asp.net core microservices 架构之分布式自动计算（三）-kafka日志同步至elasticsearch和kibana展示

一 kafka consumer准备

　　前面的章节进行了分布式job的自动计算的概念讲解以及实践。上次分布式日志说过日志写进kafka，是需要进行处理，以便合理的进行展示，分布式日志的量和我们对日志的重视程度，决定了我们必须要有一个大数据检索，和友好展示的需求。那么自然就是elasticsearch和kibana，elasticsearch是可以检索TB级别数据的一个分布式NOSQL数据库，而kibana，不仅仅可以展示详情，而且有针对不同展示需求的功能，并且定制了很多很多日志格式的模板和采集数据的插件，这里不多介绍了，我自己感觉是比percona的pmm强大很多。

　　书归正传，我们这一节是要做同步前的准备工作。第一，对kafka的consumer进行封装。第二,读取kafka数据是需要一个后台程序去处理，但是不需要job，我们上次做的框架是基于zookeeper的分布式job，而kafka的分布式是在服务器端的，当然将job分布式设计方案用在轮询或者阻塞方式的后台程序，也是可以的，但是这次就不讲解了。下面我们就将kafka分布式的原理分析下，kafka的客户端有一个组的概念，borker端有一个topic的概念，product在发送消息的时候，会有一个key值。因为kafka存数据就是以key-value的方式存储数据的，所以broker就是用product传递过来的这个key进行运算，合理的将数据存储到某个topic的某个分区。而consumer端订阅topic，可以订阅多个topic,它的分派是这样的，每一个topic下的分区会有多个consuer，但是这些consumer必须属于不同的组，而每一个consumer可以订阅多个topic下的分区，但是不能重复。下面看图吧，以我们这次实际的日志为例，在kafka中mylog topic有5个分区。

　　那么如果我们有三个程序需要用这个mylog topic怎么办？而且我们需要很快的处理完这个数据，所以有可能这三个程序每一个程序都要两台服务器。想着都很头大，对吧？当然如果有我们前面讲解的分布式job也可以处理，但是要把分布式的功能迁移到这个后台程序，避免不了又大动干戈，开发，调试，测试，修改bug，直到程序稳定，那又是一场苦功。但是在kafka这里，不用担心，三个程序，比如订单，库存，顾客，我们为这三个程序的kafka客户端对应的设置为三个组，每一个组中consumer数量只要不超过5个，假如订单需要用到名为mylog的topic的消息，只要订单处理这个topic的实例数量，必须不能超过5个，当然可以少于5个，也可以等于0个。而同时一个consumer又可以去订阅多个topic，这也是kafka可以媲美rabbit的重要的一个原因，先天支持并发和扩展。我们看图：

如果一个组的consumer数量没有topic的分区多，kafka会自动分派给这个组的consumer，如果某一个consumer失败，kafka也会自动的将这个consumer的offset记录并且分派给另外一个consumer。

下面看看我们封装的kafka客户端方法：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;
using Confluent.Kafka;
using Microsoft.Extensions.Options;

namespace  Walt.Framework.Service.Kafka
{
    public class KafkaService : IKafkaService
    {

        private KafkaOptions _kafkaOptions;
        private Producer _producer;
        private Consumer _consumer;

        public Action<Message> GetMessageDele{ get; set; }

        public Action<Error> ErrorDele{ get; set; }

        public Action<LogMessage> LogDele{ get; set; }

        public KafkaService(IOptionsMonitor<KafkaOptions>  kafkaOptions)
        {
            _kafkaOptions=kafkaOptions.CurrentValue; 
            kafkaOptions.OnChange((kafkaOpt,s)=>{
                _kafkaOptions=kafkaOpt; 
                    System.Diagnostics.Debug
                    .WriteLine(Newtonsoft.Json.JsonConvert.SerializeObject(kafkaOpt)+"---"+s);
            });
             _producer=new Producer(_kafkaOptions.Properties);

