Spark详解(07) - SparkStreaming

SparkStreaming概述

Spark Streaming用于流式数据的处理。

Spark Streaming支持的数据输入源很多，例如：Kafka、Flume、HDFS等。

数据输入后可以用Spark的高度抽象原语如：map、reduce、join、window等进行运算。

而结果也能保存在很多地方，如HDFS、数据库等。

Spark Streaming架构原理

什么是Dstream

SparkCore => RDD

SparkSQL => DataFrame、DataSet

Spark Streaming使用离散化流（Discretized Stream）作为抽象表示，叫作Dstream

DStream是随时间推移而收到的数据的序列。

在DStream内部，每个时间区间收到的数据都作为RDD存在，而DStream是由这些RDD所组成的序列（因此得名"离散化"）。

所以简单来讲，DStream就是对RDD在实时数据处理场景的一种封装。

架构图

整体`架构图

SparkStreaming架构图

背压机制

Spark 1.5以前版本，用户如果要限制Receiver的数据接收速率，可以通过设置静态配制参数"spark.streaming.receiver.maxRate"的值来实现，此举虽然可以通过限制接收速率，来适配当前的处理能力，防止内存溢出，但也会引入其它问题。比如：producer数据生产高于maxRate，当前集群处理能力也高于maxRate，这就会造成资源利用率下降等问题。

为了更好的协调数据接收速率与资源处理能力，1.5版本开始Spark Streaming可以动态控制数据接收速率来适配集群数据处理能力。背压机制（即Spark Streaming Backpressure）：根据JobScheduler反馈作业的执行信息来动态调整Receiver数据接收率。

通过属性"spark.streaming.backpressure.enabled"来控制是否启用背压机制，默认值false，即不启用。

Spark Streaming特点

易用

容错

易整合到Spark体系

DStream入门

WordCount案例实操

需求：使用netcat工具向9999端口不断的发送数据，通过SparkStreaming读取端口数据并统计不同单词出现的次数

1）添加依赖

<dependencies>

<dependency>

<groupId>org.apache.spark</groupId>

<artifactId>spark-streaming_2.12</artifactId>

<version>3.0.0</version>

</dependency>

<dependency>

<groupId>org.apache.spark</groupId>

<artifactId>spark-core_2.12</artifactId>

<version>3.0.0</version>

</dependency>

</dependencies>

2）编写代码

1. import org.apache.spark.SparkConf
2. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
3.  
4. object SparkStreaming01_WordCount {
5.  
6.     def main(args: Array[String]): Unit = {
7.         //1.初始化Spark配置信息
8.         val sparkConf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
9.         //2.初始化SparkStreamingContext
10.         val ssc = new StreamingContext(sparkConf, Seconds(3))
11.  
12.         //3.通过监控端口创建DStream，读进来的数据为一行行
13.         val lineDStream = ssc.socketTextStream("hadoop102", 9999)
14.  
15.         //3.1 将每一行数据做切分，形成一个个单词
16.         val wordDStream = lineDStream.flatMap(_.split(" "))
17.         //3.2 将单词映射成元组（word,1）
18.         val wordToOneDStream = wordDStream.map((_, 1))
19.         //3.3 将相同的单词次数做统计
20.         val wordToSumDStream = wordToOneDStream.reduceByKey(_+_)
21.         //3.4 打印
22.         wordToSumDStream.print()
23.  
24.         //4 启动SparkStreamingContext
25.         ssc.start()
26.         // 将主线程阻塞，主线程不退出
27.         ssc.awaitTermination()
28.     }
29. }

3）更改日志打印级别

将log4j.properties文件添加到resources里面，就能更改打印日志的级别为error

log4j.rootLogger=error, stdout,R

log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender

log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout

log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} %5p --- [%50t] %-80c(line:%5L) : %m%n

log4j.appender.R=org.apache.log4j.RollingFileAppender

log4j.appender.R.File=../log/agent.log

log4j.appender.R.MaxFileSize=1024KB

log4j.appender.R.MaxBackupIndex=1

log4j.appender.R.layout=org.apache.log4j.PatternLayout

log4j.appender.R.layout.ConversionPattern=%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} %5p --- [%50t] %-80c(line:%6L) : %m%n

