SparkStreaming 解析Kafka JSON格式数据
SparkStreaming 解析Kafka JSON格式数据
版本说明:
Spark 2.3.0
Kafka 2.11-2.0.0
前言
在项目中,SparkStreaming整合Kafka时,通常Kafka发送的数据是以JSON字符串形式发送的,这里总结了五种SparkStreaming解析Kafka中JSON格式数据并转为DataFrame进行数据分析的方法。
需求:将如下JSON格式的数据
转成如下所示的DataFrame
1 使用Python脚本创建造数器
随机生成如上图所示的JSON格式的数据,并将它发送到Kafka。造数器脚本代码如下所示:
kafka_data_generator.py
"""
造数器:向kafka发送json格式数据
数据格式如下所示:
{
"namespace":"000001",
"region":"Beijing",
"id":"9d58f83e-fb3b-45d8-b7e4-13d33b0dd832",
"valueType":"Float",
"value":"48.5",
"time":"2018-11-05 15:04:47"
}
"""
import uuid
import time
import random
from pykafka import KafkaClient
import json
sample_type = ['Float', 'String', 'Int']
sample_namespace = ['000000', '000001', '000002']
sample_region = ['Beijing', 'Shanghai', 'Jinan', 'Qingdao', 'Yantai', 'Hangzhou']
sample_id_info = [
{'3f7e7feb-fce6-4421-8321-3ac7c712f57a': {'valueType': 'Float', 'region': 'Shanghai', 'namespace': '000001'}},
{'42f3937e-301c-489e-976b-d18f47df626f': {'valueType': 'Float', 'region': 'Beijing', 'namespace': '000000'}},
{'d61e5ac7-4357-4d48-a6d9-3e070927f087': {'valueType': 'Int', 'region': 'Beijing', 'namespace': '000000'}},
{'ddfca6fe-baf5-4853-8463-465ddf8234b4': {'valueType': 'String', 'region': 'Hangzhou', 'namespace': '000001'}},
{'15f7ef13-2100-464c-84d7-ce99d494f702': {'valueType': 'Int', 'region': 'Qingdao', 'namespace': '000001'}},
{'abb43869-dd0b-4f43-ab9d-e4682cb9c844': {'valueType': 'Int', 'region': 'Beijing', 'namespace': '000000'}},
{'b63c1a92-c76c-4db3-a8ac-66d67c9dc6e6': {'valueType': 'Int', 'region': 'Yantai', 'namespace': '000001'}},
{'0cf781ae-8202-4986-8df5-7ca0b21c094e': {'valueType': 'String', 'region': 'Yantai', 'namespace': '000002'}},
{'42073ecd-0f23-49d6-a8ba-a8cbee6446e3': {'valueType': 'Float', 'region': 'Beijing', 'namespace': '000000'}},
{'bd1fc887-d980-4488-8b03-2254165da582': {'valueType': 'String', 'region': 'Shanghai', 'namespace': '000000'}},
{'eec90363-48bc-44b7-90dd-f79288d34f39': {'valueType': 'String', 'region': 'Shanghai', 'namespace': '000002'}},
{'fb15d27f-d2e3-4048-85b8-64f4faa526d1': {'valueType': 'Float', 'region': 'Jinan', 'namespace': '000001'}},
{'c5a623fd-d67b-4d83-8b42-3345352b8db9': {'valueType': 'String', 'region': 'Qingdao', 'namespace': '000001'}},
{'fee3ecb2-dd1a-4421-a8bd-cf8bc6648320': {'valueType': 'Float', 'region': 'Yantai', 'namespace': '000001'}},
{'e62818ab-a42a-4342-be31-ba46e0ae7720': {'valueType': 'Float', 'region': 'Qingdao', 'namespace': '000001'}},
{'83be5bdc-737c-4616-a576-a15a2c1a1684': {'valueType': 'String', 'region': 'Hangzhou', 'namespace': '000001'}},
{'14dcd861-14eb-40f3-a556-e52013646e6d': {'valueType': 'String', 'region': 'Beijing', 'namespace': '000002'}},
{'8117826d-4842-4907-b6eb-446fead74244': {'valueType': 'String', 'region': 'Beijing', 'namespace': '000001'}},
{'fb23b254-a873-4fba-a17d-73fdccbfe768': {'valueType': 'Int', 'region': 'Yantai', 'namespace': '000000'}},
{'0685c868-2f74-4f91-a531-772796b1c8a4': {'valueType': 'String', 'region': 'Shanghai', 'namespace': '000001'}}]
