PythonとSensorTag, Kafka, Spark Streamingのストリーム処理 - Part 4: Kafka ConnectでMongoDBに出力する

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　Kafka ConnectはデータベースやKVSなど外部システムをKafkaに接続して連携させる仕組みです。スケールするストリーム処理のためのDataPipelineツールです。ちょうどSensorTagのデータフォーマットをApache Avroに変更しました。Kafka Connect UIではデフォルトでAvroフォーマットを利用します。SensorTagのデータをKafkaのトピックを経由してMongoDBにSink(出力)してみます。

Kafka Connect UI

　通常Kafka ConnectはCLIやREST APIを使いConnectorの設定を行います。Kafka Connect UIの場合はエディタでConnectorの設定とKCQLを記述しConnectorを実行することができます。

Connectors

　データベースなど外部システムをKafkaと接続するために、Source (入力)とSink (出力)の２種類のConnectorがあります。デフォルトでいくつかのConnectorは用意されています。Kafka Connect UIではdemoページにあるようにData Mountaineerが開発しているConnectorが追加されています。
　

KCQL

　KCQL(Kafka Connect Query Language)はSQL風にKafka ConnectのSourceとSinkの設定を記述することができます。例えばKafkaのtopicをMongoDBにSinkする場合ドキュメントにあるサンプルでは以下のように記述します。

name=mongo-sink-orders
connector.class=com.datamountaineer.streamreactor.connect.mongodb.sink.MongoSinkConnector
tasks.max=1
topics=orders-topic
connect.mongo.sink.kcql=INSERT INTO orders SELECT * FROM orders-topic
connect.mongo.database=connect
connect.mongo.connection=mongodb://localhost:27017
connect.mongo.sink.batch.size=10

使い方

　fast-data-devのdocker-compose.ymlを利用して構築したKafkaクラスタにMongoDBを追加してデータ連携のテストを行います。

  • SensorTag -> Kafka -> Kafka Connect -> MongoDB

MongoDB

　fast-data-devで構築したKafkaクラスタを起動しているdocker-compose.ymlにMongoDBサービスを追加します。

docker-compose.yml
version: '2'
services:
  kafka-stack:
    image: landoop/fast-data-dev:latest
    environment:
      - FORWARDLOGS=0
      - RUNTESTS=0
      - ADV_HOST=<fast-data-devのIPアドレス>
    ports:
      - 3030:3030
      - 9092:9092
      - 2181:2181
      - 8081:8081
  connect-node-1:
    image: landoop/fast-data-dev-connect-cluster:latest
    depends_on:
      - kafka-stack
    environment:
      - ID=01
      - BS=kafka-stack:9092
      - ZK=kafka-stack:2181
      - SR=http://kafka-stack:8081
  connect-node-2:
    image: landoop/fast-data-dev-connect-cluster:latest
    depends_on:
      - kafka-stack
    environment:
      - ID=01
      - BS=kafka-stack:9092
      - ZK=kafka-stack:2181
      - SR=http://kafka-stack:8081
  connect-node-3:
    image: landoop/fast-data-dev-connect-cluster:latest
    depends_on:
      - kafka-stack
    environment:
      - ID=01
      - BS=kafka-stack:9092
      - ZK=kafka-stack:2181
      - SR=http://kafka-stack:8081
  connect-ui:
    image: landoop/kafka-connect-ui:latest
    depends_on:
      - connect-node-1
    environment:
      - CONNECT_URL=http://connect-node-1:8083
    ports:
      - 8000:8000
  mongo:
    image: mongo
    ports:
      - 27017:27017
    volumes:
      - mongo_data:/data/db
volumes:
  mongo_data:
    driver: local

　MongoDBサービスを起動します。

$ docker-compose up -d mongo

Kafka Connect UI

　Kafka Connect UIのページを開きNEWボタン -> SinkからMongoDBを選択します。Create New Connector画面のエディタに以下のように記述してCreateボタンを押します。

name=MongoSinkConnector
connector.class=com.datamountaineer.streamreactor.connect.mongodb.sink.MongoSinkConnector
topics=sensortag-avro
tasks.max=1
connect.mongo.database=connect-db
connect.mongo.connection=mongodb://mongo:27017
connect.mongo.sink.kcql=INSERT INTO sensortag SELECT * FROM sensortag-avro