4）启动程序并通过netcat发送数据：

[hadoop@hadoop102 ~]$ nc -lk 9999

hello spark

5）在Idea控制台输出如下内容：

-------------------------------------------

Time: 1602731772000 ms

-------------------------------------------

(hello,1)

(spark,1)

注意：目前用的算子，只能处理本批次数据的累加，不能统计所有批次总的单词个数。

WordCount解析

DStream是Spark Streaming的基础抽象，代表持续性的数据流和经过各种Spark算子操作后的结果数据流。

在内部实现上，每一批次的数据封装成一个RDD，一系列连续的RDD组成了DStream。对这些RDD的转换是由Spark引擎来计算。

说明：DStream中批次与批次之间计算相互独立。如果批次设置时间小于计算时间会出现计算任务叠加情况，需要多分配资源。通常情况，批次设置时间要大于计算时间。

DStream创建

RDD队列

• 用法及说明

测试方法：

使用ssc.queueStream（queueOfRDDs）来创建DStream

将每一个推送到这个队列中的RDD，都会作为一个DStream处理。

• 案例实操

需求：循环创建几个RDD，将RDD放入队列。通过SparkStreaming创建DStream，计算WordCount

编写代码

1. import org.apache.spark.SparkConf
2. import org.apache.spark.rdd.RDD
3. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
4. import scala.collection.mutable
6. object SparkStreaming02_RDDStream {
8. def main(args: Array[String]): Unit = {
9. //1.初始化Spark配置信息
10. val conf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
11. //2.初始化SparkStreamingContext
12. val ssc = new StreamingContext(conf, Seconds(4))
14. //3.创建RDD队列
15. val rddQueue = new mutable.Queue[RDD[Int]]()
17. //4.创建QueueInputDStream
18. // oneAtATime = true 默认，一次读取队列里面的一个数据
19. // oneAtATime = false， 按照设定的时间，读取队列里面数据
20. val inputDStream = ssc.queueStream(rddQueue, oneAtATime = false)
21. //5.处理队列中的RDD数据
22. val sumDStream = inputDStream.reduce(_+_)
23. //6.打印结果
24. sumDStream.print()
26. //7.启动任务
27. ssc.start()
29. //8.循环创建并向RDD队列中放入RDD
30. for (i <- 1 to 5) {
31. rddQueue += ssc.sparkContext.makeRDD(1 to 5)
32. Thread.sleep(2000)
33. }
35. ssc.awaitTermination()
36. }
37. }

结果展示（oneAtATime = false）

-------------------------------------------

Time: 1603347444000 ms

-------------------------------------------

15

-------------------------------------------

Time: 1603347448000 ms

-------------------------------------------

30

-------------------------------------------

Time: 1603347452000 ms

-------------------------------------------

30

说明：如果一个批次中有多个RDD进入队列，最终计算前都会合并到一个RDD计算

自定义数据源

• 用法及说明

需要继承Receiver，并实现onStart、onStop方法来自定义数据源采集。

3.2.2 案例实操

需求：自定义数据源，实现监控某个端口号，获取该端口号内容。

1. 使用自定义的数据源采集数据
2. import org.apache.spark.SparkConf
3. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
5. object SparkStreaming03_CustomerReceiver {
7. def main(args: Array[String]): Unit = {
9. //1.初始化Spark配置信息
10. val sparkConf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
11. //2.初始化SparkStreamingContext
12. val ssc = new StreamingContext(sparkConf, Seconds(5))
14. //3.创建自定义receiver的Streaming
15. val lineDStream = ssc.receiverStream(new CustomerReceiver("hadoop102", 9999))
17. //4.将每一行数据做切分，形成一个个单词
18. val wordDStream = lineDStream.flatMap(_.split(" "))
19. //5.将单词映射成元组（word,1）
20. val wordToOneDStream = wordDStream.map((_, 1))
21. //6.将相同的单词次数做统计
22. val wordToSumDStream = wordToOneDStream.reduceByKey(_ + _)
23. //7.打印
24. wordToSumDStream.print()
26. //8.启动SparkStreamingContext
27. ssc.start()
28. ssc.awaitTermination()
29. }
30. }

