Flume架构与源码分析-核心组件分析-1-flume的核心组件

首先所有核心组件都会实现org.apache.flume.lifecycle.LifecycleAware接口：

Java代码

public interface LifecycleAware {   
  public void start();   
  public void stop();   
  public LifecycleState getLifecycleState();   
}

start方法在整个Flume启动时或者初始化组件时都会调用start方法进行组件初始化，Flume组件出现异常停止时会调用stop，getLifecycleState返回组件的生命周期状态，有IDLE, START, STOP, ERROR四个状态。

如果开发的组件需要配置，如设置一些属性;可以实现org.apache.flume.conf.Configurable接口：

Java代码

public interface Configurable {   
   public void configure(Context context);   
}

Flume在启动组件之前会调用configure来初始化组件一些配置。

1、Source

Source用于采集日志数据，有两种实现方式：轮训拉取和事件驱动机制;Source接口如下：

Java代码

public interface Source extends LifecycleAware, NamedComponent {   
  public void setChannelProcessor(ChannelProcessor channelProcessor);   
  public ChannelProcessor getChannelProcessor();   
}

Source接口首先继承了LifecycleAware接口，然后只提供了ChannelProcessor的setter和getter接口，也就是说它的的所有逻辑的实现应该在LifecycleAware接口的start和stop中实现;ChannelProcessor之前介绍过用来进行日志流的过滤和Channel的选择及调度。

而Source是通过SourceFactory工厂创建，默认提供了DefaultSourceFactory，其首先通过Enum类型org.apache.flume.conf.source.SourceType查找默认实现，如exec，则找到org.apache.flume.source.ExecSource实现，如果找不到直接Class.forName(className)创建。

Source提供了两种机制： PollableSource(轮训拉取)和EventDrivenSource(事件驱动)：

PollableSource默认提供了如下实现：

比如JMSSource实现使用javax.jms.MessageConsumer.receive(pollTimeout)主动去拉取消息。

EventDrivenSource默认提供了如下实现：

比如NetcatSource、HttpSource就是事件驱动，即被动等待;比如HttpSource就是内部启动了一个内嵌的Jetty启动了一个Servlet容器，通过FlumeHTTPServlet去接收消息。

Flume提供了SourceRunner用来启动Source的流转：

Java代码

public class EventDrivenSourceRunner extends SourceRunner {   
  private LifecycleState lifecycleState;   
  public EventDrivenSourceRunner() {   
      lifecycleState = LifecycleState.IDLE; //启动之前是空闲状态   
  }   
   
  @Override   
  public void start() {   
    Source source = getSource(); //获取Source   
    ChannelProcessor cp = source.getChannelProcessor(); //Channel处理器   
    cp.initialize(); //初始化Channel处理器   
    source.start();  //启动Source   
    lifecycleState = LifecycleState.START; //本组件状态改成启动状态   
  }   
  @Override   
  public void stop() {   
    Source source = getSource(); //先停Source   
    source.stop();   
    ChannelProcessor cp = source.getChannelProcessor();   
    cp.close();//再停Channel处理器   
    lifecycleState = LifecycleState.STOP; //本组件状态改成停止状态   
  }   
}

从本组件也可以看出：1、首先要初始化ChannelProcessor，其实现时初始化过滤器链;2、接着启动Source并更改本组件的状态。

Java代码

public class PollableSourceRunner extends SourceRunner {   
 @Override   
 public void start() {   
  PollableSource source = (PollableSource) getSource();   
  ChannelProcessor cp = source.getChannelProcessor();   
  cp.initialize();   
  source.start();   
   
  runner = new PollingRunner();   
  runner.source = source;   
  runner.counterGroup = counterGroup;   
  runner.shouldStop = shouldStop;   
   
  runnerThread = new Thread(runner);   
  runnerThread.setName(getClass().getSimpleName() + "-" +    
      source.getClass().getSimpleName() + "-" + source.getName());   
  runnerThread.start();    
   
  lifecycleState = LifecycleState.START;   
 }   
}

而PollingRunner首先初始化组件，但是又启动了一个线程PollingRunner，其作用就是轮训拉取数据：

Java代码

@Override   
  public void run() {   
    while (!shouldStop.get()) { //如果没有停止，则一直在死循环运行   
      counterGroup.incrementAndGet("runner.polls");   
   
      try {   
        //调用PollableSource的process方法进行轮训拉取，然后判断是否遇到了失败补偿   
        if (source.process().equals(PollableSource.Status.BACKOFF)) {/   
          counterGroup.incrementAndGet("runner.backoffs");   
   