def generate_id_info(amount=20):
"""
生成id 信息,只执行一次
:return:
[{
"id":{
"type":"Int",
"region":"Hangzhou"
}
}]
"""
return [{str(uuid.uuid4()): {"valueType": random.sample(sample_type, 1)[0],
"region": random.sample(sample_region, 1)[0],
"namespace": random.sample(sample_namespace, 1)[0]
}} for i in range(amount)]
def random_value(value_type):
value = "this is string value"
if value_type == "Float":
value = random.uniform(1, 100)
if value_type == "Int":
value = random.randint(1, 100)
return value
def generate_data(id_info):
data = dict()
for _id, info in id_info.items():
data = {"id": _id,
"value": random_value(info['valueType']),
"time": time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime(time.time()))
}
data.update(info)
return data
def random_data():
return generate_data(random.sample(sample_id_info, 1)[0])
if __name__ == '__main__':
client = KafkaClient(hosts="localhost:9092", zookeeper_hosts="localhost:2181")
topic = client.topics[b"spark_streaming_kafka_json"]
with topic.get_sync_producer() as producer:
for i in range(1000):
_random_data = json.dumps(random_data())
producer.produce(bytes(_random_data, encoding="utf-8"))
time.sleep(1)
查看kafka topic 中是否包含数据:
sh kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic spark_streaming_kafka_json --from-beginning
2 Spark Streaming 处理JSON格式数据
2.1 方法一:处理JSON字符串为case class 生成RDD[case class] 然后直接转成DataFrame
思路:Spark Streaming从Kafka读到数据后,先通过自定义的handleMessage2CaseClass方法进行一次转换,将JSON字符串转换成指定格式的case class:[KafkaMessage],然后通过foreachRDD拿到RDD[KafkaMessage]类型的的rdd,最后直接通过spark.createDataFrame(RDD[KafkaMessage])。思路来源如下图所示:
核心代码:
/**
* 方法一:处理JSON字符串为case class 生成RDD[case class] 然后直接转成DataFrame
*/
stream.map(record => handleMessage2CaseClass(record.value())).foreachRDD(rdd => {
val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
val df = spark.createDataFrame(rdd)
df.show()
})
handleMessage2CaseClass方法:
def handleMessage2CaseClass(jsonStr: String): KafkaMessage = {
val gson = new Gson()
gson.fromJson(jsonStr, classOf[KafkaMessage])
}
Case Class:
case class KafkaMessage(time: String, namespace: String, id: String, region: String, value: String, valueType: String)
依赖:
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.google.code.gson/gson -->
<dependency>
<groupId>com.google.code.gson</groupId>
<artifactId>gson</artifactId>
<version>2.8.5</version>
</dependency>
2.2 方法二:处理JSON字符串为Tuple 生成RDD[Tuple] 然后转成DataFrame
思路:此方法的思路与方法一的思路相同,只不过不转为Case Class 而是转为Tuple,思路来源如下图所示:
核心代码:
/**
* 方法二:处理JSON字符串为Tuple 生成RDD[Tuple] 然后转成DataFrame
*/
stream.map(record => handleMessage2Tuples(record.value())).foreachRDD(rdd => {
val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
import spark.implicits._
val df = rdd.toDF("id", "value", "time", "valueType", "region", "namespace")
df.show()
})
handleMessage2Tuples方法:
def handleMessage2Tuples(jsonStr: String): (String, String, String, String, String, String) = {
import scala.collection.JavaConverters._