2）自定义数据源

1. import org.apache.spark.storage.StorageLevel
2. import org.apache.spark.streaming.receiver.Receiver
3. import java.io.{BufferedReader, InputStreamReader}
4. import java.net.Socket
5. import java.nio.charset.StandardCharsets
7. class CustomerReceiver(host: String, port: Int) extends Receiver[String](StorageLevel.MEMORY_ONLY) {
9. // 最初启动的时候，调用该方法，作用为：读数据并将数据发送给Spark
10. override def onStart(): Unit = {
11. new Thread("Socket Receiver") {
12. override def run() {
13. receive()
14. }
15. }.start()
16. }
18. // 读数据并将数据发送给Spark
19. def receive(): Unit = {
20. // 创建一个Socket
21. val socket: Socket = new Socket(host, port)
22. // 创建一个BufferedReader用于读取端口传来的数据
23. val reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream, StandardCharsets.UTF_8))
24. // 读取数据
25. var input: String = reader.readLine()
26. //当receiver没有关闭并且输入数据不为空，则循环发送数据给Spark
27. while (!isStopped() && input != null) {
28. store(input)
29. input = reader.readLine()
30. }
32. // 如果循环结束，则关闭资源
33. reader.close()
34. socket.close()
35. //重启接收任务
36. restart("restart")
37. }
39. override def onStop(): Unit = {}
40. }

3）测试

先启动nc服务，再启动SparkStreaming程序

[hadoop@hadoop102 ~]$ nc -lk 9999

hello spark

Kafka数据源（面试、开发重点）

• 版本选型

ReceiverAPI：需要一个专门的Executor去接收数据，然后发送给其他的Executor做计算。存在的问题：接收数据的Executor和计算的Executor速度会有所不同，特别在接收数据的Executor速度大于计算的Executor速度，会导致计算数据的节点内存溢出。早期版本中提供此方式，当前版本不适用。

