spark版本定制六：Spark Streaming源码解读之Job动态生成和深度思考

本期内容：

1、Spark Streaming Job生成深度思考

2、Spark Streaming Job生成源码解析

一、Spark Streaming Job生成深度思考

源码解析：

1. 在大数据处理场景中，如果不是流处理的话，一般会有定时任务。例如10分钟触发一次，1个小时触发一次，这就是做流处理的感觉，一切不是流处理，或者与流处理无关的数据都将是没有价值的数据，以前做批处理的时候其实也是隐形的在做流处理，一切处理终将被流处理统一！！

DStreams其实有三种类型：

第一种是输入的DStrams，可以有各种不同的数据来源构建的Stream，例如来自Socket，Kafka，Flume等；

第二种是输出的DStrams，outputStreams 是逻辑级别的Action，由于还是Spark Streaming框架级别的，底层还是会翻译成物理级别的Action，就是ADD的Action；

第三种是Transforms操作从一种DStream转变为另一种DStream，即基于其他DStream产生的。其中DStreamGraph 类记录了数据来源的DStream，和输出类型的DStream 

产生DStreams有两种方式：

DSTreams要么基于数据源产生，要么基于其它的DStreams产生；

SparkStreaming流处理基于时间作为触发器，Storm基于事件作为触发器，基于一个又一个的Record!!

 

二、Spark Streaming Job生成源码解析

Spark 作业动态生成三大核心： 
JobGenerator: 负责Job生成。 基于源数据生成；
JobSheduler： 负责Job调度。 基于源数据调度；
ReceiverTracker: 获取元数据。

JobGenerator和ReceiverTracker是JobScheduler的成员，从JobScheduler的start方法可以看出！！

跟踪源码得到如下运行流程：

streamingcontext.start-->jobscheduler.start-->receiverTracker.start()-->JobGenterator.start()-->EventLoop-->processEvent()-->generateJobs()-->jobScheduler.receiverTracker.allocateBlocksToBatch(time)-->graph.generateJobs(time)-->jobScheduler.inputInfoTracker.getInfo(time)-->jobScheduler.submitJobSet-->startFirstTime()-->graph.start()-->timer.start()

具体逻辑图如下：

说明：此图引用了spark版本定制班成员http://lqding.blog.51cto.com/9123978/1772958的成果，表示深深的感谢

 

下面结合调式过程和job生成结构图，逐步追踪源码：

1.val ssc = new StreamingContext(conf, Seconds(5))

   ssc.start()程序运行的入口；

2.进入jobscheduler.start()

def start(): Unit = synchronized {  
  if (eventLoop != null) return // scheduler has already been started
    logDebug("Starting JobScheduler")
    eventLoop = new EventLoop[JobSchedulerEvent]("JobScheduler") {
      override protected def onReceive(event: JobSchedulerEvent): Unit = processEvent(event)

      override protected def onError(e: Throwable): Unit = reportError("Error in job scheduler", e)
    }
    //启动消息循环处理线程
    eventLoop.start()

    // attach rate controllers of input streams to receive batch completion updates
    for {
      inputDStream <- ssc.graph.getInputStreams
      rateController <- inputDStream.rateController
    } ssc.addStreamingListener(rateController)

    listenerBus.start(ssc.sparkContext)
    receiverTracker = new ReceiverTracker(ssc)
    inputInfoTracker = new InputInfoTracker(ssc)
    //接收源数据
    receiverTracker.start()
    //基于源数据生成Job
    jobGenerator.start()
    logInfo("Started JobScheduler")
  }

3.进入receiverTracker.start()方法：

  /** Start the endpoint and receiver execution thread. */
  def start(): Unit = synchronized {
    if (isTrackerStarted) {
      throw new SparkException("ReceiverTracker already started")
    }

    if (!receiverInputStreams.isEmpty) {
      endpoint = ssc.env.rpcEnv.setupEndpoint(
        //ReceiverTracker接收到源数据后保存在ReceiverTrackerEndpoint中
        "ReceiverTracker", new ReceiverTrackerEndpoint(ssc.env.rpcEnv))
      if (!skipReceiverLaunch) launchReceivers()
      logInfo("ReceiverTracker started")
      trackerState = Started
    }
  }

4.进入jobGenerator.start()方法：

//checkpoint的初始化操作，实例化并启动消息循环体EventLoop，开启定时生成Job的定时器。
/** Start generation of jobs */
  def start(): Unit = synchronized {
    if (eventLoop != null) return // generator has already been started

