Storm的ack机制在项目应用中的坑

正在学习storm的大兄弟们，我又来传道授业解惑了，是不是觉得自己会用ack了。好吧，那就让我开始啪啪打你们脸吧。

先说一下ACK机制：

　　为了保证数据能正确的被处理, 对于spout产生的每一个tuple, storm都会进行跟踪。

　　这里面涉及到ack/fail的处理，如果一个tuple处理成功是指这个Tuple以及这个Tuple产生的所有Tuple都被成功处理, 会调用spout的ack方法；

　　如果失败是指这个Tuple或这个Tuple产生的所有Tuple中的某一个tuple处理失败, 则会调用spout的fail方法；

　　在处理tuple的每一个bolt都会通过OutputCollector来告知storm, 当前bolt处理是否成功。

　　另外需要注意的，当spout触发fail动作时，不会自动重发失败的tuple，需要我们在spout中重新获取发送失败数据，手动重新再发送一次。

Ack原理
　　Storm中有个特殊的task名叫acker，他们负责跟踪spout发出的每一个Tuple的Tuple树（因为一个tuple通过spout发出了，经过每一个bolt处理后，会生成一个新的tuple发送出去）。当acker（框架自启动的task）发现一个Tuple树已经处理完成了，它会发送一个消息给产生这个Tuple的那个task。
Acker的跟踪算法是Storm的主要突破之一，对任意大的一个Tuple树，它只需要恒定的20字节就可以进行跟踪。
Acker跟踪算法的原理：acker对于每个spout-tuple保存一个ack-val的校验值，它的初始值是0，然后每发射一个Tuple或Ack一个Tuple时，这个Tuple的id就要跟这个校验值异或一下，并且把得到的值更新为ack-val的新值。那么假设每个发射出去的Tuple都被ack了，那么最后ack-val的值就一定是0。Acker就根据ack-val是否为0来判断是否完全处理，如果为0则认为已完全处理。

要实现ack机制：
1，spout发射tuple的时候指定messageId
2，spout要重写BaseRichSpout的fail和ack方法
3，spout对发射的tuple进行缓存(否则spout的fail方法收到acker发来的messsageId，spout也无法获取到发送失败的数据进行重发)，看看系统提供的接口，只有msgId这个参数，这里的设计不合理，其实在系统里是有cache整个msg的，只给用户一个messageid，用户如何取得原来的msg貌似需要自己cache，然后用这个msgId去查询，太坑爹了
3，spout根据messageId对于ack的tuple则从缓存队列中删除，对于fail的tuple可以选择重发。
4,设置acker数至少大于0；Config.setNumAckers(conf, ackerParal);

Storm的Bolt有BsicBolt和RichBolt:
　　在BasicBolt中，BasicOutputCollector在emit数据的时候，会自动和输入的tuple相关联，而在execute方法结束的时候那个输入tuple会被自动ack。
　　使用RichBolt需要在emit数据的时候，显示指定该数据的源tuple要加上第二个参数anchor tuple，以保持tracker链路，即collector.emit(oldTuple, newTuple);并且需要在execute执行成功后调用OutputCollector.ack(tuple), 当失败处理时，执行OutputCollector.fail(tuple);

由一个tuple产生一个新的tuple称为：anchoring，你发射一个tuple的同时也就完成了一次anchoring。

　　ack机制即，spout发送的每一条消息，在规定的时间内，spout收到Acker的ack响应，即认为该tuple 被后续bolt成功处理;在规定的时间内（默认是30秒），没有收到Acker的ack响应tuple，就触发fail动作，即认为该tuple处理失败，timeout时间可以通过Config.TOPOLOGY_MESSAGE_TIMEOUT_SECS来设定。或者收到Acker发送的fail响应tuple，也认为失败，触发fail动作