val list = JSON.parseObject(jsonStr, classOf[JLinkedHashMap[String, Object]]).asScala.values.map(x => String.valueOf(x)).toList
list match {
case List(v1, v2, v3, v4, v5, v6) => (v1, v2, v3, v4, v5, v6)
}
}
2.3 方法三:处理JSON字符串为Row 生成RDD[Row] 然后通过schema创建DataFrame
思路:SparkStreaming从kafka读到数据之后,先通过handlerMessage2Row自定义的方法,将JSON字符串转成Row类型,然后通过foreachRDD拿到RDD[Row]类型的RDD,最后通过Spark.createDataFrame(RDD[Row],Schema)生成DataFrame,思路来源:
核心代码:
/**
* 方法三:处理JSON字符串为Row 生成RDD[Row] 然后通过schema创建DataFrame
*/
val schema = StructType(List(
StructField("id", StringType),
StructField("value", StringType),
StructField("time", StringType),
StructField("valueType", StringType),
StructField("region", StringType),
StructField("namespace", StringType))
)
stream.map(record => handlerMessage2Row(record.value())).foreachRDD(rdd => {
val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
val df = spark.createDataFrame(rdd, schema)
df.show()
})
handlerMessage2Row方法:
def handlerMessage2Row(jsonStr: String): Row = {
import scala.collection.JavaConverters._
val array = JSON.parseObject(jsonStr, classOf[JLinkedHashMap[String, Object]]).asScala.values.map(x => String.valueOf(x)).toArray
Row(array: _*)
}
2.4 方法四:直接将 RDD[String] 转成DataSet 然后通过schema转换
思路:直接通过foreachRDD拿到RDD[String]类型的RDD,然后通过spark.createDataSet(RDD[String])方法生成只含有一列value列的DataSet,然后通过Spark SQL 内置函数 from_json格式化json字符串,然后取每一列的值生成DataFrame。思路来源:
核心代码:
/**
* 方法四:直接将 RDD[String] 转成DataSet 然后通过schema转换
*/
val schema = StructType(List(
StructField("namespace", StringType),
StructField("id", StringType),
StructField("region", StringType),
StructField("time", StringType),
StructField("value", StringType),
StructField("valueType", StringType))
)
stream.map(record => record.value()).foreachRDD(rdd => {
val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
import spark.implicits._
val ds = spark.createDataset(rdd)
ds.select(from_json('value.cast("string"), schema) as "value").select($"value.*").show()
})
2.5 方法五:直接将 RDD[String] 转成DataSet 然后通过read.json转成DataFrame
思路:直接通过foreachRDD拿到RDD[String]类型的RDD,然后通过spark.createDataSet创建DataSet,最后通过spark.read.json(DataSet[String])方法来创建DataFrame。此方法代码量最小,不需要指定schema,不需要进行json转换。思路来源:
核心代码:
/**
* 方法五:直接将 RDD[String] 转成DataSet 然后通过read.json转成DataFrame
*/
stream.map(record => record.value()).foreachRDD(rdd => {
val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
import spark.implicits._
val df = spark.read.json(spark.createDataset(rdd))
df.show()
})
3 对生成的DataFrame进行分析
通过上面方法我们已经可以拿到一个如期所欲的DataFrame了,接下来就是使用Spark SQL 对数据进行分析处理。
3.1 需求1:将time列的时间由原来的2018-11-07 17:08:43字符串格式,转成:yyyyMMdd这种格式,生成新的列,并命名为day列。
实现代码:
import org.apache.spark.sql.functions._
import spark.implicits._
df.select(date_format($"time".cast(DateType), "yyyyMMdd").as("day"), $"*").show()
结果:
3.2 需求2:按照Day列和namespae列进行分区,并保存到文件。
实现代码:
df.write.mode(SaveMode.Append)
.partitionBy("namespace", "time")
.parquet("/Users/shirukai/Desktop/HollySys/Repository/learn-demo-spark/data/Streaming")
结果:
4 一些思考?
