twitter storm源码走读(五)

TridentTopology创建过程详解

从用户层面来看TridentTopology，有两个重要的概念一是Stream,另一个是作用于Stream上的各种Operation。在实现层面来看，无论是stream，还是后续的operation都会转变成为各个Node，这些Node之间的关系通过重要的数据结构图来维护。具体到TridentTopology，实现图的各种操作的组件是jgrapht。

说到图，两个基本的概念会闪现出来，一是结点，二是描述结点之间关系的边。要想很好的理解TridentTopology就需要紧盯图中结点和边的变化。

TridentTopology在转换成为普通的StormTopology时，需要将原始的图分成各个group，每个group将运行于一个独立的bolt中。TridentTopology又是如何知道哪些node应该在同一个group,哪些应该处在另一个group中的呢；如何来确定每个group的并发度(parallismHint)的呢。这些问题的解决都与jgrapht分不开。

关于jgrapht的更多信息，请参考其官方网站 http://jgrapht.org

概要

在TridentTopology中向图中添加结点的api有三种：

addNode
addSourcedNode
addSourcedStateNode

其中addNode在创建stream是使用，addSourcedStateNode在partitionPersist时使用到，其它的operation使用到的是addSourcedNode.

addNode与其它两个方法的一个重要区别还在于，addNode是不需要添加边(Edge)，而其它两个API需要往图中添加edge，以确定该node的源是哪个。

TridentTopology

  public TridentTopology() { 
         _graph = new DefaultDirectedGraph(new ErrorEdgeFactory()); 
         _gen = new UniqueIdGen(); 
     } 

在TridentTopology的构造函数中，创建了DAG(有向无环图)。利用这个_graph来作为容器以存储后续过程中创建的各个node及它们之间的关系。

newStream

newStream会为DAG(有向无环图)中创建源结点，其调用关系如下所示。

newStream
- addNode
  - registerNode

 1 protected void registerNode(Node n) {
 2         _graph.addVertex(n);
 3         if(n.stateInfo!=null) {
 4             String id = n.stateInfo.id;
 5             if(!_colocate.containsKey(id)) {
 6                 _colocate.put(id, new ArrayList());
 7             }
 8             _colocate.get(id).add(n);
 9         }
10     }

each

作用于stream上的Operation有很多，以each为例来看新的operation是如何转换成为node添加到_graph中的。

//Stream.java
public Stream each(Fields inputFields, Function function, Fields functionFields) {projectionValidation(inputFields);return _topology.addSourcedNode(this,new ProcessorNode(_topology.getUniqueStreamId(),_name,TridentUtils.fieldsConcat(getOutputFields(), functionFields),functionFields,new EachProcessor(inputFields, function)));}

调用关系描述如下

Stream::each
TridentTopology::addSourcedNode
TridentTopology::registerSourcedNode

registerSourcedNode的实现如下

protected void registerSourcedNode(List<Stream> sources, Node newNode) {registerNode(newNode);int streamIndex = 0;for(Stream s: sources) {_graph.addEdge(s._node, newNode, new IndexedEdge(s._node, newNode, streamIndex));streamIndex++;}        }

注意此处添加edge是，是有索引的，这样可以区别处理的先后顺序。

在Stream中含有成员变量_node，表示stream最近停泊的node,有了该变量添加edge才成为了可能。

partitionPersist

public TridentState partitionPersist(StateSpec stateSpec, Fields inputFields, StateUpdater updater, Fields functionFields) {projectionValidation(inputFields);String id = _topology.getUniqueStateId();ProcessorNode n = new ProcessorNode(_topology.getUniqueStreamId(),_name,functionFields,functionFields,new PartitionPersistProcessor(id, inputFields, updater));n.committer = true;n.stateInfo = new NodeStateInfo(id, stateSpec);return _topology.addSourcedStateNode(this, n);}

调用关系

Stream::partitionPersist
TridentTopology::addSourcedStateNode
TridentTopology::registerSourcedNode

与addNode及addSourcedNode不同的是，addSourcedStateNode返回的是TridentState而非Stream。

既然谈到了TridentState就不得不谈到其另一面Stream::stateQuery,

public Stream stateQuery(TridentState state, Fields inputFields, QueryFunction function, Fields functionFields) {projectionValidation(inputFields);String stateId = state._node.stateInfo.id;Node n = new ProcessorNode(_topology.getUniqueStreamId(),_name,TridentUtils.fieldsConcat(getOutputFields(), functionFields),functionFields,new StateQueryProcessor(stateId, inputFields, function));_topology._colocate.get(stateId).add(n);return _topology.addSourcedNode(this, n);}

从此处可以看出stateQueryNode最起码有两个inputStream，一是从TridentState而来表示状态已经改变，另一个是处于drpcStream这个方面的上一跳结点。

build

TridentTopology::build是将TridentTopology转变为StormTopology的过程，这一过程中最重要的一环就是将_graph中含有的node进行分组。

grouping

算法逻辑概述

将boltNodes中的每个boltNode作为一个group加入全部加入initialGroups
以graph和initialGroups作为入参创建GraphGrouper
分组的过程其实就是进行合并的过程，详见GraphGrouper::mergeFully()
- 如果从当前group1的输出目的地都是属于group2，则将group1,group2合并
- 如果当前group1的所有输入源都是来自于group2，则将group1，group2合并
- 将需要合并的group1,group2作为入参创建新的group，同时将group1,group2从已有的集合出移除

   public void mergeFully() {boolean somethingHappened = true;while(somethingHappened) {somethingHappened = false;for(Group g: currGroups) {Collection<Group> outgoingGroups = outgoingGroups(g);if(outgoingGroups.size()==1) {Group out = outgoingGroups.iterator().next();if(out!=null) {merge(g, out);somethingHappened = true;break;}}Collection<Group> incomingGroups = incomingGroups(g);if(incomingGroups.size()==1) {Group in = incomingGroups.iterator().next();if(in!=null) {merge(g, in);somethingHappened = true;break;}}                }}}

GraphGrouper::merge()

  private void merge(Group g1, Group g2) {Group newGroup = new Group(g1, g2);currGroups.remove(g1);currGroups.remove(g2);currGroups.add(newGroup);for(Node n: newGroup.nodes) {groupIndex.put(n, newGroup);}}

在group之间添加partitionNode

// add identity partitions between groupsfor(IndexedEdge<Node> e: new HashSet<IndexedEdge>(graph.edgeSet())) {if(!(e.source instanceof PartitionNode) && !(e.target instanceof PartitionNode)) {                Group g1 = grouper.nodeGroup(e.source);Group g2 = grouper.nodeGroup(e.target);// g1 being null means the source is a spout nodeif(g1==null && !(e.source instanceof SpoutNode))throw new RuntimeException("Planner exception: Null source group must indicate a spout node at this phase of planning");if(g1==null || !g1.equals(g2)) {graph.removeEdge(e);PartitionNode pNode = makeIdentityPartition(e.source);graph.addVertex(pNode);graph.addEdge(e.source, pNode, new IndexedEdge(e.source, pNode, 0));graph.addEdge(pNode, e.target, new IndexedEdge(pNode, e.target, e.index));                    }}}

_graph中所有的node在变换过后，变成两组元素，一是spoutNodes，另一个是合并后的mergedGroup.

spoutNodes中的每个元素作为spout添加到TridentTopologyBuilder的_spouts数组中，mergedGroup中的每个group添加到TridentTopologyBuilder的_bolt数组中。在TridentTopologyBuilder::build()中最主要的事情是为每个_spouts和_bolts数组中的成员添加grouping关系。