DirectAPI：是由计算的Executor来主动消费Kafka的数据，速度由自身控制。

注意：目前spark3.0.0以上版本只有Direct模式。

http://spark.apache.org/docs/2.4.7/streaming-kafka-integration.html

http://spark.apache.org/docs/3.0.0/streaming-kafka-0-10-integration.html

总结：不同版本的offset存储位置

0-8 ReceiverAPI offset默认存储在：Zookeeper中

0-8 DirectAPI offset默认存储在：CheckPoint

手动维护：MySQL等有事务的存储系统

0-10 DirectAPI offset默认存储在：_consumer_offsets系统主题

手动维护：MySQL等有事务的存储系统

• Kafka 0-10 Direct模式

1）需求：通过SparkStreaming从Kafka读取数据，并将读取过来的数据做简单计算，最终打印到控制台。

2）导入依赖

<dependency>

<groupId>org.apache.spark</groupId>

<artifactId>spark-streaming-kafka-0-10_2.12</artifactId>

<version>3.0.0</version>

</dependency>

3）编写代码

1. import org.apache.kafka.clients.consumer.{ConsumerConfig, ConsumerRecord}
2. import org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer
3. import org.apache.spark.SparkConf
4. import org.apache.spark.streaming.dstream.{DStream, InputDStream}
5. import org.apache.spark.streaming.kafka010.{ConsumerStrategies, KafkaUtils, LocationStrategies}
6. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
7.  
8. object SparkStreaming04_DirectAuto {
9.  
10.     def main(args: Array[String]): Unit = {
11.  
12.         //1.创建SparkConf
13.         val sparkConf: SparkConf = new SparkConf().setAppName("sparkstreaming").setMaster("local[*]")
14.  
15.         //2.创建StreamingContext
16.         val ssc = new StreamingContext(sparkConf, Seconds(3))
17.  
18.         //3.定义Kafka参数：kafka集群地址、消费者组名称、key序列化、value序列化
19.         val kafkaPara: Map[String, Object] = Map[String, Object](
20.             ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG -> "hadoop102:9092,hadoop103:9092,hadoop104:9092",
21.             ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG -> "group_1",
22.             ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG -> "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer",
23.             ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG -> classOf[StringDeserializer]
24.         )
25.  
26.         //4.读取Kafka数据创建DStream
27.         val kafkaDStream: InputDStream[ConsumerRecord[String, String]] = KafkaUtils.createDirectStream[String, String](
28.             ssc,
29.             LocationStrategies.PreferConsistent, //优先位置
30.             ConsumerStrategies.Subscribe[String, String](Set("testTopic"), kafkaPara)// 消费策略：（订阅多个主题，配置参数）
31.         )
32.  
33.         //5.将每条消息的KV取出
34.         val valueDStream: DStream[String] = kafkaDStream.map(record => record.value())
35.  
36.         //6.计算WordCount
37.         valueDStream.flatMap(_.split(" "))
38.             .map((_, 1))
39.             .reduceByKey(_ + _)
40.             .print()
41.  
42.         //7.开启任务
43.         ssc.start()
44.         ssc.awaitTermination()
45.     }
46. }

4）测试

（1）分别启动Zookeeper和Kafka集群

zk.sh start

kf.sh start

（2）创建一个Kafka的Topic主题testTopic，两个分区

bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181/kafka --create --replication-factor 1 --partitions 2 --topic testTopic

（3）查看Topic列表

bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181/kafka -list

（4）查看Topic详情

bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181/kafka --describe --topic testTopic

（5）创建Kafka生产者

bin/kafka-console-producer.sh --broker-list hadoop102:9092 --topic testTopic

Hello spark

Hello spark

（6）创建Kafka消费者

bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server hadoop102:9092 --from-beginning --topic testTopic

5）查看_consumer_offsets主题中存储的offset

bin/kafka-consumer-groups.sh --bootstrap-server hadoop102:9092 --describe --group group_1

GROUP TOPIC PARTITION CURRENT-OFFSET
LOG-END-OFFSET

Group_1 testTopic 0 13 13

在生产者中生产数据，再次观察offset变化

DStream转换

DStream上的操作与RDD的类似，分为转换和输出两种，此外转换操作中还有一些比较特殊的原语，如：updateStateByKey()、transform()以及各种Window相关的原语。

无状态转化操作

无状态转化操作：就是把RDD转化操作应用到DStream每个批次上，每个批次相互独立，自己算自己的。

常规无状态转化操作

DStream的部分无状态转化操作列在了下表中，都是DStream自己的API。

注意，针对键值对的DStream转化操作，要添加import StreamingContext._才能在Scala中使用，比如reduceByKey()。

需要记住的是，尽管这些函数看起来像作用在整个流上一样，但事实上每个DStream在内部是由许多RDD批次组成，且无状态转化操作是分别应用到每个RDD批次上的。

Transform

需求：通过Transform可以将DStream每一批次的数据直接转换为RDD的算子操作。

1. 代码编写
   1. import org.apache.spark.SparkConf
   2. import org.apache.spark.rdd.RDD
   3. import org.apache.spark.streaming.dstream.{DStream, ReceiverInputDStream}
   4. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
   5.  
   6. object SparkStreaming05_Transform {
   7.  
   8.     def main(args: Array[String]): Unit = {
   9.         //1 创建SparkConf
   10.         val sparkConf: SparkConf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
   11.         //2 创建StreamingContext
   12.         val ssc = new StreamingContext(sparkConf, Seconds(3))
   13.  
   14.         //3 创建DStream
   15.         val lineDStream: ReceiverInputDStream[String] = ssc.socketTextStream("hadoop102", 9999)
   16.  
   17.         // 在Driver端执行，全局一次
   18.         println("111111111:" + Thread.currentThread().getName)
   19.  
   20.         //4 转换为RDD操作
   21.         val wordToSumDStream: DStream[(String, Int)] = lineDStream.transform(
   22.             rdd => {
   23.                 // 在Driver端执行(ctrl+n JobGenerator)，一个批次一次
   24.                 println("222222:" + Thread.currentThread().getName)
   25.                 val words: RDD[String] = rdd.flatMap(_.split(" "))
   26.                 val wordToOne: RDD[(String, Int)] = words.map(x=>{
   27.                     // 在Executor端执行，和单词个数相同
   28.                     println("333333:" + Thread.currentThread().getName)
   29.                     (x, 1)
   30.                 })
   31.                 val value: RDD[(String, Int)] = wordToOne.reduceByKey(_ + _)
   32.                 value
   33.             }
   34.         )
   35.         //5 打印
   36.         wordToSumDStream.print
   37.  
   38.         //6 启动
   39.         ssc.start()
   40.         ssc.awaitTermination()
   41.     }
   42. }