4.1 思考1:如果json格式为[]数组该如何处理?
上面我们处理的json字符串都是{}都是对象格式的,那么如果Kafka里的数据是以[]数组字符串的格式存储的,那么我们该如何处理呢?
这里暂且提供两种方法:
4.1.1 第一种:通过handleMessage自定义方法处理JSON字符串为Array[case class],然后通过flatmap展开,再通过foreachRDD拿到RDD[case class]格式的RDD,最后直接转成DataFrame。
handleMessage方法:
def handleMessage(jsonStr: String): Array[KafkaMessage] = {
val gson = new Gson()
gson.fromJson(jsonStr, classOf[Array[KafkaMessage]])
}
核心代码:
/**
* 补充:处理[]数组格式的json字符串,方法一:通过handleMessage自定义方法处理JSON字符串为Array[case class],
* 然后通过flatmap展开,再通过foreachRDD拿到RDD[case class]格式的RDD,最后直接转成DataFrame。
*/
stream.map(record => handleMessage(record.value())).flatMap(x=>x).foreachRDD(rdd => {
val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
val df = spark.createDataFrame(rdd)
df.show()
})
注意:这里不能直接使用flatMap(),需要使用flatMap(x=>x)。或者改成stream.map(.value()).flatMap(handleMessage).foreachRDD(……)
4.1.2 第二种:直接处理RDD[String],创建DataSet,然后通过Spark SQL 内置函数from_json和指定的schema格式化json数据,然后再通过内置函数explode展开数组格式的json数据,最后通过select json中的每一个key,获得最终的DataFrame
核心代码:
/**
* 补充:处理[]数组格式的json字符串,方法二:第二种:直接处理RDD[String],创建DataSet,
* 然后通过Spark SQL 内置函数from_json和指定的schema格式化json数据,
* 再通过内置函数explode展开数组格式的json数据,最后通过select json中的每一个key,获得最终的DataFrame
*/
val schema = StructType(List(
StructField("namespace", StringType),
StructField("id", StringType),
StructField("region", StringType),
StructField("time", StringType),
StructField("value", StringType),
StructField("valueType", StringType))
)
stream.map(record => record.value()).foreachRDD(rdd => {
val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
import spark.implicits._
val ds = spark.createDataset(rdd)
import org.apache.spark.sql.functions._
val df = ds.select(from_json('value, ArrayType(schema)) as "value").select(explode('value)).select($"col.*")
df.show()
})
4.2 思考2:如果使用StructStreaming该如何处理json数据?
StructStreaming是一个结构式流,实际拿到的就是一个DataFrame,所以可以使用上面的第四种方法来解析json数据。
package com.hollysys.spark.streaming.kafkajson
import org.apache.spark.sql.SparkSession
import org.apache.spark.sql.functions.{date_format, from_json, struct}
import org.apache.spark.sql.streaming.Trigger
import org.apache.spark.sql.types._
/**
* Created by shirukai on 2018/11/8
* 使用Struct Streaming 处理 kafka中json格式的数据
*/
object HandleJSONDataByStructStreaming {
def main(args: Array[String]): Unit = {
val spark = SparkSession
.builder()
.appName(this.getClass.getSimpleName)
.master("local[2]")
.getOrCreate()
val source = spark
.readStream
.format("kafka")
.option("kafka.bootstrap.servers", "localhost:9092")
.option("subscribe", "spark_streaming_kafka_json")
.option("startingOffsets", "earliest")
.option("failOnDataLoss", "false")
.load()
import spark.implicits._
val schema = StructType(List(
StructField("id", StringType),
StructField("value", StringType),
StructField("time", StringType),
StructField("valueType", StringType),
StructField("region", StringType),
StructField("namespace", StringType))
)
val data = source.select(from_json('value.cast("string"), schema) as "value").select($"value.*")
.select(date_format($"time".cast(DateType), "yyyyMMdd").as("day"), $"*")
val query = data
.writeStream
.format("parquet")
.outputMode("Append")
.option("checkpointLocation", "/Users/shirukai/Desktop/HollySys/Repository/learn-demo-spark/data/checkpoint")