　　注意，我开始以为如果继承BaseBasicBolt那么程序抛出异常，也会让spout进行重发，但是我错了，程序直接异常停止了

　　这里我以分布式程序入门案例worldcount为例子吧。请看下面大屏幕：没有错我就是那个你们走在路上经常听见的名字刘洋。

　　这里spout1-1task发送句子"i am liu yang"给bolt2-2task进行处理，该task把句子切分为单词，根据字段分发到下一个bolt中，bolt2-2,bolt4-4,bolt5-5对每一个单词添加一个后缀1后再发送给下一个bolt进行存储到数据库的操作，这个时候bolt7-7task在存储数据到数据库时失败，向spout发送fail响应，这个时候spout收到消息就会再次发送的该数据。

　　好，那么我思考一个问题：spout如何保证再次发送的数据就是之前失败的数据，所以在spout实例中，绝对要定义一个map缓存，缓存发出去的每一条数据，key当然就是messageId,当spout实例收到所有bolt的响应后如果是ack，就会调用我们重写的ack方法，在这个方法里面我们就要根据messageId删除这个key-value,如果spout实例收到所有bolt响应后，发现是faile,则会调用我们重写的fail方法，根据messageId查询到对应的数据再次发送该数据出去。

spout代码如下

public class MySpout extends BaseRichSpout {
    private static final long serialVersionUID = 5028304756439810609L;

    // key:messageId,Data
    private HashMap<String, String> waitAck = new HashMap<String, String>();

    private SpoutOutputCollector collector;

    public void declareOutputFields(OutputFieldsDeclarer declarer) {
        declarer.declare(new Fields("sentence"));
    }

    public void open(Map conf, TopologyContext context, SpoutOutputCollector collector) {
        this.collector = collector;
    }

    public void nextTuple() {
        String sentence = "i am liu yang";
        String messageId = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "");
        waitAck.put(messageId, sentence);
        //指定messageId，开启ackfail机制
        collector.emit(new Values(sentence), messageId);
    }

    @Override
    public void ack(Object msgId) {
        System.out.println("消息处理成功:" + msgId);
        System.out.println("删除缓存中的数据...");
        waitAck.remove(msgId);
    }

    @Override
    public void fail(Object msgId) {
        System.out.println("消息处理失败:" + msgId);
        System.out.println("重新发送失败的信息...");
        //重发如果不开启ackfail机制，那么spout的map对象中的该数据不会被删除的。
        collector.emit(new Values(waitAck.get(msgId)),msgId);
    }
}

 虽然在storm项目中我们的spout源通常来源kafka,而且我们使用storm提供的工具类KafkaSpout类，其实这个类里面就维护者<messageId,Tuple>对的集合。

Storm怎么处理重复的tuple？

　　因为Storm要保证tuple的可靠处理，当tuple处理失败或者超时的时候，spout会fail并重新发送该tuple，那么就会有tuple重复计算的问题。这个问题是很难解决的，storm也没有提供机制帮助你解决。一些可行的策略：

（1）不处理，这也算是种策略。因为实时计算通常并不要求很高的精确度，后续的批处理计算会更正实时计算的误差。

（2）使用第三方集中存储来过滤，比如利用mysql,memcached或者redis根据逻辑主键来去重。

（3）使用bloom filter做过滤，简单高效。

问题一：你们有没有想过如果某一个task节点处理的tuple一直失败，消息一直重发会怎么样？

　　我们都知道，spout作为消息的发送源，在没有收到该tuple来至左右bolt的返回信息前，是不会删除的，那么如果消息一直失败，就会导致spout节点存储的tuple数据越来越多，导致内存溢出。

问题二：有没有想过，如果该tuple的众多子tuple中，某一个子tuple处理failed了，但是另外的子tuple仍然会继续执行，如果子tuple都是执行数据存储操作，那么就算整个消息失败，那些生成的子tuple还是会成功执行而不会回滚的。