          //失败补偿时暂停线程处理，等待超时时间之后重试   
          Thread.sleep(Math.min(   
              counterGroup.incrementAndGet("runner.backoffs.consecutive")   
              * source.getBackOffSleepIncrement(), source.getMaxBackOffSleepInterval()));   
        } else {   
          counterGroup.set("runner.backoffs.consecutive", 0L);   
        }   
      } catch (InterruptedException e) {   
                }   
      }   
    }   
  }   
}

Flume在启动时会判断Source是PollableSource还是EventDrivenSource来选择使用PollableSourceRunner还是EventDrivenSourceRunner。

比如HttpSource实现，其通过FlumeHTTPServlet接收消息然后：

Java代码

List<Event> events = Collections.emptyList(); //create empty list   
//首先从请求中获取Event   
events = handler.getEvents(request);   
//然后交给ChannelProcessor进行处理   
getChannelProcessor().processEventBatch(events);

到此基本的Source流程就介绍完了，其作用就是监听日志，采集，然后交给ChannelProcessor进行处理。

2、Channel

Channel用于连接Source和Sink，Source生产日志发送到Channel，Sink从Channel消费日志;也就是说通过Channel实现了Source和Sink的解耦，可以实现多对多的关联，和Source、Sink的异步化。

之前Source采集到日志后会交给ChannelProcessor处理，那么接下来我们先从ChannelProcessor入手，其依赖三个组件：

Java代码

private final ChannelSelector selector;  //Channel选择器   
private final InterceptorChain interceptorChain; //拦截器链   
private ExecutorService execService; //用于实现可选Channel的ExecutorService，默认是单线程实现

接下来看下其是如何处理Event的：

Java代码

public void processEvent(Event event) {   
  event = interceptorChain.intercept(event); //首先进行拦截器链过滤   
  if (event == null) {   
    return;   
  }   
  List<Event> events = new ArrayList<Event>(1);   
  events.add(event);   
   
  //通过Channel选择器获取必须成功处理的Channel，然后事务中执行   
  List<Channel> requiredChannels = selector.getRequiredChannels(event);   
  for (Channel reqChannel : requiredChannels) {    
    executeChannelTransaction(reqChannel, events, false);   
  }   
   
  //通过Channel选择器获取可选的Channel，这些Channel失败是可以忽略，不影响其他Channel的处理   
  List<Channel> optionalChannels = selector.getOptionalChannels(event);   
  for (Channel optChannel : optionalChannels) {   
    execService.submit(new OptionalChannelTransactionRunnable(optChannel, events));   
  }   
}

另外内部还提供了批处理实现方法processEventBatch;对于内部事务实现的话可以参考executeChannelTransaction方法，整体事务机制类似于JDBC：

Java代码

private static void executeChannelTransaction(Channel channel, List<Event> batch, boolean isOptional) {   
  //1、获取Channel上的事务   
  Transaction tx = channel.getTransaction();   
  Preconditions.checkNotNull(tx, "Transaction object must not be null");   
  try {   
    //2、开启事务   
    tx.begin();   
    //3、在Channel上执行批量put操作   
    for (Event event : batch) {   
      channel.put(event);   
    }   
    //4、成功后提交事务   
    tx.commit();   
  } catch (Throwable t) {   
    //5、异常后回滚事务   
    tx.rollback();   
    if (t instanceof Error) {   
       LOG.error("Error while writing to channel: " +   
           channel, t);   
       throw (Error) t;   
    } else if(!isOptional) {//如果是可选的Channel，异常忽略   
       throw new ChannelException("Unable to put batch on required " +   
             "channel: " + channel, t);   
    }   
  } finally {   
    //***关闭事务   
    tx.close();   
  }   
}