    // Call checkpointWriter here to initialize it before eventLoop uses it to avoid a deadlock.
    // See SPARK-10125
    checkpointWriter

    eventLoop = new EventLoop[JobGeneratorEvent]("JobGenerator") {
      //匿名内部类重写onReceive方法
      override protected def onReceive(event: JobGeneratorEvent): Unit = processEvent(event)

      override protected def onError(e: Throwable): Unit = {
        jobScheduler.reportError("Error in job generator", e)
      }
    }
    eventLoop.start()

    if (ssc.isCheckpointPresent) {
      restart()
    } else {
      startFirstTime()
    }
  }

首先看EventLoop类

/**
 * An event loop to receive events from the caller and process all events in the event thread. It
 * will start an exclusive event thread to process all events.
 *
 * Note: The event queue will grow indefinitely. So subclasses should make sure `onReceive` can
 * handle events in time to avoid the potential OOM.
 * EvenLoop类中有，后台线程从队列中获取消息，然后调用onReceive方法对该消息进行处理，这里的onReceive方法即匿名内部类中重写onReceive方法的processEvent方法。
 */
private[spark] abstract class EventLoop[E](name: String) extends Logging {
  
 //存储消息的LinkedBlockingDeque和后台线程
  private val eventQueue: BlockingQueue[E] = new LinkedBlockingDeque[E]()

  private val stopped = new AtomicBoolean(false)

  private val eventThread = new Thread(name) {
    setDaemon(true)//后台线程

    override def run(): Unit = {
      try {
        while (!stopped.get) {
          //后台线程从队列中获取消息
          val event = eventQueue.take()
          try {
            onReceive(event)//对消息进行处理，这里的onReceive方法即匿名内部类中重写onReceive方法的processEvent方法
          } catch {
            case NonFatal(e) => {
              try {
                onError(e)
              } catch {
                case NonFatal(e) => logError("Unexpected error in " + name, e)
              }
            }
          }
        }
      } catch {
        case ie: InterruptedException => // exit even if eventQueue is not empty
        case NonFatal(e) => logError("Unexpected error in " + name, e)
      }
    }

  }

  def start(): Unit = {
    if (stopped.get) {
      throw new IllegalStateException(name + " has already been stopped")
    }
    // Call onStart before starting the event thread to make sure it happens before onReceive
    onStart()
    eventThread.start()
  }

进入最重要的processEvent方法：

//processEvent方法是对消息类型进行模式匹配，然后路由到对应处理该消息的方法中。消息的处理一般是发给另外一个线程来处理的，消息循环器不处理耗时的业务逻辑
/** Processes all events */
  private def processEvent(event: JobGeneratorEvent) {
    logDebug("Got event " + event)
    event match {
      case GenerateJobs(time) => generateJobs(time)
      case ClearMetadata(time) => clearMetadata(time)
      case DoCheckpoint(time, clearCheckpointDataLater) =>
        doCheckpoint(time, clearCheckpointDataLater)
      case ClearCheckpointData(time) => clearCheckpointData(time)
    }
  }

进入generateJobs方法：

在获取到数据后调用DStreamGraph的generateJobs方法来生成Job，具体如下步骤所示： 
 /** Generate jobs and perform checkpoint for the given `time`.  */
  private def generateJobs(time: Time) {
    // Set the SparkEnv in this thread, so that job generation code can access the environment
    // Example: BlockRDDs are created in this thread, and it needs to access BlockManager
    // Update: This is probably redundant after threadlocal stuff in SparkEnv has been removed.
    SparkEnv.set(ssc.env)
    Try {
      //第一步：获取当前时间段里面的数据。根据分配的时间来分配具体要处理的数据。
      jobScheduler.receiverTracker.allocateBlocksToBatch(time) // allocate received blocks to batch
      //第二步：生成Job，获取RDD的DAG依赖关系。在此基于DStream生成了RDD实例
      graph.generateJobs(time) // generate jobs using allocated block
    } match {
      case Success(jobs) =>
        //第三步：获取streamIdToInputInfos的信息。BacthDuractions要处理的数据，以及我们要处理的业务逻辑
        val streamIdToInputInfos = jobScheduler.inputInfoTracker.getInfo(time)
        //第四步：将生成的Job交给jobScheduler
        jobScheduler.submitJobSet(JobSet(time, jobs, streamIdToInputInfos))
      case Failure(e) =>
        jobScheduler.reportError("Error generating jobs for time " + time, e)
    }
    //第五步：进行checkpoint
    eventLoop.post(DoCheckpoint(time, clearCheckpointDataLater = false))
  }

