Springboot整合Kafka Stream实时统计数据

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环境：springboot2.3.12.RELEASE + kafka_2.13-2.7.0 + zookeeper-3.6.2

Kafka Stream介绍

Kafka在0.10版本推出了Stream API，提供了对存储在Kafka内的数据进行流式处理和分析的能力。

流式计算一般被用来和批量计算做比较。批量计算往往有一个固定的数据集作为输入并计算结果。而流式计算的输入往往是“无界”的(Unbounded Data)，持续输入的，即永远拿不到全量数据去做计算;同时，计算结果也是持续输出的，只能拿到某一个时刻的结果，而不是最终的结果。

Kafka Streams是一个客户端类库，用于处理和分析存储在Kafka中的数据。它建立在流式处理的一些重要的概念之上：如何区分事件时间和处理时间、Windowing的支持、简单高效的管理和实时查询应用程序状态。

Kafka Streams的门槛非常低：和编写一个普通的Kafka消息处理程序没有太大的差异，可以通过多进程部署来完成扩容、负载均衡、高可用(Kafka Consumer的并行模型)。

Kafka Streams的一些特点：

• 被设计成一个简单的、轻量级的客户端类库，能够被集成到任何Java应用中
• 除了Kafka之外没有任何额外的依赖，利用Kafka的分区模型支持水平扩容和保证顺序性
• 通过可容错的状态存储实现高效的状态操作(windowed joins and aggregations)
• 支持exactly-once语义
• 支持纪录级的处理，实现毫秒级的延迟
• 提供High-Level的Stream DSL和Low-Level的Processor API

Stream Processing Topology流处理拓扑

• 流是Kafka Streams提供的最重要的抽象：它表示一个无限的、不断更新的数据集。流是不可变数据记录的有序、可重放和容错序列，其中数据记录定义为键值对。
• Stream Processing Application是使用了Kafka Streams库的应用程序。它通过processor topologies定义计算逻辑，其中每个processor topology都是多个stream processor(节点)通过stream组成的图。
• A stream processor 是处理器拓扑中的节点;它表示一个处理步骤，通过每次从拓扑中的上游处理器接收一个输入记录，将其操作应用于该记录，来转换流中的数据，并且随后可以向其下游处理器生成一个或多个输出记录。

有两种特殊的processor：

Source Processor 源处理器是一种特殊类型的流处理器，它没有任何上游处理器。它通过使用来自一个或多个kafka topic的记录并将其转发到其下游处理器，从而从一个或多个kafka topic生成其拓扑的输入流。

Sink Processor 接收器处理器是一种特殊类型的流处理器，没有下游处理器。它将从其上游处理器接收到的任何记录发送到指定的kafka topic。

相关的核心概念查看如下链接

下面演示Kafka Stream 在Springboot中的应用

依赖

<dependency> 
  <groupId>org.springframework.boot</groupId> 
  <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> 
  </dependency> 
<dependency> 
  <groupId>org.springframework.kafka</groupId> 
  <artifactId>spring-kafka</artifactId> 
</dependency> 
<dependency> 
  <groupId>org.apache.kafka</groupId> 
  <artifactId>kafka-streams</artifactId> 
</dependency> 

配置

server: 
  port: 9090 
spring: 
  application: 
    name: kafka-demo 
  kafka: 
    streams: 
      application-id: ${spring.application.name} 
      properties: 
        spring.json.trusted.packages: '*' 
    bootstrap-servers: 
    - localhost:9092 
    - localhost:9093 
    - localhost:9094 
    producer: 
      acks: 1 
      retries: 10 
      key-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer 
      value-serializer: org.springframework.kafka.support.serializer.JsonSerializer #org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer 
      properties: 
        spring.json.trusted.packages: '*' 
    consumer: 
      key-deserializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer 
      value-deserializer: org.springframework.kafka.support.serializer.JsonDeserializer #org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer 
      enable-auto-commit: false 
      group-id: ConsumerTest 
      auto-offset-reset: latest 
      properties: 
        session.timeout.ms: 12000 
        heartbeat.interval.ms: 3000 
        max.poll.records: 100 
        spring.json.trusted.packages: '*' 
    listener: 
      ack-mode: manual-immediate 
      type: batch 
      concurrency: 8 
    properties: 
      max.poll.interval.ms: 300000 

