Twitter发布新的大数据实时分析系统Heron

昨日，Twitter发布了新开发的数据实时分析平台Heron，以下为官方文档摘译：

我们每天在Twitter上处理着数十亿的事件。正如你猜测的那样，实时分析这些事件是一个巨大的挑战。目前，我们主要的分析平台是开源的分布式流计算系统Storm。但是随着Twitter数据规模变大和多样化，我们的需求已经发生了改变。因此，我们设计了一个新系统Heron——实时分析平台，它可完全兼容Storm的API。我们在昨天的SIGMOD 2015上正式推出。

基本原理和方法：

实时流系统是在大规模数据分析的基础上实现系统性的分析。另外，它还需要：每分钟处理数十亿事件的能力、有秒级延迟，和行为可预见；在故障时保证数据的准确性，在达到流量峰值时是弹性的，并且易于调试和在共享的基础设施上实现简单部署。

为了满足这些需求，我们讨论出了几种方案，包括：扩展Storm、使用其他的开源系统、开发一个全新的平台。因为我们有几个需求是要求改变Storm的核心架构，所以对它进行扩展需要一个很长的开发周期。其他的开源流处理框架并不能完美满足我们对于规模、吞吐量和延迟的需求。而且，这些系统也不能兼容Storm API——适应一个新的API需要重写几个topologies和修改高级的abstractions，这会导致一个很长的迁移过程。所以，我们决定建立一个新的系统来满足以上提到需求和兼容Storm API。

Heron的特色：

我们开发Heron，主要的目标是增加性能预测、提高开发者的生产力和易于管理。

图1：Heron Architecture

图2：Topology Architecture

对于Heron的整体架构请看图1和图2。用户使用Storm API来构建和提交topologies来实现一个调度。调度运行的每一个topology作为一个job，有几个容器组成，其中一个容器运行主topology，负责管理topology。每个剩余的容器运行一个流管理器，负责数据路由——一个权值管理器，用来搜集和报告各种权值和多个Heron实例（运行user-defined spout/bolt代码）进程。这些容器是基于集群中的节点的资源可用性来实现分配和调度。对于topology元数据，例如物理计划和执行细节，都是保管在Zookeeper中。

Heron功能：

• Off the shelf scheduler：通过抽象出调度组件，我们可轻易地在一个共享的基础设施上部署，可以是多种的调度框架，比如Mesos、YARN或者一个定制的环境。
• Handling spikes and congestion：Heron 具有一个背压机制，即在执行时的一个topology中动态地调整数据流，从而不影响数据的准确性。这在流量峰值和管道堵塞时非常有用。

图3：Heron UI showing logical plan, physical plan and status of a topology

• Easy debugging：每个任务是进程级隔离的，从而很容易理解行为、性能和文件配置。此外，Heron topologies复杂的UI如图3所示，可快速和有效地排除故障问题。
• Compatibility with Storm：Heron提供了完全兼容Storm的特性，所我们无需再为新系统投资太多的时间和资源。另外，不要更改代码就可在Heron中运行现有的Storm topologies，实现轻松地迁移。
• Scalability and latency：Heron能够处理大规模的topologies，且满足高吞吐量和低延迟的要求。此外，该系统可以处理大量的topologies。

Heron性能

我们比较了Heron和Storm，样本流是150,000个单词，如下图所示：

图4. Throughput with acks enabled

图5. Latency with acks enabled

如图4所示，Heron和Storm的吞吐量呈现线性增长的趋势。然而，在所有的实验中，Heron吞吐量比Storm高10–14倍。同样在端至端延迟方面，如图5所示，两者都在增加，可Heron延迟比Storm低5–15倍。

除此之外，我们已经运行topologies的规模大概是数百台的机器，其中许多实现了每秒产生数百万次事件的资源处理，完全没有问题。有了Heron，众多topologies的每秒集群数据可达到亚秒级延迟。在这些案例中，Heron实现目标的资源消耗能够比Storm更低。

Heron at Twitter

在Twitter，Heron作为我们主要的流媒体系统，运行数以百万计的开发和生产topologies。由于Heron可高效使用资源，在迁移Twitter所有的topologies后，整体硬件减少了3倍，导致我们的基础设置效率有了显著的提升。

下一步？

我们乐意协作和在Storm社区分享我们的经验，或是其他实时流处理系统的社区，以便进一步促进这些程序的开发。

我们第一步是分享我们在SIGMOD 2015上的Heron研究论文。你会发现更多的细节：我们设计Heron的动机、系统的功能和性能，以及我们如何在Twitter上使用它。

致谢：

Sanjeev Kulkarni, Maosong Fu, Nikunj Bhagat, Sailesh Mittal, Vikas R. Kedigehalli, Siddarth Taneja (@staneja), Zhilan Zweiger, Christopher Kellogg, Mengdie Hu (@MengdieH) and Michael Barry.

「注：上面感谢的是Heron贡献者，Twitter ID也给了出来，如果对这个系统很感兴趣，不妨联系他们。」

还要着重感谢Storm社区，他们提供了很多的经验教训，帮助我们推进分布式实时分析处理系统。

参考：

1. Twitter Heron: Streaming at Scale, Proceedings of ACM SIGMOD Conference, Melbourne, Australia, June 2015

2. Storm@Twitter, Proceedings of ACM SIGMOD Conference, Snowbird, Utah, June 2014