Storm概念讲解和工作原理介绍

Strom的结构

Storm与传统关系型数据库
    传统关系型数据库是先存后计算，而storm则是先算后存，甚至不存
    传统关系型数据库很难部署实时计算，只能部署定时任务统计分析窗口数据
    关系型数据库重视事务，并发控制，相对来说Storm比较简陋
    Storm不Hadoop，Spark等是流行的大数据方案

与Storm关系密切的语言：核心代码用clojure书写，实用程序用python开发，使用java开发拓扑

topology

    Storm集群中有两种节点，一种是控制节点(Nimbus节点)，另一种是工作节点(Supervisor节点)。所有Topology任务的 提交必须在Storm客户端节点上进行(需要配置 storm.yaml文件)，由Nimbus节点分配给其他Supervisor节点进行处理。 Nimbus节点首先将提交的Topology进行分片，分成一个个的Task，并将Task和Supervisor相关的信息提交到 zookeeper集群上，Supervisor会去zookeeper集群上认领自己的Task，通知自己的Worker进程进行Task的处理。

    和同样是计算框架的MapReduce相比，MapReduce集群上运行的是Job，而Storm集群上运行的是Topology。但是Job在运行结束之后会自行结束，Topology却只能被手动的kill掉，否则会一直运行下去

    Storm不处理计算结果的保存，这是应用代码需要负责的事情，如果数据不大，你可以简单地保存在内存里，也可以每次都更新数据库，也可以采用NoSQL存储。这部分事情完全交给用户。

    数据存储之后的展现，也是你需要自己处理的，storm UI 只提供对topology的监控和统计。

    总体的Topology处理流程图为：

zookeeper集群

    storm使用zookeeper来协调整个集群， 但是要注意的是storm并不用zookeeper来传递消息。所以zookeeper上的负载是非常低的，单个节点的zookeeper在大多数情况下 都已经足够了， 但是如果你要部署大一点的storm集群， 那么你需要的zookeeper也要大一点。关于如何部署zookeeper，可以看http://zookeeper.apache.org/doc /r3.3.3/zookeeperAdmin.html

    部署zookeeper有些需要注意的地方：
    1、对zookeeper做好监控非常重要， zookeeper是fail-fast的系统，只要出现什么错误就会退出， 所以实际场景中要监控，更多细节看http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.3 /zookeeperAdmin.html#sc_supervision
    2、实际场景中要配置一个cron job来压缩zookeeper的数据和业务日志。zookeeper自己是不会去压缩这些的，所以你如果不设置一个cron job, 那么你很快就会发现磁盘不够用了，更多细节可以查看http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.3 /zookeeperAdmin.html#sc_maintenance

Component

    Storm中，Spout和Bolt都是Component。所以，Storm定义了一个名叫IComponent的总接口
    全家普如下：绿色部分是我们最常用、比较简单的部分。红色部分是与事务相关的

Spout

    Spout是Stream的消息产生源， Spout组件的实现可以通过继承BaseRichSpout类或者其他Spout类来完成，也可以通过实现IRichSpout接口来实现
public interface ISpout extends Serializable {
  void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector);
  void close();
  void nextTuple();
  void ack(Object msgId);
  void fail(Object msgId);
}
    open()方法 -- 初始化方法
    close() -- 在该spout将要关闭时调用。但是不保证其一定被调用，因为在集群中supervisor节点，可以使用kill -9来杀死worker进程。只有当Storm是在本地模式下运行，如果是发送停止命令，可以保证close的执行
    ack(Object msgId) -- 成功处理tuple时回调的方法，通常情况下，此方法的实现是将消息队列中的消息移除，防止消息重放
    fail(Object msgId) -- 处理tuple失败时回调的方法，通常情况下，此方法的实现是将消息放回消息队列中然后在稍后时间里重放
    nextTuple() -- 这是Spout类中最重要的一个方法。发射一个Tuple到Topology都是通过这个方法来实现的。调用此方法时，storm向spout发出请求， 让spout发出元组（tuple）到输出器（ouput collector）。这种方法应该是非阻塞的，所以spout如果没有元组发出，这个方法应该返回。nextTuple、ack 和fail 都在spout任务的同一个线程中被循环调用。 当没有元组的发射时，应该让nextTuple睡眠一个很短的时间（如一毫秒），以免浪费太多的CPU。
继承了BaseRichSpout后，不用实现close、 activate、 deactivate、 ack、 fail 和 getComponentConfiguration 方法，只关心最基本核心的部分。
通常情况下（Shell和事务型的除外），实现一个Spout，可以直接实现接口IRichSpout，如果不想写多余的代码，可以直接继承BaseRichSpout

Bolt

    Bolt类接收由Spout或者其他上游Bolt类发来的Tuple，对其进行处理。Bolt组件的实现可以通过继承BasicRichBolt类或者IRichBolt接口等来完成
    prepare方法 -- 此方法和Spout中的open方法类似，在集群中一个worker中的task初始化时调用。 它提供了bolt执行的环境
    declareOutputFields方法 -- 用于声明当前Bolt发送的Tuple中包含的字段(field)，和Spout中类似
    cleanup方法 -- 同ISpout的close方法，在关闭前调用。同样不保证其一定执行。
    execute方法 -- 这是Bolt中最关键的一个方法，对于Tuple的处理都可以放到此方法中进行。具体的发送是通过emit方法来完成的。execute接受一个 tuple进行处理，并用prepare方法传入的OutputCollector的ack方法（表示成功）或fail（表示失败）来反馈处理结果。
    Storm提供了IBasicBolt接口，其目的就是实现该接口的Bolt不用在代码中提供反馈结果了，Storm内部会自动反馈成功。如果你确实要反馈失败，可以抛出FailedException
    通常情况下，实现一个Bolt，可以实现IRichBolt接口或继承BaseRichBolt，如果不想自己处理结果反馈，可以实现 IBasicBolt接口或继承BaseBasicBolt，它实际上相当于自动实现了collector.emit.ack(inputTuple)