消息发送

@Service 
public class MessageSend { 
  @Resource 
  private KafkaTemplate<String, Message> kafkaTemplate ; 
  public void sendMessage2(Message message) { 
    kafkaTemplate.send(new ProducerRecord<String, Message>("test", message)).addCallback(result -> { 
      System.out.println("执行成功..." + Thread.currentThread().getName()) ; 
    }, ex -> { 
      System.out.println("执行失败") ; 
      ex.printStackTrace() ; 
    }) ; 
  } 
} 

消息监听

@KafkaListener(topics = {"test"}) 
public void listener2(List<ConsumerRecord<String, Message>> records, Acknowledgment ack) { 
  for (ConsumerRecord<String, Message> record : records) { 
    System.out.println(this.getClass().hashCode() + ", Thread" + Thread.currentThread().getName() + ", key: " + record.key() + ", 接收到消息：" + record.value() + ", patition: " + record.partition() + ", offset: " + record.offset()) ; 
  } 
  try { 
    TimeUnit.SECONDS.sleep(0) ; 
  } catch (InterruptedException e) { 
    e.printStackTrace(); 
  } 
  ack.acknowledge() ; 
} 
     
@KafkaListener(topics = {"demo"}) 
public void listenerDemo(List<ConsumerRecord<String, Message>> records, Acknowledgment ack) { 
  for (ConsumerRecord<String, Message> record : records) { 
    System.out.println("Demo Topic: " + this.getClass().hashCode() + ", Thread" + Thread.currentThread().getName() + ", key: " + record.key() + ", 接收到消息：" + record.value() + ", patition: " + record.partition() + ", offset: " + record.offset()) ; 
  } 
  ack.acknowledge() ; 
} 

Kafka Stream处理

消息转换并转发其它Topic

@Bean 
public KStream<Object, Object> kStream(StreamsBuilder streamsBuilder) { 
  KStream<Object, Object> stream = streamsBuilder.stream("test"); 
  stream.map((key, value) -> { 
    System.out.println("原始消息内容：" + new String((byte[]) value, Charset.forName("UTF-8"))) ; 
    return new KeyValue<>(key, "{\"title\": \"123123\", \"message\": \"重新定义内容\"}".getBytes(Charset.forName("UTF-8"))) ; 
  }).to("demo") ; 
  return stream; 
} 

执行结果：

Stream对象处理

@Bean 
public KStream<String, Message> kStream4(StreamsBuilder streamsBuilder) { 
  JsonSerde<Message> jsonSerde = new JsonSerde<>() ; 
  JsonDeserializer<Message> descri = (JsonDeserializer<Message>) jsonSerde.deserializer() ; 
  descri.addTrustedPackages("*") ; 
  KStream<String, Message> stream = streamsBuilder.stream("test", Consumed.with(Serdes.String(), jsonSerde)); 
  stream.map((key, value) -> { 
    value.setTitle("XXXXXXX") ; 
    return new KeyValue<>(key, value) ; 
  }).to("demo", Produced.with(Serdes.String(), jsonSerde)) ; 
  return stream; 
} 

执行结果：

分组处理

@Bean 
public KStream<String, Message> kStream5(StreamsBuilder streamsBuilder) { 
  JsonSerde<Message> jsonSerde = new JsonSerde<>() ; 
  JsonDeserializer<Message> descri = (JsonDeserializer<Message>) jsonSerde.deserializer() ; 
  descri.addTrustedPackages("*") ; 
  KStream<String, Message> stream = streamsBuilder.stream("test", Consumed.with(Serdes.String(), jsonSerde)); 
  stream.selectKey(new KeyValueMapper<String, Message, String>() { 
    @Override 
    public String apply(String key, Message value) { 
      return value.getOrgCode() ; 
    } 
  }) 
  .groupByKey(Grouped.with(Serdes.String(), jsonSerde)) 
  .count() 
  .toStream().print(Printed.toSysOut()); 
  return stream; 
} 

