Spark-DStream数据转换

DStream的原语与RDD类似，分文转换（Transformation）和输出（Output）两种，此外还有一些特殊的原语，如：updateStateByKey，transform以及各种窗口（window）相关的原语。

无状态转化操作

无状态转化操作就是把简单的RDD转化操作应用到每个批次上，也就是转化DStream中的每一个RDD。支持map、flatMap、filter、reduceByKey等RDD相同的操作。

注：如针对键值对的DStream使用reduceByKey需要添加import StreamingContext._

无状态转化应用到DStream内部各个批次的RDD上，但是只会对单个时间周期的数据进行操作，并不会跨越时间周期。

无状态转化操作也能在多个DStream间整合数据，不过也是在各个时间周期内。键值对DStream可以使用和RDD一样的连接相关操作，例如：cogroup、join、leftOutJoin等。

同样，可以使用union将两个DStream内容合并起来，也可以使用StreamingContext.union()合并多个流。

有状态转化操作

1. updateStateByKey

updateStateByKey用于记录历史记录，有事我们需要在DStream中跨批次维护状态。针对这种情况updateStateByKey为我们提供了一个对状态变量的访问，用于键值对的DStream。给定一个键值对类型的DStream，并传递一个按照键来更新值得函数，以此来构建出一个新的DStream，内部数据的形式为（原有键，状态）的一个键值对。

想要维护并更新状态需要做如下两步：

1. 定义状态，可以为任意数据类型
2. 定义状态更新函数，函数需要实现当前批次输入与当前状态的更新操作

使用updateStateByKey需要设置checkpoint，会通过checkpoint保存状态。

实现有状态的Wordcount如下：

import org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer
import org.apache.spark.SparkConf
import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
import org.apache.spark.streaming.kafka010.{ConsumerStrategies, KafkaUtils, LocationStrategies}

object UpdateStateDemo {
  def main(args: Array[String]): Unit = {

    val conf = new SparkConf().setMaster("local[4]").setAppName("UpdateStateDemo")
    val streamingContext = new StreamingContext(conf, Seconds(5))
      
    streamingContext.checkpoint("checkpoint")

    val kafkaParams = Map[String, Object](
      "bootstrap.servers" -> "localhost:9092",
      "key.deserializer" -> classOf[StringDeserializer],
      "value.deserializer" -> classOf[StringDeserializer],
      "group.id" -> "use_a_separate_group_id_for_each_stream",
      "auto.offset.reset" -> "latest",
      "enable.auto.commit" -> (false: java.lang.Boolean)
    )

    val topics = Array("test")

    val kafkaDStream = KafkaUtils.createDirectStream[String, String](
      streamingContext,
      LocationStrategies.PreferConsistent,
      ConsumerStrategies.Subscribe[String, String](topics, kafkaParams)
    )

    val flatMapDStream = kafkaDStream.flatMap(_.key().split(" "))

    val mapDStream = flatMapDStream.map((_, 1))

    // 将原有状态值与新增数据value序列相加，获得新的状态
    val updateStateDStream = mapDStream.updateStateByKey {
      case (seq, state) => Option(state.getOrElse(0) + seq.sum)
    }

    updateStateDStream.print()

    streamingContext.start()
    streamingContext.awaitTermination()

  }
}

2. 窗口操作

窗口操作可以设置窗口的大小和滑动窗口的间隔来动态的获取当前Streaming的允许状态。基于窗口的操作会在一个比StreamingContext的批次间隔更长的时间范围内，通过整合多个批次的结果，计算出整个窗口的结果。

注：所有基于窗口的操作均需要两个参数：1）窗口大小，2）滑动步长，两者都必须是StreamingContext中设置的采集周期的正整数倍。

窗口大小控制每次计算最近的多少个批次的数据，计算的批次数量为windowDuration/batchInterval个。滑动步长用来控制对新的DStream进行计算的间隔，默认与批次间隔相同。

关于窗口的操作有如下原语：

1. window(windowLength, slideInterval)：对DStream的窗口中的批次进行计算，并返回一个新的DStream

   利用window对窗口中的批次数据进行Wordcount

   import org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer
   import org.apache.spark.SparkConf
   import org.apache.spark.streaming.kafka010.{ConsumerStrategies, KafkaUtils, LocationStrategies}
   import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
   
   object WindowDemo {
     def main(args: Array[String]): Unit = {
       val conf = new SparkConf().setMaster("local[4]").setAppName("WindowDemo")
       val streamingContext = new StreamingContext(conf, Seconds(3))
   
       val kafkaParams = Map[String, Object](
         "bootstrap.servers" -> "localhost:9092",
         "key.deserializer" -> classOf[StringDeserializer],
         "value.deserializer" -> classOf[StringDeserializer],
         "group.id" -> "use_a_separate_group_id_for_each_stream",
         "auto.offset.reset" -> "latest",
         "enable.auto.commit" -> (false: java.lang.Boolean)
       )
   
       val topics = Array("test")
   
       val kafkaDStream = KafkaUtils.createDirectStream[String, String](
         streamingContext,
         LocationStrategies.PreferConsistent,
         ConsumerStrategies.Subscribe[String, String](topics, kafkaParams)
       )
   
       // 窗口大小及滑动步长均为采集周期的整数倍
       val windowDStream = kafkaDStream.window(Seconds(9), Seconds(3))
   
       val flatMapDStream = windowDStream.flatMap(_.key().split(" "))
   
       val mapDStream = flatMapDStream.map((_, 1))
   
       val reduceByKeyDStream = mapDStream.reduceByKey(_ + _)
   
       reduceByKeyDStream.print()
   
       streamingContext.start()
       streamingContext.awaitTermination()
   
     }
   }
   

2. countByWindow(windowLength, slideInterval)：返回一个DStream窗口计算的元素数量

3. reduceByWindow(func, windowLength, slideInterval)：通过自定义函数对DStream窗口进行聚合

4. reduceByKeyAndWindow(func, windowLength, slideInterval, [numTasks])：通过自定义函数对键值对类型的DStream的窗口进行reduceByKey操作。默认任务并行大小根据配置属性spark.default.parallelism做分组，也可以通过制定numTasks来设置并行度。

5. reduceByKeyAndWindow(func, invFunc, windowLength, slideInterval, [numTasks])：与上面的函数相比，新增了参数invFunc，这个函数是用来将上一个窗口包含的，本次窗口不包含的批次数据结果从上一个窗口的计算结果去除，这样窗口间相同的批次不需要重复计算，只需要将新增数据和除去无效数据后的结果进行计算，即可得到新的结果，提高了计算的效率。注：使用时必须开启checkpoint

6. countByValueAndWindow(windowLength, slideInterval, [numTasks])：对键值对类型的DStream进行处理，返回(K, Long)类型的DStream，其中键的值为其在窗口中出现的频次。

3. 其他重要操作

1. transform
2. join