　サンプルから変更したところは以下です。

  • connect.mongo.database
<MongoDBのデータベース名>
  • connect.mongo.connection
mongodb://<MongoDBのサービス名>:27017
  • connect.mongo.sink.kcql
INSERT INTO <MongoDBのコレクション名> SELECT * FROM <Kafkaのトピック名>

Raspberry Pi 3

　Raspberry Pi 3にSSH接続します。前回作成したAvroフォーマットでKafkaにデータ送信するPythonスクリプトを使います。
　

avro_producer_sensortag.py
from bluepy.sensortag import SensorTag
import sys
import time
import calendar
import requests
from confluent_kafka import avro
from confluent_kafka.avro import AvroProducer

def main():
    argvs = sys.argv
    argc = len(argvs)
    if (argc != 2):
        print 'Usage: # python {0} bd_address'.format(argvs[0])
        quit()
    bid = argvs[1]
    print('Connecting to ' + bid)

    timeout = 10.0

    tag = SensorTag(bid)
    tag.IRtemperature.enable()
    tag.humidity.enable()

    time.sleep(1.0)

    get_schema_req_data = requests.get(
        "http://<fast-data-devのIPアドレス>:8081/subjects/sensortag-avro-value/versions/latest")
    get_schema_req_data.raise_for_status()

    schema_string = get_schema_req_data.json()['schema']
    value_schema = avro.loads(schema_string)

    avroProducer = AvroProducer({
        'api.version.request':True,
        'bootstrap.servers': '<fast-data-devのIPアドレス>:9092',
        'schema.registry.url': '<fast-data-devのIPアドレス>:8081'
    }, default_value_schema=value_schema)

    while True:
        tAmb, tObj = tag.IRtemperature.read()
        humidity, rh = tag.humidity.read()

        value = {
            "bid" : bid,
            "time" : calendar.timegm(time.gmtime()),
            "ambient": tAmb,
            "objecttemp": tObj,
            "humidity": humidity,
            "rh": rh
        }

        avroProducer.produce(topic='sensortag-avro', value=value)
        avroProducer.flush()
        print(value)
        time.sleep(timeout)

    tag.disconnect()
    del tag

if __name__ == '__main__':
    main()

　
　SensorTagのBDアドレスPythonスクリプトに渡して実行します。10秒間隔でKafkaのsensortag-avroトピックにAvroフォーマットのデータを送信します。

$ python avro_producer_sensortag.py <SensorTagのBDアドレス>
Connecting to B0:B4:48:BE:5E:00
{'bid': 'B0:B4:48:BE:5E:00', 'time': 1501541405, 'humidity': 26.9708251953125, 'objecttemp': 21.8125, 'ambient': 26.78125, 'rh': 73.62060546875}
{'bid': 'B0:B4:48:BE:5E:00', 'time': 1501541416, 'humidity': 26.990966796875, 'objecttemp': 22.625, 'ambient': 26.8125, 'rh': 73.52294921875}

MongoDB

　MongoDBのコンテナに入りKafka Connect UIで設定したデータベースに接続します。KCQLのINSERT INTOに指定したコレクション(sensortag)にKafkaを経由してSensorTagのデータが出力されました。

$ docker-compose exec mongo mongo connect-db
> show collections;
sensortag
> db.sensortag.find()
{ "_id" : ObjectId("597fb4f4a7b11b00636cfc13"), "bid" : "B0:B4:48:BE:5E:00", "time" : NumberLong(1501541619), "ambient" : 26.96875, "objecttemp" : 22.9375, "humidity" : 27.152099609375, "rh" : 73.52294921875 }
{ "_id" : ObjectId("597fb4ffa7b11b00636cfc14"), "bid" : "B0:B4:48:BE:5E:00", "time" : NumberLong(1501541630), "ambient" : 26.96875, "objecttemp" : 22.9375, "humidity" : 27.1722412109375, "rh" : 73.431396484375 }
{ "_id" : ObjectId("597fb50ba7b11b00636cfc15"), "bid" : "B0:B4:48:BE:5E:00", "time" : NumberLong(1501541642), "ambient" : 27, "objecttemp" : 23.15625, "humidity" : 27.18231201171875, "rh" : 73.431396484375 }