执行结果：

聚合

@Bean 
public KStream<String, Message> kStream6(StreamsBuilder streamsBuilder) { 
  JsonSerde<Message> jsonSerde = new JsonSerde<>() ; 
  JsonDeserializer<Message> descri = (JsonDeserializer<Message>) jsonSerde.deserializer() ; 
  descri.addTrustedPackages("*") ; 
  KStream<String, Message> stream = streamsBuilder.stream("test", Consumed.with(Serdes.String(), jsonSerde)); 
  stream.selectKey(new KeyValueMapper<String, Message, String>() { 
    @Override 
    public String apply(String key, Message value) { 
      return value.getOrgCode() ; 
    } 
  }) 
  .groupByKey(Grouped.with(Serdes.String(), jsonSerde)) 
  .aggregate(() -> 0L, (key, value ,aggValue) -> { 
    System.out.println("key = " + key + ", value = " + value + ", agg = " + aggValue) ; 
    return aggValue + 1 ; 
  }, Materialized.<String, Long, KeyValueStore<Bytes,byte[]>>as("kvs").withValueSerde(Serdes.Long())) 
  .toStream().print(Printed.toSysOut()); 
  return stream; 
} 

执行结果：

Filter过滤数据

@Bean 
public KStream<String, Message> kStream7(StreamsBuilder streamsBuilder) { 
  JsonSerde<Message> jsonSerde = new JsonSerde<>() ; 
  JsonDeserializer<Message> descri = (JsonDeserializer<Message>) jsonSerde.deserializer() ; 
  descri.addTrustedPackages("*") ; 
  KStream<String, Message> stream = streamsBuilder.stream("test", Consumed.with(Serdes.String(), jsonSerde)); 
  stream.selectKey(new KeyValueMapper<String, Message, String>() { 
    @Override 
    public String apply(String key, Message value) { 
      return value.getOrgCode() ; 
    } 
  }) 
  .groupByKey(Grouped.with(Serdes.String(), jsonSerde)) 
  .aggregate(() -> 0L, (key, value ,aggValue) -> { 
    System.out.println("key = " + key + ", value = " + value + ", agg = " + aggValue) ; 
    return aggValue + 1 ; 
  }, Materialized.<String, Long, KeyValueStore<Bytes,byte[]>>as("kvs").withValueSerde(Serdes.Long())) 
  .toStream() 
  .filter((key, value) -> !"2".equals(key)) 
  .print(Printed.toSysOut()); 
  return stream; 
} 

执行结果：

过滤Key不等于"2"

分支多流处理

@Bean 
public KStream<String, Message> kStream8(StreamsBuilder streamsBuilder) { 
  JsonSerde<Message> jsonSerde = new JsonSerde<>() ; 
  JsonDeserializer<Message> descri = (JsonDeserializer<Message>) jsonSerde.deserializer() ; 
  descri.addTrustedPackages("*") ; 
  KStream<String, Message> stream = streamsBuilder.stream("test", Consumed.with(Serdes.String(), jsonSerde)); 
  // 分支，多流处理 
  KStream<String, Message>[] arrStream = stream.branch( 
    (key, value) -> "男".equals(value.getSex()),  
    (key, value) -> "女".equals(value.getSex())); 
  Stream.of(arrStream).forEach(as -> { 
    as.foreach((key, message) -> { 
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", key = " + key + ", message = " + message) ; 
    }); 
  }); 
  return stream; 
} 

执行结果：

多字段分组

不能使用多个selectKey，后面的会覆盖前面的

@Bean 
public KStream<String, Message> kStreamM2(StreamsBuilder streamsBuilder) { 
  JsonSerde<Message> jsonSerde = new JsonSerde<>() ; 
  JsonDeserializer<Message> descri = (JsonDeserializer<Message>) jsonSerde.deserializer() ; 
  descri.addTrustedPackages("*") ; 
  KStream<String, Message> stream = streamsBuilder.stream("test", Consumed.with(Serdes.String(), jsonSerde)); 
  stream 
  .selectKey(new KeyValueMapper<String, Message, String>() { 
    @Override 
    public String apply(String key, Message value) { 
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()) ; 
      return value.getTime() + " | " + value.getOrgCode() ; 
    } 
  }) 
  .groupByKey(Grouped.with(Serdes.String(), jsonSerde)) 
  .count() 
  .toStream().print(Printed.toSysOut()); 
  return stream; 
} 

执行结果：