有状态转化操作

有状态转化操作：计算当前批次RDD时，需要用到历史RDD的数据。

UpdateStateByKey

updateStateByKey()用于键值对形式的DStream，可以记录历史批次状态。例如可以实现累加WordCount。

updateStateByKey()参数中需要传递一个函数，在函数内部可以根据需求对新数据和历史状态进行整合处理，返回一个新的DStream。

注意：使用updateStateByKey需要对检查点目录进行配置，会使用检查点来保存状态。

checkpoint小文件过多

checkpoint记录最后一次时间戳，再次启动的时候会把间隔时间的周期再执行一次

0）需求：更新版的WordCount

1）编写代码

1. import org.apache.spark.SparkConf
2. import org.apache.spark.streaming.dstream.ReceiverInputDStream
3. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
4.  
5. object sparkStreaming06_updateStateByKey {
6.  
7.     // 定义更新状态方法，参数seq为当前批次单词次数，state为以往批次单词次数
8.     val updateFunc = (seq: Seq[Int], state: Option[Int]) => {
9.         // 当前批次数据累加
10.         val currentCount = seq.sum
11.         // 历史批次数据累加结果
12.         val previousCount = state.getOrElse(0)
13.         // 总的数据累加
14.         Some(currentCount + previousCount)
15.     }
16.  
17.     def createSCC(): StreamingContext = {
18.         //1 创建SparkConf
19.         val conf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
20.         //2 创建StreamingContext
21.         val ssc = new StreamingContext(conf, Seconds(3))
22.  
23.         ssc.checkpoint("./ck")
24.  
25.         //3 获取一行数据
26.         val lines = ssc.socketTextStream("hadoop102", 9999)
27.         //4 切割
28.         val words = lines.flatMap(_.split(" "))
29.         //5 统计单词
30.         val wordToOne = words.map(word => (word, 1))
31.         //6 使用updateStateByKey来更新状态，统计从运行开始以来单词总的次数
32.         val stateDstream = wordToOne.updateStateByKey[Int](updateFunc)
33.         stateDstream.print()
34.  
35.         ssc
36.     }
37.  
38.     def main(args: Array[String]): Unit = {
39.  
40.         val ssc: StreamingContext = StreamingContext.getActiveOrCreate("./ck",()=>createSCC())
41.  
42.         //7 开启任务
43.         ssc.start()
44.         ssc.awaitTermination()
45.     }
46. }

2）启动程序并向9999端口发送数据

nc -lk 9999

hello hadoop

hello hadoop

3）结果展示

-------------------------------------------

Time: 1603441344000 ms

-------------------------------------------

(hello,1)

(hadoop,1)

-------------------------------------------

Time: 1603441347000 ms

-------------------------------------------

(hello,2)

(hadoop,2)

4）原理说明

WindowOperations(窗口函数)

Window Operations可以设置窗口的大小和滑动窗口的间隔来动态的获取当前Streaming的允许状态。所有基于窗口的操作都需要两个参数，分别为窗口时长以及滑动步长。

