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教程：在 Azure HDInsight 中使用 Apache Kafka Streams API

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了解如何创建一个使用 Apache Kafka Streams API 的应用程序并在 Kafka on HDInsight 上运行该应用程序。

本教程中使用的应用程序是流式处理字数统计。 它从 Kafka 主题读取文本数据、提取各个单词，然后将单词和计数存储到另一个 Kafka 主题。

Kafka 流处理通常使用 Apache Spark 完成。 Kafka 版本 2.1.1 和 2.4.1（在 HDInsight 4.0 和 5.0 中）支持 Kafka Streams API。 通过此 API 可以在输入和输出主题间转换数据流。

有关 Kafka Streams 的详细信息，请参阅 Apache.org 上的 Streams 简介文档。

在本教程中，你将了解如何执行以下操作：

  • 了解代码
  • 生成并部署应用程序
  • 配置 Kafka 主题
  • 运行代码

先决条件

了解代码

示例应用程序位于 Streaming 子目录的 https://github.com/Azure-Samples/hdinsight-kafka-java-get-started 中。 应用程序由两个文件组成：

  • pom.xml：此文件定义项目依赖项、Java 版本和打包方法。
  • Stream.java：此文件实现流式处理逻辑。

Pom.xml

在 pom.xml 文件中要了解的重要事项：

  • 依赖项：此项目依赖于 kafka-clients 包提供的 Kafka Streams API。 以下 XML 代码定义此依赖项：

    <!-- Kafka client for producer/consumer operations -->

<dependency>
        <groupId>org.apache.kafka</groupId>
        <artifactId>kafka-clients</artifactId>
        <version>${kafka.version}</version>
</dependency>

    ${kafka.version} 条目在 pom.xml 的 <properties>..</properties> 部分进行声明，并配置为 HDInsight 群集的 Kafka 版本。

  • 插件：Maven 插件提供各种功能。 此项目使用了以下插件：

    • maven-compiler-plugin：用于将项目使用的 Java 版本设置为 8。 HDInsight 4.0 和 5.0 需要 Java 8。
    • maven-shade-plugin：用于生成包含此应用程序以及任何依赖项的 uber jar。 它还用于设置应用程序的入口点，以便直接运行 Jar 文件，而无需指定主类。

Stream.java

Stream.java 文件使用 Streams API 实现字数统计应用程序。 它从名为 test 的 Kafka 主题读取数据，并将字数统计写到名为 wordcounts 的主题中。

以下代码定义字数统计应用程序：

package com.microsoft.example;

import org.apache.kafka.common.serialization.Serde;
import org.apache.kafka.common.serialization.Serdes;
import org.apache.kafka.streams.KafkaStreams;
import org.apache.kafka.streams.KeyValue;
import org.apache.kafka.streams.StreamsConfig;
import org.apache.kafka.streams.kstream.KStream;
import org.apache.kafka.streams.kstream.KStreamBuilder;

import java.util.Arrays;
import java.util.Properties;

public class Stream
{
    public static void main( String[] args ) {
        Properties streamsConfig = new Properties();
        // The name must be unique on the Kafka cluster
        streamsConfig.put(StreamsConfig.APPLICATION_ID_CONFIG, "wordcount-example");
        // Brokers
        streamsConfig.put(StreamsConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, args[0]);
        // SerDes for key and values
        streamsConfig.put(StreamsConfig.KEY_SERDE_CLASS_CONFIG, Serdes.String().getClass().getName());
        streamsConfig.put(StreamsConfig.VALUE_SERDE_CLASS_CONFIG, Serdes.String().getClass().getName());

        // Serdes for the word and count
        Serde<String> stringSerde = Serdes.String();
        Serde<Long> longSerde = Serdes.Long();