Interceptor用于过滤Event，即传入一个Event然后进行过滤加工，然后返回一个新的Event，接口如下：

Java代码

public interface Interceptor {   
    public void initialize();   
    public Event intercept(Event event);   
    public List<Event> intercept(List<Event> events);   
    public void close();   
}

可以看到其提供了initialize和close方法用于启动和关闭;intercept方法用于过滤或加工Event。比如HostInterceptor拦截器用于获取本机IP然后默认添加到Event的字段为host的Header中。

接下来就是ChannelSelector选择器了，其通过如下方式创建：

Java代码

//获取ChannelSelector配置，比如agent.sources.s1.selector.type = replicating   
ChannelSelectorConfiguration selectorConfig = config.getSelectorConfiguration();   
//使用Source关联的Channel创建，比如agent.sources.s1.channels = c1 c2   
ChannelSelector selector = ChannelSelectorFactory.create(sourceChannels, selectorConfig);

ChannelSelector默认提供了两种实现：复制和多路复用：

默认实现是复制选择器ReplicatingChannelSelector，即把接收到的消息复制到每一个Channel;多路复用选择器MultiplexingChannelSelector会根据Event Header中的参数进行选择，以此来选择使用哪个Channel。

而Channel是Event中转的地方，Source发布Event到Channel，Sink消费Channel的Event;Channel接口提供了如下接口用来实现Event流转：

Java代码

public interface Channel extends LifecycleAware, NamedComponent {   
  public void put(Event event) throws ChannelException;   
  public Event take() throws ChannelException;   
  public Transaction getTransaction();   
}

put用于发布Event，take用于消费Event，getTransaction用于事务支持。默认提供了如下Channel的实现：

对于Channel的实现我们后续单独章节介绍。

3、Sink

Sink从Channel消费Event，然后进行转移到收集/聚合层或存储层。Sink接口如下所示：

Java代码

public interface Sink extends LifecycleAware, NamedComponent {   
  public void setChannel(Channel channel);   
  public Channel getChannel();   
  public Status process() throws EventDeliveryException;   
  public static enum Status {   
    READY, BACKOFF   
  }   
}

类似于Source，其首先继承了LifecycleAware，然后提供了Channel的getter/setter方法，并提供了process方法进行消费，此方法会返回消费的状态，READY或BACKOFF。

Sink也是通过SinkFactory工厂来创建，其也提供了DefaultSinkFactory默认工厂，比如传入hdfs，会先查找Enum org.apache.flume.conf.sink.SinkType，然后找到相应的默认处理类org.apache.flume.sink.hdfs.HDFSEventSink，如果没找到默认处理类，直接通过Class.forName(className)进行反射创建。

我们知道Sink还提供了分组功能，用于把多个Sink聚合为一组进行使用，内部提供了SinkGroup用来完成这个事情。此时问题来了，如何去调度多个Sink，其内部使用了SinkProcessor来完成这个事情，默认提供了故障转移和负载均衡两个策略。

首先SinkGroup就是聚合多个Sink为一组，然后将多个Sink传给SinkProcessorFactory进行创建SinkProcessor，而策略是根据配置文件中配置的如agent.sinkgroups.g1.processor.type = load_balance来选择的。

SinkProcessor提供了如下实现：

DefaultSinkProcessor：默认实现，用于单个Sink的场景使用。

FailoverSinkProcessor：故障转移实现：

Java代码

public Status process() throws EventDeliveryException {   
  Long now = System.currentTimeMillis();   
    //1、首先检查失败队列的头部的Sink是否已经过了失败补偿等待时间了   
  while(!failedSinks.isEmpty() && failedSinks.peek().getRefresh() < now) {   
    //2、如果可以使用了，则从失败Sink队列获取队列***个Sink   
    FailedSink cur = failedSinks.poll();   
    Status s;   
    try {   
      s = cur.getSink().process(); //3、使用此Sink进行处理   
      if (s  == Status.READY) { //4、如果处理成功   
        liveSinks.put(cur.getPriority(), cur.getSink()); //4.1、放回存活Sink队列   
        activeSink = liveSinks.get(liveSinks.lastKey());   
      } else {   
        failedSinks.add(cur); //4.2、如果此时不是READY，即BACKOFF期间，再次放回失败队列   
      }   
      return s;   
    } catch (Exception e) {   
      cur.incFails(); //5、如果遇到异常了，则增加失败次数，并放回失败队列   
      failedSinks.add(cur);   
    }   
  }   
   
