt {
    Object _id;
    BatchOutputCollector _collector;
    int _count = 0;
    @Override
    public void prepare(Map conf, TopologyContext context, BatchOutputCollector collector, Object id) {
        _collector = collector;
        _id = id;
    }
    @Override
    public void execute(Tuple tuple) {
        _count++;
    }
    @Override
    public void finishBatch() {
        _collector.emit(new Values(_id, _count));
    }
    @Override
    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
        declarer.declare(new Fields("id", "count"));
    }
}

BatchBolt对象运行在BatchBoltExecutor中，BatchBoltExecutor负责BatchBolt对象的创建和清理

BatchBolt的ID在context对象中，该ID是一个TransactionAttempt对象.

BatchBolt在DRPC中也可以使用，只是txid类型不一样，如果在Transactional Topology中使用BatchBolt，可以继承BaseTransactionalBolt.

在Tranasctional Topology中所有的Tuple都必须以TransactionAttempt作为第一个field，然后storm才能根据该field判断Tuple所属的BatchBolt，所以在发射Tuple必须满足此条件。

TransactionAttempt对象中有两个属性：

transaction id：强顺序性，无论重发多少次都是一样的数字

attempt id：对每一个Batch标识的ID，每次重发都其值不一致，通过该ID可以区分每次重发的Tuple的不同版本

第二个Bolt使用GlobalGrouping汇总batch中的tuple数

 public static class UpdateGlobalCount extends BaseTransactionalBolt implements ICommitter {
    TransactionAttempt _attempt;
    BatchOutputCollector _collector;
    int _sum = 0;
 
    @Override
    public void prepare(Map conf, TopologyContext context, BatchOutputCollector collector, TransactionAttempt attempt) {
        _collector = collector;
        _attempt = attempt;
    }
 
    @Override
    public void execute(Tuple tuple) {
        _sum+=tuple.getInteger(1);
    }
 
    @Override
    public void finishBatch() {
        Value val = DATABASE.get(GLOBAL_COUNT_KEY);
        Value newval;
        if(val == null || !val.txid.equals(_attempt.getTransactionId())) {
            newval = new Value();
            newval.txid = _attempt.getTransactionId();
            if(val==null) {
                newval.count = _sum;
            } else {
                newval.count = _sum + val.count;
            }
            DATABASE.put(GLOBAL_COUNT_KEY, newval);
        } else {
            newval = val;
        }
        _collector.emit(new Values(_attempt, newval.count));
    }
 
    @Override
    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
        declarer.declare(new Fields("id", "sum"));
    }
}

ICommitter接口：实现该接口的Bolt会在commit阶段调用finishBatch方法，该方法的调用会按照强顺序性，此外还可以使用TransactionalTopologyBuilder的setCommiterBolt来添加Bolt实现和该接口一样的功能。

executor方法：在processing阶段和commit阶段都可以执行。

关于更多的transactional topology例子可以看看storm-starter中的TransactionalWords类，该例子会在一个事务中更新多个数据库

5、Transaction Topology API

Bolt类

BaiscBolt：该Bolt不跟batch中的tuples交互，仅基于单个传来的tuple和产生新的tuple

BatchBolt：该Bolt处理batch中的tuples，对于每一个tuple调用executor方法，整个batch完成时调用finishBatch方法

被Committer标记的Bolt：在commit阶段才调用finishBatch方法，commit具有强顺序性，标记Bolt为commit阶段执行finishBatch的方法有两种：1、实现ICommiter接口。2、TransactionalTopologyBuilder的setCommiterBolt来添加Bolt。

Processing阶段和Commit阶段

Storm的Transactional Topology怎么配置

红色轮廓的Bolt被标记过为commit

Spout向Bolt A发送整个Batch

Bolt A处理完整个Batch之后调用finishBatch方法分别向Bolt B 和 Bolt C发送Batch

Bolt B接收到Bolt A传递过来的tuple进行处理（此时还尚未处理完毕）不会调用finishBatch方法

Bolt C接口Bolt A传递的tuple，尽管处理完Bolt A传递来的tuple，但是由于Bolt B还尚未commit，所以Bolt C处于等待Bolt B commit的状态，不会调用finishBatch方法

Bolt D接收来自Bolt C调用executor方法时发送的所有tuple

此时一旦Bolt B进行commit进行finishBatch操作，那么Bolt C就会确认接收到所有Bolt B的tuple，Bolt C也调用finishBatch方法，最终Bolt D也接收到所有来自Bolt C的batch。

在这里尽管Bolt D是一个committer，它在接收到整个batch的tuple之后不需要等待第二个commit信号。因为它是在commit阶段接收到的整个batch，它会调用finishBatch来完成整个事务。

Acking

注意，当使用transactional topology的时候你不需要显式地去做任何的acking或者anchoring，storm在背后都做掉了。（storm对transactional topolgies里面的acking机制进行了高度的优化)

Failing a transaction

在使用普通bolt的时候，你可以通过调用OutputCollector的fail方法来fail这个tuple所在的tuple树。Transactional Topology对用户隐藏了acking框架，它提供一个不同的机制来fail一个batch（从而使得这个batch被replay）：只要抛出一个FailedException就可以了。跟普通的异常不一样，这个异常只会导致当前的batch被replay, 而不会使整个进程崩溃掉。

Transactional spout

TransactionalSpout接口跟普通的Spout接口完全不一样。一个TransactionalSpout的实现会发送一批一批（batch）的tuple，而且必须保证同一批次tuples的transaction id始终一样。

在transactional topology运行的时候， transactional spout看起来是这样的一个结构：

Storm的Transactional Topology怎么配置

coordinator是一个普通的storm的spout——它一直为事务的batch发射tuple。

Emitter则像一个普通的storm bolt，它负责为每个batch实际发射tuple，emitter以all grouping的方式订阅coordinator的”batch emit”流。
关于如何实现一个TransactionalSpout的细节可以参见Javadoc

Partitioned Transactional Spout

一种常见的TransactionalSpout是那种从多个queue broker读取数据然后再发射的tuple。比如TransactionalKafkaSpout就是这样工作的。IPartitionedTransactionalSpout把这些管理每个分区的状态以保证可以replay的幂等性的工作都自动化掉了。更多可以参考Javadoc。

配置

Transactional Topologies有两个重要的配置：

Zookeeper：默认情况下，transactional topology会把状态信息保存在一个zookeeper里面（协调集群的那个)。你可以通过这两个配置来指定其它的zookeeper：”transactional.zookeeper.servers” 和 “transactional.zookeeper.port“。

同时活跃的batch数量：你必须设置同时处理的batch数量，你可以通过”topology.max.spout.pending” 来指定，如果你不指定，默认是1。

6、实现

Transactional Topologies的实现是非常优雅的。管理提交协议，检测失败并且串行提交看起来很复杂，但是使用storm的原语来进行抽象是非常简单的。

1、transactional spout是一个子topology, 它由一个coordinator spout和一个emitter bolt组成。

2、coordinator是一个普通的spout，并行度为1；emitter是一个bolt，并行度为P，使用all分组方式连接到coordinator的“batch”流上。

3、coordinator使用一个acking框架决定什么时候一个batch被成功执行（process）完成，然后去决定一个batch什么时候被成功提交（commit）。

感谢各位的阅读，以上就是“Storm的Transactional Topology怎么配置”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对Storm的Transactional Topology怎么配置这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！

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