Flink消费kafka消息实战

本次实战的内容是开发Flink应用，消费来自kafka的消息，进行实时计算；

环境情况

本次实战用到了三台机器，它们的IP地址和身份如下表所示：

注意：

1. 本文的重点是Flink，所以在192.168.1.101这台机器上通过Docker快速搭建了kafka server和消息生产者，只要向这台机器的消息生产者容器发起http请求，就能生产一条消息到kafka；
2. 192.168.1.104这台机器安装了Apache Bench，可以通过简单的命令，向192.168.1.101发起大量http请求，这样就能产生大量kafka消息；

整体架构如下图：

操作步骤

1. 在机器192.168.1.101上部署三个容器(消息生产者、zookeeper、kafka)；
2. 在机器192.168.1.104上安装Apache Bench；
3. 在机器192.168.1.102上配置kafak相关的host；
4. 开发Flink应用，部署到机器192.168.1.102；
5. 在机器192.168.1.104上发起压力测试，请求地址是消息生产者的http接口地址，产生大量消息；
6. 观察Flink应用的处理情况；

版本信息

1. 操作系统：Centos7
2. docker：17.03.2-ce
3. docker-compose：1.23.2
4. kafka：0.11.0.3
5. zookeeper：3.4.9
6. JDK：1.8.0_191
7. spring boot：1.5.9.RELEASE
8. spring-kafka：1.3.8.RELEASE
9. Flink：1.7

在机器192.168.1.101上部署三个容器(消息生产者、zookeeper、kafka)

构建kafka相关的环境不是本文重点，因此这里利用docker快速实现，步骤如下：

1. 在机器192.168.1.101上安装docker和docker-compose；
2. 创建docker-compose.yml文件，内容如下：

version: '2'
services:
  zookeeper:
    image: wurstmeister/zookeeper
    ports:
      - "2181:2181"
  kafka1:
    image: wurstmeister/kafka:2.11-0.11.0.3
    ports:
      - "9092:9092"
    environment:
      KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS: PLAINTEXT://kafka1:9092
      KAFKA_LISTENERS: PLAINTEXT://:9092
      KAFKA_ZOOKEEPER_CONNECT: zookeeper:2181
      KAFKA_CREATE_TOPICS: "topic001:2:1"
    volumes:
      - /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock
  producer:
    image: bolingcavalry/kafka01103producer:0.0.1-SNAPSHOT
    ports:
      - "8080:8080"

3. 在docker-compose.yml所在目录执行命令docker-compose up -d，即可启动容器；

如果您想了解更多docker环境下kafka消息生产者的细节，请参考《如何使用Docker内的kafka服务》；

在机器192.168.1.104上安装Apache Bench

不同的操作系统安装Apache Bench的命令也不一样：

1. ubuntu上的安装命令apt-get install apache2-utils；
2. centos上的安装命令yum install httpd-tools；

源码下载

接下来的实战是编写Flink应用的源码，您可以选择直接从GitHub下载这个工程的源码，地址和链接信息如下表所示：

这个git项目中有多个文件夹，本章源码在flinkkafkademo这个文件夹下，如下图红框所示：

开发Flink应用，部署到机器192.168.1.102

1. Flink环境搭建请参考《Flink1.7从安装到体验》；
2. 应用基本代码是通过mvn命令创建的，在命令行输入以下命令：

mvn archetype:generate -DarchetypeGroupId=org.apache.flink -DarchetypeArtifactId=flink-quickstart-java -DarchetypeVersion=1.7.0

根据提示，输入groupId为com.bolingcavalry，artifactId为flinkkafkademo，其他的直接按下回车键即可使用默认值，这样就得到了一个maven工程：flinkkafkademo；
3. 打开工程的pom.xml文件，增加以下两个依赖：

<dependency>
	<groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-connector-kafka-0.11_2.12</artifactId>
    <version>${flink.version}</version>
</dependency>

<dependency>
	<groupId>com.alibaba</groupId>
	<artifactId>fastjson</artifactId>
	<version>1.2.28</version>
</dependency>

4. 新增一个辅助类，用于将kafka消息中的内容转换成java对象：

/**
 * @Description: 解析原始消息的辅助类
 * @author: willzhao E-mail: zq2599@gmail.com
 * @date: 2019/1/1 20:13
 */
public class JSONHelper {

    /**
     * 解析消息，得到时间字段
     * @param raw
     * @return
     */
    public static long getTimeLongFromRawMessage(String raw){
        SingleMessage singleMessage = parse(raw);
        return null==singleMessage ? 0L : singleMessage.getTimeLong();
    }

