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Storm 使用非 JVM 语言开发

有时候你可能想使用不是基于 JVM 的语言开发一个 Storm 工程，你可能更喜欢使用别的语言或者想使用用某种语言编写的库。

Storm 是用 Java 实现的，你看到的所有这本书中的 spout 和 bolt 都是用 java 编写的。那么有可能使用像 Python、Ruby、 或者 JavaScript 这样的语言编写 spout 和 bolt 吗？答案是当然

可以！可以使用多语言协议达到这一目的。

多语言协议是 Storm 实现的一种特殊的协议，它使用标准输入输出作为 spout 和 bolt 进程间的通讯通道。消息以 JSON 格式或纯文本格式在通道中传递。

我们看一个用非 JVM 语言开发 spout 和 bolt 的简单例子。在这个例子中有一个 spout 产生从1到10,000的数字，一个 bolt 过滤素数，二者都用 PHP 实现。

NOTE: 在这个例子中，我们使用一个很笨的办法验证素数。有更好当然也更复杂的方法，它们已经超出了这个例子的范围。

有一个专门为 Storm 实现的 PHP DSL (译者注：领域特定语言)，我们将会在例子中展示我们的实现。首先定义拓扑。


...
TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();
builder.setSpout("numbers-generator", new NumberGeneratorSpout(1, 10000));
builder.setBolt("prime-numbers-filter", new
PrimeNumbersFilterBolt()).shuffleGrouping("numbers-generator");
StormTopology topology = builder.createTopology();
...

NOTE：有一种使用非 JVM 语言定义拓扑的方式。既然 Storm 拓扑是 Thrift 架构，而且Nimbus 是一个 Thrift 守护进程，你就可以使用任何你想用的语言创建并提交拓扑。但是这已经超出了本书的范畴了。

这里没什么新鲜了。我们看一下 NumbersGeneratorSpout 的实现。


public class NumberGeneratorSpout extends ShellSpout implements IRichSpout {
    public NumberGeneratorSpout(Integer from, Integer to) {
       super("php", "-f", "NumberGeneratorSpout.php", from.toString(), to.toString());
    }
    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
        declarer.declare(new Fields("number"));
    }
    public Map<String, Object> getComponentConfiguration() {
        return null;
    }
}

你可能已经注意到了，这个 spout 继承了 ShellSpout。 这是个由 Storm 提供的特殊的类，用来帮助你运行并控制用其它语言编写的 spout。 在这种情况下它告诉 Storm 如何执行你的PHP 脚本。

NumberGeneratorSpout 的 PHP 脚本向标准输出分发元组，并从标准输入读取确认或失败信号。

在开始实现 NumberGeneratorSpout.php 脚本之前，多观察一下多语言协议是如何工作的。

spout 按照传递给构造器的参数从 from 到 to 顺序生成数字。

接下来看看 PrimeNumbersFilterBolt。 这个类实现了之前提到的壳。它告诉 Storm 如何执行你的PHP脚本。 Storm 为这一目的提供了一个特殊的叫做 ShellBolt 的类，你惟一要做的事就是指出如何运行脚本以及声明要分发的属性。


public class PrimeNumbersFilterBolt extends ShellBolt implements IRichBolt {
    public PrimeNumbersFilterBolt() {
        super("php", "-f", "PrimeNumbersFilterBolt.php");
    }
    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
        declarer.declare(new Fields("number"));
    }
}

在这个构造器中只是告诉 Storm 如何运行PHP脚本。它与下列命令等价。

1
php -f PrimeNumbersFilterBolt.php

PrimeNumbersFilterBolt.php 脚本从标准输入读取元组，处理它们，然后向标准输出分发、确认或失败。在开始这个脚本之前，我们先多了解一些多语言协议的工作方式。

  1. 发起一次握手
  2. 开始循环
  3. 读/写元组

NOTE：有一种特殊的方式可以使用 Storm 的内建日志机制在你的脚本中记录日志，所以你不需要自己实现日志系统。

下面我们来看一看上述每一步的细节，以及如何用 PHP 实现它。

发起握手

为了控制整个流程（开始以及结束它），Storm 需要知道它执行的脚本进程号（PID）。根据多语言协议，你的进程开始时发生的第一件事就是 Storm 要向标准输入（译者注：根据上下文理解，本章提到的标准输入输出都是从非 JVM 语言的角度理解的，这里提到的标准输入也就是 PHP 的标准输入）发送一段 JSON 数据，它包含 Storm 配置、拓扑上下文和一个进程号目录。它看起来就像下面的样子：

