流处理引擎：ksql

在阅读该文之前，我已经假设你已经对kafka的broker、topic、partition、consumer等概念已经有了一定的了解。

流处理

流数据是一组顺序、大量、快速、连续到达的数据序列,一般情况下,数据流可被视为一个随时间延续而无限增长的动态数据集合。

Confluent KSQL

Confluent KSQL是一个基于kafka的实时数据流处理工具引擎，提供了强大且易用的sql交互方式来对kafka数据流进行处理，而无需编写代码。ksql具备高扩展、高弹性、容错式等优良特性，并且它提供了大范围的流式处理操作，比如数据过滤、转化、聚合、连接join、窗口化和 Sessionization （即捕获单一会话期间的所有的流事件）等。

概念

架构

  • KSQL engine： 处理ksql声明和查询
  • REST interfaceL：客户端和engine的连接器
  • KSQL CLI：命令行交互终端，通过rest api和引擎进行交互
  • KSQL UI：ksql的控制中心

stream和table

流（stream）表示的从开始至今的完整的历史，它代表了过去产生的数据（事件、日志等）及其相应的时间。新的数据只能被不断地添加到流中，无法被删除和修改，它们是既定的事实。从某种角度而言，流是对事实的建模。

表（table）表示的是基于数据流进行了某种操作之后的数据，它是对历史数据的某种状态的快照。表的这个概念，是源自于已经发展了数十年的RDBMS，因此，基本可以用相同的理解去使用table。

其实，RDBMS中也有数据流，如binlog本身就是一种流式数据。KSQL将stream作为基础对象，而RDBMS的基础对象是table。KSQL和RDBMS都有将stream和table互相转化的功能，只是二者的侧重点不同而已。

query的生命周期

  • 使用DDL注册一个stream或者table，如:create stream stream_name with topic_name ...
  • 使用一个ksql声明来表示你的应用：create table as select from stream_name ...
  • ksql将你的DDL/DML解析为AST
  • ksql基于ASL生成一个逻辑计划
  • ksql基于逻辑计划生成一个物理执行计划
  • ksql生成和执行kafka流应用
  • 你可以通过对stream和table进行操作来管理你的应用

基本流程和一般DBMS相同。

使用

最简单的体验方式: 使用docker。这种方式默认下将zookeeper、kafka、ksql在一个compose（一共9个service）下启动。最低配置8G内存，尝试请谨慎。

git clone https://github.com/confluentinc/cp-docker-imagescd cp-docker-imagesgit checkout 5.2.1-postcd examples/cp-all-in-one/docker-compose up -d --build# 新建topic: userdocker-compose exec broker kafka-topics --create --zookeeper \zookeeper:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic users# 新建topic: pageviewdocker-compose exec broker kafka-topics --create --zookeeper \zookeeper:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic pageviews

样例里面会自动生成两个topic：pageview和user，表示用户对某个页面的访问日志。

现在我们kafka和ksql都已经有了，还创建了两个topic。现在我们使用一个脚本来往这两个topic写入一些数据（这个脚本写入的数据为avro）

wget https://github.com/confluentinc/kafka-connect-datagen/raw/master/config/connector_pageviews_cos.configcurl -X POST -H 'Content-Type: application/json' --data @connector_pageviews_cos.config http://localhost:8083/connectors
wget https://github.com/confluentinc/kafka-connect-datagen/raw/master/config/connector_users_cos.configcurl -X POST -H 'Content-Type: application/json' --data @connector_users_cos.config http://localhost:8083/connectors

启动KSQL终端

docker-compose exec ksql-cli ksql http://ksql-server:8088

DDL

  • CREATE STREAM：基于某个topic新建一个流
  • CREATE TABLE：基于一个stream新建一个table
  • DROP STREAM/TABLE：删除stream或者table
  • CREATE STREAM AS SELECT (CSAS)
  • CREATE TABLE AS SELECT (CTAS)
  • 新建stream pageviews/users。（SHOW STREAMS;可以用来查看当前有什么stream）
CREATE STREAM pageviews (viewtime BIGINT, userid VARCHAR, pageid VARCHAR) \WITH (KAFKA_TOPIC='pageviews', VALUE_FORMAT='AVRO');CREATE TABLE users (registertime BIGINT, gender VARCHAR, regionid VARCHAR, \userid VARCHAR) \WITH (KAFKA_TOPIC='users', VALUE_FORMAT='AVRO', KEY = 'userid');SHOW STREAMS;
  • 从stream中查询数据
# 设置query语句读取最开始的数据SET 'auto.offset.reset'='earliest';SELECT pageid FROM pageviews LIMIT 3;

你会发现这条query会从pageviews流中获取每条记录的pageid。你也可以加上一些where条件尝试一下。

  • 从其他stream生成一个新的stream
CREATE STREAM pageviews_female AS SELECT users.userid AS userid, pageid, \regionid, gender FROM pageviews LEFT JOIN users ON pageviews.userid = users.userid \WHERE gender = 'FEMALE';

这条DDL会对pageviews和users中的数据进行左连接操作，并把连接结果作为新stream pageviews_femails的数据。这个stream的数据会写到一个新的kafka topic：PAGEVIEWS_FEMALE。

即：我们可以完全基于一个现有的topic新建一个stream；也可以基于现有的stream新建一个stream，这建立方法所得到的数据会存储在一个和stream名相同的topic中。

  • 我们也可以基于一个现有的topic的部分数据建立一个stream，并指定新stream的topic名。以下这个stream的数据会存储在topic pageviews_enriched_r8_r9中。
CREATE STREAM pageviews_female_like_89 WITH (kafka_topic='pageviews_enriched_r8_r9', \value_format='AVRO') AS SELECT * FROM pageviews_female WHERE regionid LIKE '%_8' OR regionid LIKE '%_9';
  • stream的建立语句可以使用聚合函数和窗口函数
CREATE TABLE pageviews_regions AS SELECT gender, regionid , \COUNT(*) AS numusers FROM pageviews_female WINDOW TUMBLING (size 30 second) \GROUP BY gender, regionid HAVING COUNT(*) > 1;
  • 查看stream的定义
# 类似于mysql的descDESCRIBE EXTENDED pageviews_female_like_89;

和外部系统的连接

ksql可以使用 ksql connectors 和外部系统如：mysql、s3、hdfs等进行通信、操作。

优缺点

  • 优点KSQL 流数据查询在实现上是分布式的、容错的、弹性的、可扩展的和实时的，这些特性可以满足现代企业对数据的需求。KSQL的数据过滤、转化、聚合、连接join、窗口化和Sessionization等功能基本能够覆盖大部分应用场景；近似标准SQL的客户端实现降低了学习成本。对于 Java 或 Scala 开发人员而言，Kakfa Streams API 是一个强大的软件库，它实现了将流数据处理集成到应用中。利用ksql可以轻松实现实时报告、服务监控、活动告警、基于会话的用户数据分析、实时ETL等。
  • 缺点KSQL算是一种重量级的流数据处理工具，对于资源要求较高。
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