　　这个时候storm的原生api是无法支持这种事务性操作，我们可以使用storm提供的高级api-trident来做到（具体如何我不清楚，目前没有研究它，但是我可以它内部一定是根据分布式协议比如两阶段提交协议等）。向这种业务中要保证事务性功能，我们完全可以根据我们自身的业务来做到，比如这里的入库操作，我们先记录该消息是否已经入库的状态，再入库时查询状态来决定是否给予执行。

问题三：tuple的追踪并不一定要是从spout结点到最后一个bolt,只要是spout开始，可以在任意层次bolt停止追踪做出应答。

Acker task 组件来设置一个topology里面的acker的数量，默认值是一，如果你的topoogy里面的tuple比较多的话，那么请把acker的数量设置多一点，效率会更高一点。

调整可靠性 
acker task是非常轻量级的， 所以一个topology里面不需要很多acker。你可以通过Strom UI(id: -1)来跟踪它的性能。 如果它的吞吐量看起来不正常，那么你就需要多加点acker了。
如果可靠性对你来说不是那么重要 — 你不太在意在一些失败的情况下损失一些数据， 那么你可以通过不跟踪这些tuple树来获取更好的性能。不去跟踪消息的话会使得系统里面的消息数量减少一半， 因为对于每一个tuple都要发送一个ack消息。并且它需要更少的id来保存下游的tuple， 减少带宽占用。
有三种方法可以去掉可靠性。

第一是把Config.TOPOLOGY_ACKERS 设置成 0. 在这种情况下， storm会在spout发射一个tuple之后马上调用spout的ack方法。也就是说这个tuple树不会被跟踪。
第二个方法是在tuple层面去掉可靠性。 你可以在发射tuple的时候不指定messageid来达到不跟粽某个特定的spout tuple的目的。
最后一个方法是如果你对于一个tuple树里面的某一部分到底成不成功不是很关心，那么可以在发射这些tuple的时候unanchor它们。 这样这些tuple就不在tuple树里面， 也就不会被跟踪了。

可靠性配置

有三种方法可以去掉消息的可靠性：

将参数Config.TOPOLOGY_ACKERS设置为0，通过此方法，当Spout发送一个消息的时候，它的ack方法将立刻被调用；

Spout发送一个消息时，不指定此消息的messageID。当需要关闭特定消息可靠性的时候，可以使用此方法；

最后，如果你不在意某个消息派生出来的子孙消息的可靠性，则此消息派生出来的子消息在发送时不要做锚定，即在emit方法中不指定输入消息。因为这些子孙消息没有被锚定在任何tuple tree中，因此他们的失败不会引起任何spout重新发送消息。

如何关闭Ack机制

有2种途径

spout发送数据是不带上msgid

设置acker数等于0

值得注意的一点是Storm调用Ack或者fail的task始终是产生这个tuple的那个task，所以如果一个Spout，被分为很多个task来执行，消息执行的成功失败与否始终会通知最开始发出tuple的那个task。

作为Storm的使用者，有两件事情要做以更好的利用Storm的可靠性特征，首先你在生成一个tuple的时候要通知Storm，其次，完全处理一个tuple之后要通知Storm，这样Storm就可以检测到整个tuple树有没有完成处理，并且通知源Spout处理结果。

1 由于对应的task挂掉了，一个tuple没有被Ack：

Storm的超时机制在超时之后会把这个tuple标记为失败，从而可以重新处理。

2 Acker挂掉了： 在这种情况下，由这个Acker所跟踪的所有spout tuple都会出现超时，也会被重新的处理。

3 Spout 挂掉了：在这种情况下给Spout发送消息的消息源负责重新发送这些消息。

三个基本的机制，保证了Storm的完全分布式，可伸缩的并且高度容错的。

另外Ack机制还常用于限流作用： 为了避免spout发送数据太快，而bolt处理太慢，常常设置pending数，当spout有等于或超过pending数的tuple没有收到ack或fail响应时，跳过执行nextTuple， 从而限制spout发送数据。

通过conf.put(Config.TOPOLOGY_MAX_SPOUT_PENDING, pending);设置spout pend数。