进入DStreamGraph的generateJobs方法：

def generateJobs(time: Time): Seq[Job] = {
  logDebug("Generating jobs for time " + time)
  val jobs = this.synchronized {
    outputStreams.flatMap { outputStream =>
      //这里的outputStreams是整个DStream中的最后一个DStream。outputStream.generateJob(time)类似于RDD中从后往前推
      val jobOption = outputStream.generateJob(time)
      jobOption.foreach(_.setCallSite(outputStream.creationSite))
      jobOption
    }
  }
  logDebug("Generated " + jobs.length + " jobs for time " + time)
  jobs
}

　　

进入onReceive方法：

/**
 * Invoked in the event thread when polling events from the event queue.
 *
 * Note: Should avoid calling blocking actions in `onReceive`, or the event thread will be blocked
 * and cannot process events in time. If you want to call some blocking actions, run them in
 * another thread.
不断的从消息队列中获得消息，一旦获得消息就会处理。 
不要在onReceive中添加阻塞的消息，如果这样的话会不断的阻塞消息。 
消息循环器一般都不会处理具体的业务逻辑，一般消息循环器发现消息以后都会将消息路由给其他的线程去处理
 */
protected def onReceive(event: E): Unit

其中submitJobSet方法，只是把JobSet放到ConcurrentHashMap中，把Job封装为JobHandler提交到jobExecutor线程池中

def submitJobSet(jobSet: JobSet) {
  if (jobSet.jobs.isEmpty) {
    logInfo("No jobs added for time " + jobSet.time)
  } else {
    listenerBus.post(StreamingListenerBatchSubmitted(jobSet.toBatchInfo))
    jobSets.put(jobSet.time, jobSet)
    jobSet.jobs.foreach(job => jobExecutor.execute(new JobHandler(job)))
    logInfo("Added jobs for time " + jobSet.time)
  }
}


private val jobSets: java.util.Map[Time, JobSet] = new ConcurrentHashMap[Time, JobSet]

　　

JobHandler对象为实现Runnable 接口，job的run方法导致了func的调用，即基于DStream的业务逻辑

def submitJobSet(jobSet: JobSet) {
  if (jobSet.jobs.isEmpty) {
    logInfo("No jobs added for time " + jobSet.time)
  } else {
    listenerBus.post(StreamingListenerBatchSubmitted(jobSet.toBatchInfo))
    jobSets.put(jobSet.time, jobSet)
    jobSet.jobs.foreach(job => jobExecutor.execute(new JobHandler(job)))
    logInfo("Added jobs for time " + jobSet.time)
  }
}

 
private val jobSets: java.util.Map[Time, JobSet] = new ConcurrentHashMap[Time, JobSet]

　　

最后总结两点：

  1. Action RDD触发作业的执行，这个时候作为Runnable接口封装，它会定义一个方法，方法里面是基于DStream的依赖关系生成的RDD。翻译的时候是将DStream的依赖关系翻译成RDD的依赖关系，由于DStream的依赖关系最后一个是action级别的，翻译成RDD的时候，RDD的最后一个操作也应该是action级别的，如果翻译的时候直接执行的话，就直接生成了Job，就没有所谓的队列，所以会将翻译的事件放到一个函数中或者一个方法中，因此，如果这个函数没有指定的action触发作业是执行不了的。
  2. Spark Streaming根据时间不断的去管理我们生成的作业，这个时候我们每个作业又有action级别的操作，这个action操作是对DStream进行逻辑级别的操作，它生成每个Job放到队列的时候，一定会被翻译为RDD的操作，那基于RDD操作的最后一个一定是action级别的，如果翻译的话直接就是触发action的话整个Spark Streaming的Job就不受管理了。因此我们既要保证它的翻译，又要保证对它的管理，把DStream之间的依赖关系转变为RDD之间的依赖关系，最后一个DStream使得action的操作，翻译成一个RDD之间的action操作，整个翻译后的内容它是一块内容，这一块内容是放在一个函数体中的，这个函数体，就是函数的定义，这个函数由于它只是定义还没有执行，所以它里面的RDD的action不会执行，不会触发Job,当我们的JobScheduler要调度Job的时候，转过来在线程池中拿出一条线程执行刚才的封装的方法。

特别感谢王家林老师的独具一格的讲解：

王家林老师名片：

中国Spark第一人

新浪微博：http://weibo.com/ilovepains

微信公众号：DT_Spark

博客：http://blog.sina.com.cn/ilovepains

QQ：1740415547

YY课堂：每天20:00现场授课频道68917580

posted on 2016-05-12 22:39  Harvey.Sun  阅读(264)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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