storm中的可靠性机制

我们知道Storm有一个很重要的特性，那就是Storm API能够保证它的一个Tuple能够被完全处理，这一点尤为重要，其实storm中的可靠性是由spout和bolt组件共同完成的，下面就从spout和bolt两个方便给大家介绍一下storm中的可靠性，最后会给出一个实现了可靠性的例子。

1.Spout的可靠性保证

     在Storm中，消息处理可靠性从Spout开始的。storm为了保证数据能正确的被处理, 对于spout产生的每一个tuple,storm都能够进行跟踪,这里面涉及到了ack/fail的处理, 如果一个tuple被处理成功,那么spout便会调用其ack方法,如果失败,则会调用fail方法。而topology中处理tuple的每一个bolt都会通过OutputCollector来告知storm,当前bolt处理是否成功。

     我们知道spout必须能够追踪它发射的所有tuples或其子tuples，并且在这些tuples处理失败时能够重发。那么spout如何追踪tuple呢？storm是通过一个简单的anchor机制来实现的（在下面的bolt可靠性中会讲到）。

     


     如上图所示，实线代表的是spout发射的根tuple，而虚线代表的就是来源于根tuple的子tuples。这个图就是一个TupleTree。在这个tree中，所有的bolt都会ack或fail一个tuple，如果tree中所有的bolt都ack了经过它的tuple，那么Spout的ack方法就会被调用，表示整个消息被处理完成。如果tree中的任何一个bolt fail一个tuple，或者整个处理过程超时，则Spout的fail方法便会被调用。

     另外一点, storm只是通过ack/fail机制来告诉应用方bolt中间的处理情况, 对于成功/失败该如何处理, 必须由应用自己来决定, 因为storm内部也没有保存失败的具体数据, 但是也有办法知道失败记录,因为spout的ack/fail方法会附带一个msgId对象, 我们可以在最初发射tuple的时候将将msgId设置为tuple, 然后在ack/fail中对该tuple进行处理。这里其实有个问题, 就是每个bolt执行完之后要显式的调用ack/fail,否则会出现tuple不释放导致oom.
不知道storm在最初设计的时候,为什么不将bolt的ack设置为默认调用。

     Storm的ISpout接口定义了三个与可靠性有关的方法：nextTuple,ack和fail。

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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);  

    }  

     我们知道，当Storm的Spout发射一个Tuple后，他便会调用nextTuple()方法，在这个过程中，保证可靠性处理的第一步就是为发射出的Tuple分配一个唯一的ID，并把这个ID传给emit()方法：

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collector.emit( new Values("value1" , "value2") , msgId );  

     为Tuple分配一个唯一ID的目的就是为了告诉Storm，Spout希望这个Tuple产生的Tuple tree在处理完成或失败后告知它，如果Tuple被处理成功，Spout的ack()方法就会被调用，相反如果处理失败，Spout的fail()方法就会被调用，Tuple的ID也都会传入这两个方法中。
     需要注意的是，虽然spout有可靠性机制，但这个机制是否启用由我们控制的。IBasicBolt在emit一个tuple后自动调用ack()方法，用来实现比较简单的计算。如果是IRichBolt的话，如果想要实现anchor，必须自己调用ack方法。

2.Bolt中的可靠性

     Bolt中的可靠性主要靠两步来实现：

发射衍生Tuple的同时anchor原Tuple
对各个Tuples做ack或fail处理     

     anchor一个Tuple就意味着在输入Tuple和其衍生Tuple之间建立了关联，关联之后的Tuple便加入了Tuple tree。我们可以通过如下方式anchor一个Tuple：

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collector.emit( tuple, new Values( word));  

     如果我们发射新tuple的时候不同时发射元tuple，那么新发射的Tuple不会参与到整个可靠性机制中，它们的fail不会引起root tuple的重发，我们成为unanchor：

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collector.emit( new Values( word));  

     ack和fail一个tuple的操作方法： 

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this .collector.ack(tuple);  

this .collector.fail(tuple);  