        KStreamBuilder builder = new KStreamBuilder();
        KStream<String, String> sentences = builder.stream(stringSerde, stringSerde, "test");
        KStream<String, Long> wordCounts = sentences
                .flatMapValues(value -> Arrays.asList(value.toLowerCase().split("\\W+")))
                .map((key, word) -> new KeyValue<>(word, word))
                .countByKey("Counts")
                .toStream();
        wordCounts.to(stringSerde, longSerde, "wordcounts");

        KafkaStreams streams = new KafkaStreams(builder, streamsConfig);
        streams.start();

        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(streams::close));
    }
}

生成并部署示例

按照以下步骤生成项目并将其部署到 Kafka on HDInsight 群集：

  1. 将当前目录设置为 hdinsight-kafka-java-get-started-master\Streaming 目录的位置，然后使用以下命令创建一个 jar 包：

    mvn clean package

    此命令在 target/kafka-streaming-1.0-SNAPSHOT.jar 创建包。

  2. 将 sshuser 替换为群集的 SSH 用户，并将 clustername 替换为群集的名称。 使用以下命令将 kafka-streaming-1.0-SNAPSHOT.jar 文件复制到 HDInsight 群集。 出现提示时，输入 SSH 用户帐户的密码。

    scp ./target/kafka-streaming-1.0-SNAPSHOT.jar sshuser@clustername-ssh.azurehdinsight.cn:kafka-streaming.jar

创建 Apache Kafka 主题

  1. 将 sshuser 替换为群集的 SSH 用户，并将 CLUSTERNAME 替换为群集的名称。 输入以下命令，打开到群集的 SSH 连接。 出现提示时，输入 SSH 用户帐户的密码。

    ssh sshuser@CLUSTERNAME-ssh.azurehdinsight.cn

  2. 安装 jq，一个命令行 JSON 处理程序。 在打开的 SSH 连接中，输入以下命令以安装 jq：

    sudo apt -y install jq

  3. 设置密码变量。 将 PASSWORD 替换为群集登录密码，然后输入以下命令：

    export PASSWORD='PASSWORD'

  4. 提取具有正确大小写格式的群集名称。 群集名称的实际大小写格式可能出乎预期，具体取决于群集的创建方式。 此命令将获取实际的大小写，然后将其存储在变量中。 输入以下命令：

    export CLUSTER_NAME=$(curl -u admin:$PASSWORD -sS -G "http://headnodehost:8080/api/v1/clusters" | jq -r '.items[].Clusters.cluster_name')

    备注

    如果要从群集外部执行此过程，存储群集名称的过程则有所不同。 从 Azure 门户中获取采用小写格式的群集名称。 然后，将以下命令中的 <clustername> 替换为群集名称，并执行：export clusterName='<clustername>'。

  5. 若要获取 Kafka 代理主机和 Apache Zookeeper 主机，请使用以下命令。 出现提示时，输入群集登录（管理员）帐户的密码。

    export KAFKAZKHOSTS=$(curl -sS -u admin:$PASSWORD -G https://$CLUSTER_NAME.azurehdinsight.cn/api/v1/clusters/$CLUSTER_NAME/services/ZOOKEEPER/components/ZOOKEEPER_SERVER | jq -r '["\(.host_components[].HostRoles.host_name):2181"] | join(",")' | cut -d',' -f1,2);

export KAFKABROKERS=$(curl -sS -u admin:$PASSWORD -G https://$CLUSTER_NAME.azurehdinsight.cn/api/v1/clusters/$CLUSTER_NAME/services/KAFKA/components/KAFKA_BROKER | jq -r '["\(.host_components[].HostRoles.host_name):9092"] | join(",")' | cut -d',' -f1,2);