窗口时长：计算内容的时间范围；

滑动步长：隔多久触发一次计算。

注意：这两者都必须为采集批次大小的整数倍。

如下图所示WordCount案例：窗口大小为批次的2倍，滑动步等于批次大小。

Window

1）基本语法：window(windowLength, slideInterval): 基于对源DStream窗口的批次进行计算返回一个新的DStream。

2）需求：统计WordCount：3秒一个批次，窗口12秒，滑步6秒。

3）代码编写：

1. import org.apache.spark.SparkConf
2. import org.apache.spark.streaming.dstream.DStream
3. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
4.  
5. object SparkStreaming07_window {
6.  
7.     def main(args: Array[String]): Unit = {
8.  
9.         // 1 初始化SparkStreamingContext
10.         val conf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
11.         val ssc = new StreamingContext(conf, Seconds(3))
12.  
13.         // 2 通过监控端口创建DStream，读进来的数据为一行行
14.         val lines = ssc.socketTextStream("hadoop102", 9999)
15.  
16.         // 3 切割=》变换
17.         val wordToOneDStream = lines.flatMap(_.split(" "))
18.             .map((_, 1))
19.  
20.         // 4 获取窗口返回数据
21.         val wordToOneByWindow: DStream[(String, Int)] = wordToOneDStream.window(Seconds(12), Seconds(6))
22.  
23.         // 5 聚合窗口数据并打印
24.         val wordToCountDStream: DStream[(String, Int)] = wordToOneByWindow.reduceByKey(_+_)
25.         wordToCountDStream.print()
26.  
27.         // 6 启动=》阻塞
28.         ssc.start()
29.         ssc.awaitTermination()
30.     }
31. }

5）如果有多批数据进入窗口，最终也会通过window操作变成统一的RDD处理。

reduceByKeyAndWindow

1）基本语法：

• reduceByKeyAndWindow(func, windowLength, slideInterval, [numTasks])：当在一个(K,V)对的DStream上调用此函数，会返回一个新(K,V)对的DStream，此处通过对滑动窗口中批次数据使用reduce函数来整合每个key的value值。

2）需求：统计WordCount：3秒一个批次，窗口12秒，滑步6秒。

3）代码编写：

1. import org.apache.spark.SparkConf
2. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
3.  
4. object SparkStreaming08_reduceByKeyAndWindow {
5.  
6.     def main(args: Array[String]): Unit = {
7.  
8.         // 1 初始化SparkStreamingContext
9.         val conf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
10.         val ssc = new StreamingContext(conf, Seconds(3))
11.  
12.         // 保存数据到检查点
13.         ssc.checkpoint("./ck")
14.  
15.         // 2 通过监控端口创建DStream，读进来的数据为一行行
16.         val lines = ssc.socketTextStream("hadoop102", 9999)
17.  
18.         // 3 切割=》变换
19.         val wordToOne = lines.flatMap(_.split(" "))
20.                          .map((_, 1))
21.  
22.         // 4 窗口参数说明： 算法逻辑，窗口12秒，滑步6秒
23.         val wordCounts = wordToOne.reduceByKeyAndWindow((a: Int, b: Int) => (a + b), Seconds(12), Seconds(6))
24.  
25.         // 5 打印
26.         wordCounts.print()
27.  
28.         // 6 启动=》阻塞
29.         ssc.start()
30.         ssc.awaitTermination()
31.     }
32. }

reduceByKeyAndWindow（反向Reduce）

1）基本语法：

• reduceByKeyAndWindow(func, invFunc, windowLength, slideInterval, [numTasks]): 这个函数是上述函数的变化版本，每个窗口的reduce值都是通过用前一个窗的reduce值来递增计算。通过reduce进入到滑动窗口数据并"反向reduce"离开窗口的旧数据来实现这个操作。一个例子是随着窗口滑动对keys的"加""减"计数。通过前边介绍可以想到，这个函数只适用于"可逆的reduce函数"，也就是这些reduce函数有相应的"反reduce"函数（以参数invFunc形式传入）。如前述函数，reduce任务的数量通过可选参数来配置。