{
    "conf": {
        "topology.message.timeout.secs": 3,
        // etc
    },
    "context": {
        "task->component": {
            "1": "example-spout",
            "2": "__acker",
            "3": "example-bolt"
        },
        "taskid": 3
    },
    "pidDir": "..."
}

脚本进程必须在 pidDir 指定的目录下以自己的进程号为名字创建一个文件，并以 JSON 格式把进程号写到标准输出。

{"pid": 1234}举个例子，如果你收到 /tmp/example\n 而你的脚本进程号是123，你应该创建一个名为 /tmp/example/123 的空文件并向标准输出打印文本行 {“pid”: 123}\n（译者注：此处原文只有一个 n，译者猜测应是排版错误）和 end\n。 这样 Storm 就能持续追踪进程号并在它关闭时杀死脚本进程。下面是 PHP 实现：


$config = json_decode(read_msg(), true);
$heartbeatdir = $config['pidDir'];
$pid = getmypid();
fclose(fopen("$heartbeatdir/$pid", "w"));
storm_send(["pid"=>$pid]);
flush();

你已经实现了一个叫做 read_msg 的函数，用来处理从标准输入读取的消息。按照多语言协议的声明，消息可以是单行或多行 JSON 文本。一条消息以 end\n 结束。


function read_msg() {
    $msg = "";
    while(true) {
        $l = fgets(STDIN);
        $line = substr($l,0,-1);
        if($line=="end") {
            break;
        }
        $msg = "$msg$line\n";
    }
    return substr($msg, 0, -1);
}
function storm_send($json) {
    write_line(json_encode($json));
    write_line("end");
}
function write_line($line) {
    echo("$line\n");
}

NOTE：flush() 方法非常重要；有可能字符缓冲只有在积累到一定程度时才会清空。这意味着你的脚本可能会为了等待一个来自 Storm 的输入而永远挂起，而 Storm 却在等待来自你的脚本的输出。因此当你的脚本有内容输出时立即清空缓冲是很重要的。

开始循环以及读/写元组

这是整个工作中最重要的一步。这一步的实现取决于你开发的 spout 和 bolt。

如果是 spout，你应当开始分发元组。如果是 bolt，就循环读取元组，处理它们，分发它发，确认成功或失败。

下面我们就看看用来分发数字的 spout。


$from = intval($argv[1]);
$to = intval($argv[2]);
while(true) {
    $msg = read_msg();
    $cmd = json_decode($msg, true);
    if ($cmd['command']=='next') {
        if ($from<$to) {
            storm_emit(array("$from"));
            $task_ids = read_msg();
            $from++;
        } else {
            sleep(1);
        }
    }
    storm_sync();
}

从命令行获取参数 from 和 to，并开始迭代。每次从 Storm 得到一条 next 消息，这意味着你已准备好分发下一个元组。

一旦你发送了所有的数字，而且没有更多元组可发了，就休眠一段时间。

为了确保脚本已准备好发送下一个元组，Storm 会在发送下一条之前等待 sync\n 文本行。调用 read_msg()，读取一条命令，解析 JSON。

对于 bolts 来说，有少许不同。


while(true) {
    $msg = read_msg();
    $tuple = json_decode($msg, true, 512, JSON_BIGINT_AS_STRING);
    if (!empty($tuple["id"])) {
        if (isPrime($tuple["tuple"][0])) {
            storm_emit(array($tuple["tuple"][0]));
        }
        storm_ack($tuple["id"]);
    }
}

循环的从标准输入读取元组。解析读取每一条 JSON 消息，判断它是不是一个元组，如果是，再检查它是不是一个素数，如果是素数再次分发一个元组，否则就忽略掉，最后不论如何都要确认成功。