    /**
     * 将消息解析成对象
     * @param raw
     * @return
     */
    public static SingleMessage parse(String raw){
        SingleMessage singleMessage = null;

        if (raw != null) {
            singleMessage = JSONObject.parseObject(raw, SingleMessage.class);
        }

        return singleMessage;
    }
}

5. SingleMessage对象的定义：

public class SingleMessage {

    private long timeLong;
    private String name;
    private String bizID;
    private String time;
    private String message;

    public long getTimeLong() {
        return timeLong;
    }

    public void setTimeLong(long timeLong) {
        this.timeLong = timeLong;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getBizID() {
        return bizID;
    }

    public void setBizID(String bizID) {
        this.bizID = bizID;
    }

    public String getTime() {
        return time;
    }

    public void setTime(String time) {
        this.time = time;
    }

    public String getMessage() {
        return message;
    }

    public void setMessage(String message) {
        this.message = message;
    }
}

6. 实时处理的操作都集中在StreamingJob类，源码的关键位置已经加了注释，就不再赘述了：

/*
 * Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one
 * or more contributor license agreements.  See the NOTICE file
 * distributed with this work for additional information
 * regarding copyright ownership.  The ASF licenses this file
 * to you under the Apache License, Version 2.0 (the
 * "License"); you may not use this file except in compliance
 * with the License.  You may obtain a copy of the License at
 *
 *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

package com.bolingcavalry;

import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction;
import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.TimeCharacteristic;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.AssignerWithPunctuatedWatermarks;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.windowing.WindowFunction;
import org.apache.flink.streaming.api.watermark.Watermark;
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time;
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.windows.TimeWindow;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer011;

import javax.annotation.Nullable;
import java.util.Properties;

/**
 * Skeleton for a Flink Streaming Job.
 *
 * <p>For a tutorial how to write a Flink streaming application, check the
 * tutorials and examples on the <a href="http://flink.apache.org/docs/stable/">Flink Website</a>.
 *
 * <p>To package your application into a JAR file for execution, run
 * 'mvn clean package' on the command line.
 *
 * <p>If you change the name of the main class (with the public static void main(String[] args))
 * method, change the respective entry in the POM.xml file (simply search for 'mainClass').
 */
public class StreamingJob {

	public static void main(String[] args) throws Exception {

		final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
		env.enableCheckpointing(5000); // 要设置启动检查点
		env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime);

		Properties props = new Properties();
		props.setProperty("bootstrap.servers", "kafka1:9092");
		props.setProperty("group.id", "flink-group");

		//数据源配置，是一个kafka消息的消费者
		FlinkKafkaConsumer011<String> consumer =
				new FlinkKafkaConsumer011<>("topic001", new SimpleStringSchema(), props);

		//增加时间水位设置类
		consumer.assignTimestampsAndWatermarks(new AssignerWithPunctuatedWatermarks<String> (){
			@Override
			public long extractTimestamp(String element, long previousElementTimestamp) {
				return JSONHelper.getTimeLongFromRawMessage(element);
			}

			@Nullable
			@Override
			public Watermark checkAndGetNextWatermark(String lastElement, long extractedTimestamp) {
				if (lastElement != null) {
					return new Watermark(JSONHelper.getTimeLongFromRawMessage(lastElement));
				}
				return null;
			}
		});

		env.addSource(consumer)
				//将原始消息转成Tuple2对象，保留用户名称和访问次数(每个消息访问次数为1)
				.flatMap((FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Long>>) (s, collector) -> {
					SingleMessage singleMessage = JSONHelper.parse(s);

					if (null != singleMessage) {
						collector.collect(new Tuple2<>(singleMessage.getName(), 1L));
					}
				})
				//以用户名为key
				.keyBy(0)
				//时间窗口为2秒
				.timeWindow(Time.seconds(2))
				//将每个用户访问次数累加起来
				.apply((WindowFunction<Tuple2<String, Long>, Tuple2<String, Long>, Tuple, TimeWindow>) (tuple, window, input, out) -> {
					long sum = 0L;
					for (Tuple2<String, Long> record: input) {
						sum += record.f1;
					}

					Tuple2<String, Long> result = input.iterator().next();
					result.f1 = sum;
					out.collect(result);
				})
				//输出方式是STDOUT
				.print();

		env.execute("Flink-Kafka demo");
	}
}

7. 在pom.xml所在文件夹执行以下命令打包：

mvn clean package -Dmaven.test.skip=true -U

8. 打包成功后，会在target目录下生成文件flinkkafkademo-1.0-SNAPSHOT.jar，将此文件提交到Flinkserver上，如下图：
   
9. 点击下图红框中的"Upload"按钮：
   
10. 如下图，选中刚刚上传的文件，填写类名，再点击"Submit"按钮即可启动Job：
    
11. 如下图，在Overview页面可见正在运行的任务：
    

现在所有服务都准备完毕，可以生产消息验证了；

在机器192.168.1.104上发起压力测试，产生大量消息

1. 登录部署了Apache Bench的机器，执行以下命令：

ab -n 10000 -c 2 http://192.168.1.101:8080/send/Jack/hello

192.168.1.101是消息生产者的web服务的地址，上述命令发起了并发数为2的压力测试，一共会发起一万次请求；

2. 压力测试完毕后，在Flink的Task Managers页面的Stdout页可以见到实时计算的统计数据，如下图：
   

至此，Flink消费kafka消息的实战就全部完成了，本次实战从消息产生到实时处理全部实现，希望在您构建基于kafak的实时计算环境时可以提供一些参考；

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