Topology运行流程

    (1)Storm提交后，会把代码首先存放到Nimbus节点的inbox目录下，之后，会把当前Storm运行的配置生成一个 stormconf.ser文件放到Nimbus节点的stormdist目录中，在此目录中同时还有序列化之后的Topology代码文件
    (2) 在设定Topology所关联的Spouts和Bolts时，可以同时设置当前Spout和Bolt的executor数目和task数目，默认情况下， 一个Topology的task的总和是和executor的总和一致的。之后，系统根据worker的数目，尽量平均的分配这些task的执行。 worker在哪个supervisor节点上运行是由storm本身决定的
    (3)任务分配好之后，Nimbus节点会将任务的信息提交到zookeeper集群，同时在zookeeper集群中会有workerbeats节点，这里存储了当前Topology的所有worker进程的心跳信息
    (4)Supervisor 节点会不断的轮询zookeeper集群，在zookeeper的assignments节点中保存了所有Topology的任务分配信息、代码存储目 录、任务之间的关联关系等，Supervisor通过轮询此节点的内容，来领取自己的任务，启动worker进程运行
    (5)一个Topology运行之后，就会不断的通过Spouts来发送Stream流，通过Bolts来不断的处理接收到的Stream流，Stream流是无界的。
    最后一步会不间断的执行，除非手动结束Topology。

Topology运行方式

    在开始创建项目之前，了解Storm的操作模式(operation modes)是很重要的。 Storm有两种运行方式
    本地运行的提交方式，例：
LocalCluster cluster = new LocalCluster();
cluster.submitTopology(TOPOLOGY_NAME, conf, builder.createTopology());
Thread.sleep(2000);
cluster.shutdown();
    分布式提交方式，例：
StormSubmitter.submitTopology（TOPOLOGY_NAME, conf, builder.createTopology());
 
    需要注意的是，在Storm代码编写完成之后，需要打包成jar包放到Nimbus中运行，打包的时候，不需要把依赖的jar都打迚去，否则如果把依赖的 storm.jar包打进去的话，运行时会出现重复的配置文件错误导致Topology无法运行。因为Topology运行之前，会加载本地的 storm.yaml 配置文件。

    运行的命令如下： storm jar StormTopology.jar mainclass [args]

storm守护进程的命令

    Nimbus: storm nimbus 启动nimbus守护进程
    Supervisor: storm supervisor 启动supervisor守护迚程
    UI：storm ui 这将启动stormUI的守护进程,为监测storm集群提供一个基于web的用户界面。
    DRPC: storm drpc 启动DRPC的守护进程

storm管理命令

    JAR：storm jar topology_jar topology_class [arguments...]
    jar命令是用于提交一个集群拓扑.它运行指定参数的topology_class中的main()方法，上传topology_jar到nimbus， 由nimbus发布到集群中。一旦提交，storm将激活拓扑并开始处理topology_class 中的main()方法，main()方法负责调用StormSubmitter.submitTopology()方法，并提供一个唯一的拓扑(集群)的 名。如果一个拥有该名称的拓扑已经存在于集群中，jar命令将会失败。常见的做法是在使用命令行参数来指定拓扑名称，以便拓扑在提交的时候被命名。

    KILL：storm kill topology_name [-w wait_time]
    杀死一个拓扑，可以使用kill命令。它会以一种安全的方式销毁一个拓扑，首先停用拓扑，在等待拓扑消息的时间段内允许拓扑完成当前的数据流。执行 kill命令时可以通过-w [等待秒数]指定拓扑停用以后的等待时间。也可以在Storm UI 界面上实现同样的功能

    Deactivate：storm deactivate topology_name
    停用拓扑时，所有已分发的元组都会得到处理，spouts的nextTuple方法将不会被调用。也可以在Storm UI 界面上实现同样的功能

    Activate：storm activate topology_name
    启动一个停用的拓扑。也可以在Storm UI 界面上实现同样的功能

    Rebalance：storm rebalance topology_name [-w wait_time] [-n worker_count] [-e component_name=executer_count]...
    rebalance使你重新分配集群任务。这是个很强大的命令。比如，你向一个运行中的集群增加了节点。rebalance命令将会停用拓扑，然后在相应超时时间之后重分配worker，并重启拓扑
例：storm rebalance wordcount-topology -w 15 -n 5 -e sentence-spout=4 -e split-bolt=8

    还有其他管理命令，如：Remoteconfvalue、REPL、Classpath等

新建storm项目注意事项

    为了开发storm项目，你的classpath里面需要有storm的jar包。最推荐的方式是使用Maven，不使用maven的话你可以手动把storm发行版里面的所有的jar包添加到classpath

    storm-starter项目使用Leiningen作为build和依赖管理工具，你可以下载这个脚本 （https://raw.githubusercontent.com/technomancy/leiningen/stable/bin /lein）来安装Leiningen, 把它加入到你的PATH， 使它可执行。要拉取storm的所有依赖包，简单地在项目的根目录执行 lein deps 就可以了