2）需求：统计WordCount：3秒一个批次，窗口12秒，滑步6秒。

3）代码编写：

1. import org.apache.spark.{HashPartitioner, SparkConf}
2. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
3.  
4. object SparkStreaming09_reduceByKeyAndWindow_reduce {
5.  
6.     def main(args: Array[String]): Unit = {
7.  
8.         // 1 初始化SparkStreamingContext
9.         val conf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
10.         val ssc = new StreamingContext(conf, Seconds(3))
11.  
12.         // 保存数据到检查点
13.         ssc.checkpoint("./ck")
14.  
15.         // 2 通过监控端口创建DStream，读进来的数据为一行行
16.         val lines = ssc.socketTextStream("hadoop102", 9999)
17.  
18.         // 3 切割=》变换
19.         val wordToOne = lines.flatMap(_.split(" "))
20.             .map((_, 1))
21.  
22.         // 4 窗口参数说明： 算法逻辑，窗口12秒，滑步6秒
23.         /*
24.         val wordToSumDStream: DStream[(String, Int)]= wordToOne.reduceByKeyAndWindow(
25.             (a: Int, b: Int) => (a + b),
26.             (x: Int, y: Int) => (x - y),
27.             Seconds(12),
28.             Seconds(6)
29.         )*/
30.  
31.         // 处理单词统计次数为0的问题
32.         val wordToSumDStream: DStream[(String, Int)]= wordToOne.reduceByKeyAndWindow(
33.             (a: Int, b: Int) => (a + b),
34.             (x: Int, y: Int) => (x - y),
35.             Seconds(12),
36.             Seconds(6),
37.             new HashPartitioner(2),
38.             (x:(String, Int)) => x._2 > 0
39.         )
40.  
41.         // 5 打印
42.         wordToSumDStream.print()
43.  
44.         // 6 启动=》阻塞
45.         ssc.start()
46.         ssc.awaitTermination()
47.     }
48. }

Window的其他操作

（1）countByWindow(windowLength, slideInterval): 返回一个滑动窗口计数流中的元素个数；

（2）reduceByWindow(func, windowLength, slideInterval): 通过使用自定义函数整合滑动区间流元素来创建一个新的单元素流；

DStream输出

DStream通常将数据输出到，外部数据库或屏幕上。

DStream与RDD中的惰性求值类似，如果一个DStream及其派生出的DStream都没有被执行输出操作，那么这些DStream就都不会被求值。如果StreamingContext中没有设定输出操作，整个Context就都不会启动。

1）输出操作API如下：

1. saveAsTextFiles(prefix, [suffix])：以text文件形式存储这个DStream的内容。每一批次的存储文件名基于参数中的prefix和suffix。"prefix-Time_IN_MS[.suffix]"。
2. saveAsObjectFiles(prefix, [suffix])：以Java对象序列化的方式将DStream中的数据保存为 SequenceFiles 。每一批次的存储文件名基于参数中的为"prefix-TIME_IN_MS[.suffix]"。
3. saveAsHadoopFiles(prefix, [suffix])：将Stream中的数据保存为 Hadoop files。每一批次的存储文件名基于参数中的为"prefix-TIME_IN_MS[.suffix]"。

注意：以上操作都是每一批次写出一次，会产生大量小文件，在生产环境，很少使用。

1. print()：在运行流程序的驱动结点上打印DStream中每一批次数据的最开始10个元素。这用于开发和调试。
2. foreachRDD(func)：这是最通用的输出操作，即将函数func用于产生DStream的每一个RDD。其中参数传入的函数func应该实现将每一个RDD中数据推送到外部系统，如将RDD存入文件或者写入数据库。

在企业开发中通常采用foreachRDD()，它用来对DStream中的RDD进行任意计算。这和transform()有些类似，都可以让我们访问任意RDD。在foreachRDD()中，可以重用在Spark中实现的所有行动操作。比如，常见的用例之一是把数据写到如MySQL的外部数据库中。