  Status ret = null;   
  while(activeSink != null) { //6、此时失败队列中没有Sink能处理了，那么需要使用存活Sink队列进行处理   
    try {   
      ret = activeSink.process();   
      return ret;   
    } catch (Exception e) { //7、处理失败进行转移到失败队列   
      activeSink = moveActiveToDeadAndGetNext();   
    }   
  }   
   
  throw new EventDeliveryException("All sinks failed to process, " +   
      "nothing left to failover to");   
}

失败队列是一个优先级队列，使用refresh属性排序，而refresh是通过如下机制计算的：

Java代码

refresh = System.currentTimeMillis() 
+ Math.min(maxPenalty, (1 << sequentialFailures) * FAILURE_PENALTY);

其中maxPenalty是***等待时间，默认30s，而(1 << sequentialFailures) * FAILURE_PENALTY)用于实现指数级等待时间递增， FAILURE_PENALTY是1s。

LoadBalanceSinkProcessor：用于实现Sink的负载均衡，其通过SinkSelector进行实现，类似于ChannelSelector。LoadBalanceSinkProcessor在启动时会根据配置，如agent.sinkgroups.g1.processor.selector = random进行选择，默认提供了两种选择器：

LoadBalanceSinkProcessor使用如下机制进行负载均衡：

Java代码

public Status process() throws EventDeliveryException {   
  Status status = null;   
  //1、使用选择器创建相应的迭代器，也就是用来选择Sink的迭代器   
  Iterator<Sink> sinkIterator = selector.createSinkIterator();   
  while (sinkIterator.hasNext()) {   
    Sink sink = sinkIterator.next();   
    try {   
      //2、选择器迭代Sink进行处理，如果成功直接break掉这次处理，此次负载均衡就算完成了   
      status = sink.process();   
      break;   
    } catch (Exception ex) {   
      //3、失败后会通知选择器，采取相应的失败退避补偿算法进行处理   
      selector.informSinkFailed(sink);   
      LOGGER.warn("Sink failed to consume event. "   
          + "Attempting next sink if available.", ex);   
    }   
  }   
  if (status == null) {   
    throw new EventDeliveryException("All configured sinks have failed");   
  }   
  return status;   
}

如上的核心就是怎么创建迭代器，如何进行失败退避补偿处理，首先我们看下RoundRobinSinkSelector实现，其内部是通过通用的RoundRobinOrderSelector选择器实现：

Java代码

public Iterator<T> createIterator() {   
  //1、获取存活的Sink索引，   
  List<Integer> activeIndices = getIndexList();   
  int size = activeIndices.size();   
  //2、如果上次记录的下一个存活Sink的位置超过了size，那么从队列头重新开始计数   
  if (nextHead >= size) {   
    nextHead = 0;   
  }   
  //3、获取本次使用的起始位置   
  int begin = nextHead++;   
  if (nextHead == activeIndices.size()) {   
    nextHead = 0;   
  }   
  //4、从该位置开始迭代，其实现类似于环形队列，比如整个队列是5，起始位置是3，则按照 3、4、0、1、2的顺序进行轮训，实现了轮训算法    
  int[] indexOrder = new int[size];   
  for (int i = 0; i < size; i++) {   
    indexOrder[i] = activeIndices.get((begin + i) % size);   
  }   
  //indexOrder是迭代顺序，getObjects返回相关的Sinks；   
  return new SpecificOrderIterator<T>(indexOrder, getObjects());   
}

getIndexList实现如下：

Java代码

protected List<Integer> getIndexList() {   
  long now = System.currentTimeMillis();   
  List<Integer> indexList = new ArrayList<Integer>();   
  int i = 0;   
  for (T obj : stateMap.keySet()) {   
    if (!isShouldBackOff() || stateMap.get(obj).restoreTime < now) {   
      indexList.add(i);   
    }   
    i++;   
  }   
  return indexList;   
}

isShouldBackOff()表示是否开启退避算法支持，如果不开启，则认为每个Sink都是存活的，每次都会重试，通过agent.sinkgroups.g1.processor.backoff = true配置开启，默认false;restoreTime和之前介绍的refresh一样，是退避补偿等待时间，算法类似，就不多介绍了。