    备注

    这些命令需要 Ambari 访问权限。 如果群集位于 NSG 后面，请在可访问 Ambari 的计算机上运行这些命令。

  6. 若要创建流式处理操作所使用的主题，请使用以下命令：

    备注

    可能会收到错误：test 主题已存在。 此错误可忽略，因为该主题可能在生成者和使用者 API 教程中创建。

    /usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-topics.sh --create --replication-factor 3 --partitions 8 --topic test --zookeeper $KAFKAZKHOSTS
/usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-topics.sh --create --replication-factor 3 --partitions 8 --topic wordcounts --zookeeper $KAFKAZKHOSTS
/usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-topics.sh --create --replication-factor 3 --partitions 8 --topic RekeyedIntermediateTopic --zookeeper $KAFKAZKHOSTS
/usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-topics.sh --create --replication-factor 3 --partitions 8 --topic wordcount-example-Counts-changelog --zookeeper $KAFKAZKHOSTS

    主题用于以下目的：

    • test：本主题是接收记录的位置。 流式处理应用程序从此处读取。
    • wordcounts：本主题是流式处理应用程序存储其输出的位置。
    • RekeyedIntermediateTopic：本主题用于在 countByKey 运算符更新计数时对数据进行重新分区。
    • wordcount-example-Counts-changelog：本主题是 countByKey 操作使用的状态存储

    Kafka on HDInsight 也可以配置为自动创建主题。 有关详细信息，请参阅配置自动主题创建文档。

运行代码

  1. 若要将流式处理应用程序作为后台进程启动，请使用以下命令：

    java -jar kafka-streaming.jar $KAFKABROKERS $KAFKAZKHOSTS &

    可能会收到有关 Apache log4j 的警告。 你可以忽略此警告。

  2. 若要将记录发送到 test 主题，请使用以下命令启动生成者应用程序：

    java -jar kafka-producer-consumer.jar producer test $KAFKABROKERS

  3. 生成者完成后，使用以下命令查看 wordcounts 主题中存储的信息：

    /usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server $KAFKABROKERS --topic wordcounts --formatter kafka.tools.DefaultMessageFormatter --property print.key=true --property key.deserializer=org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer --property value.deserializer=org.apache.kafka.common.serialization.LongDeserializer --from-beginning

    --property 参数指示控制台 consumer 输出关键字（字）以及计数（值）。 此参数还配置从 Kafka 中读取这些值时要使用的反序列化程序。

    输出与以下文本类似：

    dwarfs  13635
ago     13664
snow    13636
dwarfs  13636
ago     13665
a       13803
ago     13666
a       13804
ago     13667
ago     13668
jumped  13640
jumped  13641

    参数 --from-beginning 将使用者配置为从主题中存储的记录开头启动。 每遇到一个字，计数都会递增，主题包含每个字的多个条目，因此计数不断增加。

  4. 使用 Ctrl + C 退出 producer。 继续使用 Ctrl + C 退出应用程序和 consumer。

  5. 若要删除流式处理操作所使用的主题，请使用以下命令：

    /usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-topics.sh --delete --topic test --zookeeper $KAFKAZKHOSTS
/usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-topics.sh --delete --topic wordcounts --zookeeper $KAFKAZKHOSTS
/usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-topics.sh --delete --topic RekeyedIntermediateTopic --zookeeper $KAFKAZKHOSTS
/usr/hdp/current/kafka-broker/bin/kafka-topics.sh --delete --topic wordcount-example-Counts-changelog --zookeeper $KAFKAZKHOSTS

清理资源

若要清理本教程创建的资源，可以删除资源组。 删除资源组也会删除相关联的 HDInsight 群集，以及与资源组相关联的任何其他资源。

若要使用 Azure 门户删除资源组，请执行以下操作：

  1. 在 Azure 门户中展开左侧的菜单，打开服务菜单，然后选择“资源组”以显示资源组的列表。
  2. 找到要删除的资源组，然后右键单击列表右侧的“更多”按钮 (...)。
  3. 选择“删除资源组”，然后进行确认。

后续步骤

本文档介绍了如何将 Apache Kafka Streams API 与 Kafka on HDInsight 配合使用。 使用以下内容，详细了解如何使用 Kafka。

分析 Apache Kafka 日志