1. foreachRDD代码实操
   1. import org.apache.spark.SparkConf
   2. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
   3.  
   4. object SparkStreaming10_output {
   5.  
   6.     def main(args: Array[String]): Unit = {
   7.  
   8.         // 1 初始化SparkStreamingContext
   9.         val conf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkstreaming")
   10.         val ssc = new StreamingContext(conf, Seconds(3))
   11.  
   12.         // 2 通过监控端口创建DStream，读进来的数据为一行行
   13.         val lineDStream = ssc.socketTextStream("hadoop102", 9999)
   14.  
   15.         // 3 切割=》变换
   16.         val wordToOneDStream = lineDStream.flatMap(_.split(" "))
   17.             .map((_, 1))
   18.  
   19.         // 4 输出
   20.         wordToOneDStream.foreachRDD(
   21.             rdd=>{
   22.                 // 在Driver端执行(ctrl+n JobScheduler)，一个批次一次
   23.                 // 在JobScheduler 中查找（ctrl + f）streaming-job-executor
   24.                 println("222222:" + Thread.currentThread().getName)
   25.  
   26.                 rdd.foreachPartition(
   27.                     //5.1 测试代码
   28.                     iter=>iter.foreach(println)
   29.  
   30.                     //5.2 企业代码
   31.                     //5.2.1 获取连接
   32.                     //5.2.2 操作数据，使用连接写库
   33.                     //5.2.3 关闭连接
   34.                 )
   35.             }
   36.         )
   37.  
   38.         // 5 启动=》阻塞
   39.         ssc.start()
   40.         ssc.awaitTermination()
   41.     }
   42. }

3）注意

（1）连接不能写在Driver层面（序列化）

（2）如果写在foreach则每个RDD中的每一条数据都创建，得不偿失；

（3）增加foreachPartition，在分区创建（获取）。

优雅关闭

流式任务需要7*24小时执行，但是有时涉及到升级代码需要主动停止程序，但是分布式程序，没办法做到一个个进程去杀死，所以配置优雅的关闭就显得至关重要了。

关闭方式：使用外部文件系统来控制内部程序关闭。

1. 主程序
   1. import java.net.URI
   2. import org.apache.hadoop.conf.Configuration
   3. import org.apache.hadoop.fs.{FileSystem, Path}
   4. import org.apache.spark.SparkConf
   5. import org.apache.spark.streaming.dstream.ReceiverInputDStream
   6. import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext, StreamingContextState}
   7.  
   8. object SparkStreaming11_stop {
   9.  
   10.     def main(args: Array[String]): Unit = {
   11.  
   12.         //1.初始化Spark配置信息
   13.         val sparkconf: SparkConf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("sparkStreaming")
   14.         //2.初始化SparkStreamingContext
   15.         val ssc: StreamingContext = new StreamingContext(sparkconf, Seconds(3))
   16.  
   17.         // 设置优雅的关闭
   18.         sparkconf.set("spark.streaming.stopGracefullyOnShutdown", "true")
   19.         // 接收数据
   20.         val lineDStream: ReceiverInputDStream[String] = ssc.socketTextStream("hadoop102", 9999)
   21.         // 执行业务逻辑
   22.         lineDStream.flatMap(_.split(" ")).map((_,1)).print()
   23.  
   24.         // 开启监控程序
   25.         new Thread(new MonitorStop(ssc)).start()
   26.  
   27.         //4 启动SparkStreamingContext
   28.         ssc.start()
   29.  
   30.         // 将主线程阻塞，主线程不退出
   31.         ssc.awaitTermination()
   32.     }
   33. }
   34.  
   35. // 监控程序
   36. class MonitorStop(ssc: StreamingContext) extends Runnable{
   37.  
   38.     override def run(): Unit = {
   39.         // 获取HDFS文件系统
   40.         val fs: FileSystem = FileSystem.get(new URI("hdfs://hadoop102:8020"),new Configuration(),"hadoop")
   41.  
   42.         while (true){
   43.             Thread.sleep(5000)
   44.             // 获取/stopSpark路径是否存在
   45.             val result: Boolean = fs.exists(new Path("hdfs://hadoop102:8020/stopSpark"))
   46.  
   47.             if (result){
   48.                 val state: StreamingContextState = ssc.getState()
   49.                 // 获取当前任务是否正在运行
   50.                 if (state == StreamingContextState.ACTIVE){
   51.                     // 优雅关闭
   52.                     ssc.stop(stopSparkContext = true, stopGracefully = true)
   53.                     System.exit(0)
   54.                 }
   55.             }
   56.         }
   57.     }
   58. }

2）测试

（1）发送数据

nc -lk 9999

hello

（2）启动Hadoop集群

sbin/start-dfs.sh

hadoop fs -mkdir /stopSpark

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