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Storm 编程模型

一、简介
二、IComponent接口
三、Spout
    3.1 ISpout接口
    3.2 BaseRichSpout抽象类
四、Bolt
    4.1 IBolt 接口
    4.2 BaseRichBolt抽象类
五、词频统计案例
六、提交到服务器运行

一、简介

下图为Strom的运行流程图，也是storm的编程模型图，在storm 进行流处理时，我们需要自定义实现自己的spout（数据源）和bolt（处理单元），并通过TopologyBuilder将它们之间进行关联，定义好数据处理的流程。

下面小结分别介绍如何按照storm内置接口分别实现spout和bolt，然后将其进行关联，最后将其提交到本地和服务器进行运行。

二、IComponent接口

IComponent接口定义了Topology中所有组件（spout/bolt）的公共方法，我们实现spout或bolt都必须直接或者间接实现这个接口。

public interface IComponent extends Serializable {

    /**
     * 声明此拓扑的所有流的输出模式。
     * @param declarer这用于声明输出流id，输出字段以及每个输出流是否是直接流（direct stream）
     */
    void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer);

    /**
     * 声明此组件的配置。
     *
     */
    Map<String, Object> getComponentConfiguration();

}

三、Spout

3.1 ISpout接口

实现自定义的spout需要实现ISpout，其定义了spout的所有可用方法：

public interface ISpout extends Serializable {
    /**
     * 组件初始化时候被调用
     *
     * @param conf ISpout的配置
     * @param context 应用上下文，可以通过其获取任务ID和组件ID，输入和输出信息等。
     * @param collector  用来发送spout中的tuples，它是线程安全的，建议保存为此spout对象的实例变量
     */
    void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector);

    /**
     * ISpout将要被关闭的时候调用。但是其不一定会被执行，如果在集群环境中通过kill -9 杀死进程时其就无法被执行。
     */
    void close();
    
    /**
     * 当ISpout从停用状态激活时被调用
     */
    void activate();
    
    /**
     * 当ISpout停用时候被调用
     */
    void deactivate();

    /**
     * 这是一个核心方法，主要通过在此方法中调用collector将tuples发送给下一个接收器，这个方法必须是非阻塞的。              
     * nextTuple/ack/fail/是在同一个线程中执行的，所以不用考虑线程安全方面。当没有tuples发出时应该让nextTuple
     * 休眠(sleep)一下，以免浪费CPU。
     */
    void nextTuple();

    /**
     * 通过msgId进行tuples处理成功的确认，被确认后的tuples不会再次被发送
     */
    void ack(Object msgId);

    /**
     * 通过msgId进行tuples处理失败的确认，被确认后的tuples会再次被发送进行处理
     */
    void fail(Object msgId);
}

3.2 BaseRichSpout抽象类

通常情况下，我们实现自定义的Spout时不会直接去实现ISpout接口，而是继承BaseRichSpout。BaseRichSpout继承自BaseCompont，同时实现了IRichSpout接口。

IRichSpout接口继承自ISpout和IComponent,自身并没有定义任何方法。

public interface IRichSpout extends ISpout, IComponent {

}

BaseComponent 抽象类也仅仅是空实现了IComponent的getComponentConfiguration方法。

public abstract class BaseComponent implements IComponent {
    @Override
    public Map<String, Object> getComponentConfiguration() {
        return null;
    }    
}

BaseRichSpout通过继承自BaseCompont，同时实现了IRichSpout接口，并且空实现了其中部分方法。

public abstract class BaseRichSpout extends BaseComponent implements IRichSpout {
    @Override
    public void close() {}

    @Override
    public void activate() {}

    @Override
    public void deactivate() {}

    @Override
    public void ack(Object msgId) {}

    @Override
    public void fail(Object msgId) {}
}

通过这样的设计，我们在继承BaseRichSpout实现自己的spout时，就只需要实现三个必须的方法：

• open ： 来源于ISpout，可以通过此方法获取用来发送tuples的SpoutOutputCollector；
• nextTuple ：来源于ISpout，必须在此方法内部才能调用SpoutOutputCollector发送tuple；
• declareOutputFields ：来源于IComponent，通过此方法声明发送的tuple的名称，这样下一个组件才能知道如何接受数据。

四、Bolt

通过上小结我们已经了解了storm如何对spout接口进行设计的，bolt接口的设计也是一样的。

4.1 IBolt 接口

 /**
  * 在客户端计算机上创建的IBolt对象。会被被序列化到topology中（使用Java序列化）,并提交给集群的主机（Nimbus）。  
  * Nimbus启动workers反序列化对象，调用prepare，然后开始处理tuples。
 */

public interface IBolt extends Serializable {
    /**
     * 组件初始化时候被调用
     *
     * @param conf storm中定义的此bolt的配置
     * @param context 应用上下文，可以通过其获取任务ID和组件ID，输入和输出信息等。
     * @param collector  用来发送spout中的tuples，它是线程安全的，建议保存为此spout对象的实例变量
     */
    void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector);

    /**
     * 处理单个tuple输入。
     * 
     * @param Tuple对象包含关于它的元数据（如来自哪个组件/流/任务）
     */
    void execute(Tuple input);