.option("path", "/Users/shirukai/Desktop/HollySys/Repository/learn-demo-spark/data/structstreaming")
.trigger(Trigger.ProcessingTime(3000)).partitionBy("namespace", "day")
.start()
query.awaitTermination()
}
}
结果:
5 完整代码:
package com.hollysys.spark.streaming.kafkajson
import com.alibaba.fastjson.JSON
import com.google.gson.Gson
import org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer
import org.apache.spark.SparkConf
import org.apache.spark.sql.{Row, SaveMode, SparkSession}
import org.apache.spark.sql.types._
import org.apache.spark.streaming.kafka010.ConsumerStrategies.Subscribe
import org.apache.spark.streaming.kafka010.KafkaUtils
import org.apache.spark.streaming.kafka010.LocationStrategies.PreferConsistent
import org.apache.spark.streaming.{Seconds, StreamingContext}
import java.util.{LinkedHashMap => JLinkedHashMap}
/**
* Created by shirukai on 2018/11/7
* Spark Streaming 处理 kafka json格式数据,并转成DataFrame
*/
object JSONDataHandler {
def main(args: Array[String]): Unit = {
val conf = new SparkConf().setMaster("local[2]").setAppName("JSONDataHandler")
val ssc = new StreamingContext(conf, Seconds(2))
val kafkaParams = Map[String, Object](
"bootstrap.servers" -> "localhost:9092",
"key.deserializer" -> classOf[StringDeserializer],
"value.deserializer" -> classOf[StringDeserializer],
"group.id" -> "spark_streaming",
"auto.offset.reset" -> "earliest",
"enable.auto.commit" -> (false: java.lang.Boolean)
)
val topics = Array("spark_streaming_kafka_json")
val stream = KafkaUtils.createDirectStream[String, String](
ssc,
PreferConsistent,
Subscribe[String, String](topics, kafkaParams)
)
/**
* 方法一:处理JSON字符串为case class 生成RDD[case class] 然后直接转成DataFrame
*/
stream.map(record => handleMessage2CaseClass(record.value())).foreachRDD(rdd => {
val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
val df = spark.createDataFrame(rdd)
import org.apache.spark.sql.functions._
import spark.implicits._
df.select(date_format($"time".cast(DateType), "yyyyMMdd").as("day"), $"*")
.write.mode(SaveMode.Append)
.partitionBy("namespace", "day")
.parquet("/Users/shirukai/Desktop/HollySys/Repository/learn-demo-spark/data/Streaming")
})
/**
* 方法二:处理JSON字符串为Tuple 生成RDD[Tuple] 然后转成DataFrame
*/
// stream.map(record => handleMessage2Tuples(record.value())).foreachRDD(rdd => {
// val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
// import spark.implicits._
// val df = rdd.toDF("id", "value", "time", "valueType", "region", "namespace")
// df.show()
// })
/**
* 方法三:处理JSON字符串为Row 生成RDD[Row] 然后通过schema创建DataFrame
*/
// val schema = StructType(List(
// StructField("id", StringType),
// StructField("value", StringType),
// StructField("time", StringType),
// StructField("valueType", StringType),
// StructField("region", StringType),
// StructField("namespace", StringType))
// )
// stream.map(record => handlerMessage2Row(record.value())).foreachRDD(rdd => {
// val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
// val df = spark.createDataFrame(rdd, schema)
// df.show()
// })
/**
* 方法四:直接将 RDD[String] 转成DataSet 然后通过schema转换
*/
// val schema = StructType(List(
// StructField("namespace", StringType),
// StructField("id", StringType),
// StructField("region", StringType),
// StructField("time", StringType),