那么什么时候调用Sink进行消费呢?其类似于SourceRunner，Sink提供了SinkRunner进行轮训拉取处理，SinkRunner会轮训调度SinkProcessor消费Channel的消息，然后调用Sink进行转移。SinkProcessor之前介绍过，其负责消息复制/路由。

SinkRunner实现如下：

Java代码

public void start() {   
  SinkProcessor policy = getPolicy();   
  policy.start();   
  runner = new PollingRunner();   
  runner.policy = policy;   
  runner.counterGroup = counterGroup;   
  runner.shouldStop = new AtomicBoolean();   
  runnerThread = new Thread(runner);   
  runnerThread.setName("SinkRunner-PollingRunner-" +   
      policy.getClass().getSimpleName());   
  runnerThread.start();   
  lifecycleState = LifecycleState.START;   
}

即获取SinkProcessor然后启动它，接着启动轮训线程去处理。PollingRunner线程负责轮训消息，核心实现如下：

Java代码

public void run() {   
  while (!shouldStop.get()) { //如果没有停止   
    try {   
      if (policy.process().equals(Sink.Status.BACKOFF)) {//如果处理失败了，进行退避补偿处理   
        counterGroup.incrementAndGet("runner.backoffs");   
        Thread.sleep(Math.min(   
            counterGroup.incrementAndGet("runner.backoffs.consecutive")   
            * backoffSleepIncrement, maxBackoffSleep)); //暂停退避补偿设定的超时时间   
      } else {   
        counterGroup.set("runner.backoffs.consecutive", 0L);   
      }   
    } catch (Exception e) {   
      try {   
        Thread.sleep(maxBackoffSleep); //如果遇到异常则等待***退避时间   
      } catch (InterruptedException ex) {   
        Thread.currentThread().interrupt();   
      }   
    }   
  }   
}

整体实现类似于PollableSourceRunner实现，整体处理都是交给SinkProcessor完成的。SinkProcessor会轮训Sink的process方法进行处理;此处以LoggerSink为例：

Java代码

@Override   
public Status process() throws EventDeliveryException {   
  Status result = Status.READY;   
  Channel channel = getChannel();   
  //1、获取事务   
  Transaction transaction = channel.getTransaction();   
  Event event = null;   
   
  try {   
    //2、开启事务   
    transaction.begin();   
    //3、从Channel获取Event   
    event = channel.take();   
    if (event != null) {   
      if (logger.isInfoEnabled()) {   
        logger.info("Event: " + EventHelper.dumpEvent(event, maxBytesToLog));   
      }   
    } else {//4、如果Channel中没有Event，则默认进入故障补偿机制，即防止死循环造成CPU负载高   
      result = Status.BACKOFF;   
    }   
    //5、成功后提交事务   
    transaction.commit();   
  } catch (Exception ex) {   
    //6、失败后回滚事务   
    transaction.rollback();   
    throw new EventDeliveryException("Failed to log event: " + event, ex);   
  } finally {   
    //7、关闭事务   
    transaction.close();   
  }   
  return result;   
}

Sink中一些实现是支持批处理的，比如RollingFileSink：

Java代码

//1、开启事务   
//2、批处理   
for (int i = 0; i < batchSize; i++) {   
  event = channel.take();   
  if (event != null) {   
    sinkCounter.incrementEventDrainAttemptCount();   
    eventAttemptCounter++;   
    serializer.write(event);   
  }   
}   
//3、提交/回滚事务、关闭事务

定义一个批处理大小然后在事务中执行批处理。

【本文是51CTO专栏作者张开涛的原创文章，作者微信公众号：开涛的博客，id:kaitao-1234567】