NOTE：在 json_decode 函数中使用的 JSON_BIGINT_AS_STRING 是为了解决一个在JAVA 和 PHP 之间的数据转换问题。JAVA发送的一些很大的数字，在 PHP 中会丢失精度，这样就会导致问题。为了避开这个问题，告诉PHP把大数字当作字符串处理，并在 JSON 消息中输出数字时不使用双引号。PHP5.4.0 或更高版本要求使用这个参数。

emit，ack，fail，以及 log 消息都是如下结构：

emit

{
    "command": "emit",
    "tuple": ["foo", "bar"]
}

其中的数组包含了你分发的元组数据。

ack

{
    "command": "ack",
    "id": 123456789
}

其中的 id 就是你处理的元组的 ID。

fail

{
    "command": "fail",
    "id": 123456789
}

与 ack（译者注：原文是 emit 从上下 JSON 的内容和每个方法的功能上判断此处就是 ack，可能是排版错误）相同，其中 id 就是你处理的元组 ID。

log

{
    "command": "log",
    "msg": "some message to be logged by storm."
}

下面是完整的的 PHP 代码。


//你的spout：

<?php
function read_msg() {
    $msg = "";
    while(true) {
        $l = fgets(STDIN);
        $line = substr($l,0,-1);
        if ($line=="end") {
            break;
        }
        $msg = "$msg$line\n";
    }
    return substr($msg, 0, -1);
}
function write_line($line) {
    echo("$line\n");
}
function storm_emit($tuple) {
    $msg = array("command" => "emit", "tuple" => $tuple);
    storm_send($msg);
}
function storm_send($json) {
    write_line(json_encode($json));
    write_line("end");
}
function storm_sync() {
    storm_send(array("command" => "sync"));
}
function storm_log($msg) {
    $msg = array("command" => "log", "msg" => $msg);
    storm_send($msg);
    flush();
}
$config = json_decode(read_msg(), true);
$heartbeatdir = $config['pidDir'];
$pid = getmypid();
fclose(fopen("$heartbeatdir/$pid", "w"));
storm_send(["pid"=>$pid]);
flush();
$from = intval($argv[1]);
$to = intval($argv[2]);
while(true) {
    $msg = read_msg();
    $cmd = json_decode($msg, true);
    if ($cmd['command']=='next') {
        if ($from<$to) {
            storm_emit(array("$from"));
            $task_ids = read_msg();
            $from++;
        } else {
            sleep(1);
        }
    }
    storm_sync();
}
?>
//你的bolt:
<?php
function isPrime($number) {
    if ($number < 2) {
        return false;
    }
    if ($number==2) {
        return true;
    }
    for ($i=2; $i<=$number-1; $i++) {
        if ($number % $i == 0) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}
function read_msg() {
    $msg = "";
    while(true) {
        $l = fgets(STDIN);
        $line = substr($l,0,-1);
        if ($line=="end") {
            break;
        }
        $msg = "$msg$line\n";
    }
    return substr($msg, 0, -1);
}
function write_line($line) {
    echo("$line\n");
}
function storm_emit($tuple) {
    $msg = array("command" => "emit", "tuple" => $tuple);
    storm_send($msg);
}
function storm_send($json) {
    write_line(json_encode($json));
    write_line("end");
}
function storm_ack($id) {
    storm_send(["command"=>"ack", "id"=>"$id"]);
}
function storm_log($msg) {
    $msg = array("command" => "log", "msg" => "$msg");
    storm_send($msg);
}
$config = json_decode(read_msg(), true);
$heartbeatdir = $config['pidDir'];
$pid = getmypid();
fclose(fopen("$heartbeatdir/$pid", "w"));
storm_send(["pid"=>$pid]);
flush();
while(true) {
    $msg = read_msg();
    $tuple = json_decode($msg, true, 512, JSON_BIGINT_AS_STRING);
    if (!empty($tuple["id"])) {
        if (isPrime($tuple["tuple"][0])) {
            storm_emit(array($tuple["tuple"][0]));
        }
        storm_ack($tuple["id"]);
    }
}
?>

NOTE：需要重点指出的是，应当把所有的脚本文件保存在你的工程目录下的一个名为multilang/resources 的子目录中。这个子目录被包含在发送给工人进程的 jar 文件中。如果你不把脚本包含在这个目录中，Storm 就不能运行它们，并抛出一个错误。

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