// StructField("value", StringType),
// StructField("valueType", StringType))
// )
// stream.map(record => record.value()).foreachRDD(rdd => {
// val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
// import spark.implicits._
// val ds = spark.createDataset(rdd)
// ds.select(from_json('value.cast("string"), schema) as "value").select($"value.*").show()
// })
/**
* 方法五:直接将 RDD[String] 转成DataSet 然后通过read.json转成DataFrame
*/
// stream.map(record => record.value()).foreachRDD(rdd => {
// val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
// import spark.implicits._
// val df = spark.read.json(spark.createDataset(rdd))
// df.show()
// })
/**
* 补充:处理[]数组格式的json字符串,方法一:通过handleMessage自定义方法处理JSON字符串为Array[case class],
* 然后通过flatmap展开,再通过foreachRDD拿到RDD[case class]格式的RDD,最后直接转成DataFrame。
*/
// stream.map(record => handleMessage(record.value())).flatMap(x=>x).foreachRDD(rdd => {
// val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
// val df = spark.createDataFrame(rdd)
// df.show()
// })
/**
* 补充:处理[]数组格式的json字符串,方法二:第二种:直接处理RDD[String],创建DataSet,
* 然后通过Spark SQL 内置函数from_json和指定的schema格式化json数据,
* 再通过内置函数explode展开数组格式的json数据,最后通过select json中的每一个key,获得最终的DataFrame
*/
// val schema = StructType(List(
// StructField("namespace", StringType),
// StructField("id", StringType),
// StructField("region", StringType),
// StructField("time", StringType),
// StructField("value", StringType),
// StructField("valueType", StringType))
// )
// stream.map(record => record.value()).foreachRDD(rdd => {
// val spark = SparkSession.builder().config(rdd.sparkContext.getConf).getOrCreate()
// import spark.implicits._
// val ds = spark.createDataset(rdd)
// import org.apache.spark.sql.functions._
// val df = ds.select(from_json('value, ArrayType(schema)) as "value").select(explode('value)).select($"col.*")
// df.show()
// })
ssc.start()
ssc.awaitTermination()
}
def handleMessage(jsonStr: String): Array[KafkaMessage] = {
val gson = new Gson()
gson.fromJson(jsonStr, classOf[Array[KafkaMessage]])
}
def handleMessage2CaseClass(jsonStr: String): KafkaMessage = {
val gson = new Gson()
gson.fromJson(jsonStr, classOf[KafkaMessage])
}
def handleMessage2Tuples(jsonStr: String): (String, String, String, String, String, String) = {
import scala.collection.JavaConverters._
val list = JSON.parseObject(jsonStr, classOf[JLinkedHashMap[String, Object]]).asScala.values.map(x => String.valueOf(x)).toList
list match {
case List(v1, v2, v3, v4, v5, v6) => (v1, v2, v3, v4, v5, v6)
}
}
def handlerMessage2Row(jsonStr: String): Row = {
import scala.collection.JavaConverters._
val array = JSON.parseObject(jsonStr, classOf[JLinkedHashMap[String, Object]]).asScala.values.map(x => String.valueOf(x)).toArray
Row(array: _*)
}
}
case class KafkaMessage(time: String, namespace: String, id: String, region: String, value: String, valueType: String)
6 总结
目前只想到了上面五种方法,如果有其它思路后续会补上。对比这五种方法,不考虑性能问题,从代码量和灵活度来看,第五种方法是比较好的,因为不需要我们指定schema信息。其次是第一种,不过需要事先定义好case class。另外,在上面的前三种方法中,我们都用到了将json转换成不同对象的方法,但是第一种用的是谷歌的gson后两种用的是阿里的fastjson。是因为,创建DataFrame的时候只支持case class,而当我们使用fastjson的JSON.pares(jsonStr,classOf[KafkaMessage])时会报错,因为fastjson无法将json字符串转成case class对象。所以这里选用的gson。
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