[align=left]     上面讲过了，IBasicBolt 实现类不关心ack/fail, spout的ack/fail完全由后面的bolt的ack/fail来决定. 其execute方法的BasicOutputCollector参数也没有提供ack/fail方法给你调用. 相当于忽略了该bolt的ack/fail行为。[/align]
     在 IRichBolt实现类中, 如果OutputCollector.emit(oldTuple,newTuple)这样调用来发射tuple(anchoring), 那么后面的bolt的ack/fail会影响spout ack/fail, 如果collector.emit(newTuple)这样来发射tuple(在storm称之为anchoring), 则相当于断开了后面bolt的ack/fail对spout的影响.spout将立即根据当前bolt前面的ack/fail的情况来决定调用spout的ack/fail.
所以某个bolt后面的bolt的成功失败对你来说不关心, 你可以直接通过这种方式来忽略.中间的某个bolt fail了, 不会影响后面的bolt执行, 但是会立即触发spout的fail. 相当于短路了, 后面bolt虽然也执行了, 但是ack/fail对spout已经无意义了. 也就是说, 只要bolt集合中的任何一个fail了, 会立即触发spout的fail方法. 而ack方法需要所有的bolt调用为ack才能触发. 所以IBasicBolt用来做filter或者简单的计算比较合适。

3.总结

[align=left]    storm的可靠性是由spout和bolt共同决定的，storm利用了anchor机制来保证处理的可靠性。如果spout发射的一个tuple被完全处理，那么spout的ack方法即会被调用，如果失败，则其fail方法便会被调用。在bolt中，通过在emit(oldTuple,newTuple)的方式来anchor一个tuple，如果处理成功，则需要调用bolt的ack方法，如果失败，则调用其fail方法。一个tuple及其子tuple共同构成了一个tupletree，当这个tree中所有tuple在指定时间内都完成时spout的ack才会被调用，但是当tree中任何一个tuple失败时，spout的fail方法则会被调用。[/align]
[align=left]     IBasicBolt类会自动调用ack/fail方法，而IRichBolt则需要我们手动调用ack/fail方法。我们可以通过TOPOLOGY_MESSAGE_TIMEOUT_SECS参数来指定一个tuple的处理完成时间，若这个时间未被处理完成，则spout也会调用fail方法。[/align]

4.一个可靠的WordCount例子

一个实现可靠性的spout：    

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public class ReliableSentenceSpout extends BaseRichSpout {  

    private static final long serialVersionUID = 1L;  

    private ConcurrentHashMap<UUID, Values> pending;  

    private SpoutOutputCollector collector;  

    private String[] sentences = { "my dog has fleas", "i like cold beverages" , "the dog ate my homework" , "don't have a cow man" , "i don't think i like fleas" };  

    private int index = 0;  

    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {  

         declarer.declare( new Fields( "sentence"));  

     }  

    public void open( Map config, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector) {  

          this. collector = collector;  

          this. pending = new ConcurrentHashMap<UUID, Values>();  

     }  

    public void nextTuple() {  

         Values values = new Values( sentences[ index]);  

         UUID msgId = UUID. randomUUID();  

          this. pending.put(msgId, values);  

          this. collector.emit(values, msgId);  

          index++;  

          if ( index >= sentences. length) {  

              index = 0;  

         }  

          //Utils.waitForMillis(1);  

     }  

    public void ack(Object msgId) {  

          this. pending.remove(msgId);  

     }  

    public void fail(Object msgId) {  

          this. collector.emit( this. pending.get(msgId), msgId);  

     }  

}  

一个实现可靠性的bolt：

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public class ReliableSplitSentenceBolt extends BaseRichBolt {  

     private OutputCollector collector;  

     public void prepare( Map config, TopologyContext context, OutputCollector collector) {  

           this. collector = collector;  

      }  

     public void execute(Tuple tuple) {  

          String sentence = tuple.getStringByField("sentence" );  

          String[] words = sentence.split( " ");  

           for (String word : words) {  

               this. collector.emit(tuple, new Values(word));  

          }  

           this. collector.ack(tuple);  

      }  

     public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {  

          declarer.declare( new Fields( "word"));  

      }  

 }