    /**
     * IBolt将要被关闭的时候调用。但是其不一定会被执行，如果在集群环境中通过kill -9 杀死进程时其就无法被执行。
     */
    void cleanup();

4.2 BaseRichBolt抽象类

同样的，在实现我们自己的bolt时，我们也通常是继承BaseRichBolt抽象类来实现。BaseRichBolt继承自BaseComponent抽象类，并实现了IRichBolt接口。

IRichBolt接口继承自IBolt和IComponent,自身并没有定义任何方法。

public interface IRichBolt extends IBolt, IComponent {

}

通过这样的设计，我们在继承BaseRichBolt实现自己的bolt时，就只需要实现三个必须的方法：

• prepare： 来源于IBolt，可以通过此方法获取用来发送tuples的OutputCollector；
• execute：来源于IBolt，处理tuple和发送处理完成的tuple；
• declareOutputFields ：来源于IComponent，通过此方法声明发送的tuple的名称，这样下一个组件才能知道如何接受数据。

五、词频统计案例

5.1 案例简介

使用模拟数据进行词频统计。这里我们使用自定义的DataSourceSpout产生模拟数据。实际生产环境中通常是通过日志收集引擎（如Flume、logstash等）将收集到的数据发送到kafka指定的topic，通过storm内置的KafkaSpout 来监听该topic，并获取数据。

5.2 代码实现

1.DataSourceSpout

public class DataSourceSpout extends BaseRichSpout {

    private List<String> list = Arrays.asList("Spark", "Hadoop", "HBase", "Storm", "Flink", "Hive");

    private SpoutOutputCollector spoutOutputCollector;

    @Override
    public void open(Map map, TopologyContext topologyContext, SpoutOutputCollector spoutOutputCollector) {
        this.spoutOutputCollector = spoutOutputCollector;
    }

    @Override
    public void nextTuple() {
        // 模拟产生数据
        String lineData = productData();
        spoutOutputCollector.emit(new Values(lineData));
        Utils.sleep(1000);
    }

    @Override
    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer outputFieldsDeclarer) {
        outputFieldsDeclarer.declare(new Fields("line"));
    }


    /**
     * 模拟数据
     */
    private String productData() {
        Collections.shuffle(list);
        Random random = new Random();
        int endIndex = random.nextInt(list.size()) % (list.size()) + 1;
        return StringUtils.join(list.toArray(), "\t", 0, endIndex);
    }

}

上面类使用productData方法来产生模拟数据，产生数据的格式如下：

Spark	HBase
Hive	Flink	Storm	Hadoop	HBase	Spark
Flink
HBase	Storm
HBase	Hadoop	Hive	Flink
HBase	Flink	Hive	Storm
Hive	Flink	Hadoop
HBase	Hive
Hadoop	Spark	HBase	Storm

2. SplitBolt

public class SplitBolt extends BaseRichBolt {

    private OutputCollector collector;

    @Override
    public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {
        this.collector=collector;
    }

    @Override
    public void execute(Tuple input) {
        String line = input.getStringByField("line");
        String[] words = line.split("\t");
        for (String word : words) {
            collector.emit(new Values(word));
        }
    }

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

3. CountBolt

public class CountBolt extends BaseRichBolt {

    private Map<String, Integer> counts = new HashMap<>();

    @Override
    public void prepare(Map stormConf, TopologyContext context, OutputCollector collector) {

    }

    @Override
    public void execute(Tuple input) {
        String word = input.getStringByField("word");
        Integer count = counts.get(word);
        if (count == null) {
            count = 0;
        }
        count++;
        counts.put(word, count);
        // 输出
        System.out.print("当前实时统计结果:");
        counts.forEach((key, value) -> System.out.print(key + ":" + value + "; "));
        System.out.println();
    }

    @Override
    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {

    }
}

4. WordCountApp

通过TopologyBuilder将上面定义好的组件进行串联形成 Topology，并提交到本地集群（LocalCluster）运行。在通常开发中，可用本地集群进行，测试完成后再提交到服务器集群运行。

public class WordCountApp{

    public static void main(String[] args) {
        
        TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();
        
        builder.setSpout("DataSourceSpout", new DataSourceSpout());
        
        // 指明将 DataSourceSpout 的数据发送到 SplitBolt 中处理
        builder.setBolt("SplitBolt", new SplitBolt()).shuffleGrouping("DataSourceSpout");
        
        //  指明将 SplitBolt 的数据发送到 CountBolt 中 处理
        builder.setBolt("CountBolt", new CountBolt()).shuffleGrouping("SplitBolt");

        // 创建本地集群用于测试 这种模式不需要本机安装storm,直接运行该Main方法即可
        LocalCluster cluster = new LocalCluster();
        cluster.submitTopology("LocalWordCountTopology",
                new Config(), builder.createTopology());
    }

}

5. 运行结果

启动WordCountApp的main方法即可运行，采用本地模式storm会自动在本地搭建一个集群，所以启动的过程会稍慢一点，启动成功后即可看到输出日志。

六、提交到服务器运行