            _consumer=new Consumer(_kafkaOptions.Properties);
        }

        private byte[] ConvertToByte(string str)
        {
            return System.Text.Encoding.Default.GetBytes(str);
        }
 
        public  async Task<Message> Producer<T>(string topic,string key,T t)
        {  
            if(string.IsNullOrEmpty(topic)
            || t==null)
            {
                throw new ArgumentNullException("topic或者value不能为null.");
            }
            string data = Newtonsoft.Json.JsonConvert.SerializeObject(t);
            var task=  await _producer.ProduceAsync(topic,ConvertToByte(key),ConvertToByte(data)); 
           return task;
        }


        public void AddProductEvent()
        {
            _producer.OnError+=new EventHandler<Error>(Error);
            _producer.OnLog+=new EventHandler<LogMessage>(Log);
        }
　　　　　　///以事件的方式获取message
        public void AddConsumerEvent(IEnumerable<string> topics)
        {
            _consumer.Subscribe(topics);
            _consumer.OnMessage += new EventHandler<Message>(GetMessage);
            _consumer.OnError += new EventHandler<Error>(Error);
            _consumer.OnLog += new EventHandler<LogMessage>(Log);
        }

        private void GetMessage(object sender, Message mess)
        {
            if(GetMessageDele!=null)
            {
                GetMessageDele(mess);
            }
        }

        private void Error(object sender, Error mess)
        {
            if(ErrorDele!=null)
            {
                ErrorDele(mess);
            }
        }

        private void Log(object sender, LogMessage mess)
        {
            if(LogDele!=null)
            {
                LogDele(mess);
            }
        }
　　　　　//以轮询的方式获取message
        public Message Poll(int timeoutMilliseconds)
        {
            Message message =default(Message);
            _consumer.Consume(out message, timeoutMilliseconds);
            return message;
        }
    }
}

以事件激发的方式，因为是线程安全的方式调用，而本实例是后台方式执行，少不了多线程，所以还是以轮询的方式。以轮询的方式，这样的程序需要放那块尼？就是我们的后台程序框架。

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二后台程序管理框架开发

他的原理和job几乎差不多，比job要简单多了。看入口程序：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections.ObjectModel;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Reflection;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Hosting;
using Microsoft.Extensions.Logging;
using EnvironmentName = Microsoft.Extensions.Hosting.EnvironmentName;
using Walt.Framework.Log;
using Walt.Framework.Service;
using Walt.Framework.Service.Kafka;
using Walt.Framework.Configuration;
using MySql.Data.EntityFrameworkCore;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;
using System.Threading;
using IApplicationLife =Microsoft.Extensions.Hosting;
using IApplicationLifetime = Microsoft.Extensions.Hosting.IApplicationLifetime;

namespace Walt.Framework.Console
{
    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            //这里获取程序及和工作线程配置信息
            Dictionary<string, Assembly> assmblyColl = new Dictionary<string, Assembly>();
            var host = new HostBuilder()
                    .UseEnvironment(EnvironmentName.Development)
                
                    .ConfigureAppConfiguration((hostContext, configApp) =>
                    {
                        //这里netcore支持多数据源，所以可以扩展到数据库或者redis，集中进行配置。
                        //
                        configApp.SetBasePath(Directory.GetCurrentDirectory());
                        configApp.AddJsonFile(
                              $"appsettings.{hostContext.HostingEnvironment.EnvironmentName}.json",
                                 optional: true);
                        configApp.AddEnvironmentVariables("PREFIX_");
                        configApp.AddCommandLine(args);
                    }).ConfigureLogging((hostContext, configBuild) =>
                    {
                        configBuild.AddConfiguration(hostContext.Configuration.GetSection("Logging"));
                        configBuild.AddConsole();
                        configBuild.AddCustomizationLogger();
                    })
                    .ConfigureServices((hostContext, service) =>
                    {
                        service.Configure<HostOptions>(option =>
                        {
                            option.ShutdownTimeout = System.TimeSpan.FromSeconds(10);
                        });

                        service.AddKafka(KafkaBuilder =>
                        {
                            KafkaBuilder.AddConfiguration(hostContext.Configuration.GetSection("KafkaService"));
                        });
                        service.AddElasticsearchClient(config=>{
                            config.AddConfiguration(hostContext.Configuration.GetSection("ElasticsearchService"));
                        });

                        service.AddDbContext<ConsoleDbContext>(option =>
                        option.UseMySQL(hostContext.Configuration.GetConnectionString("ConsoleDatabase")), ServiceLifetime.Transient, ServiceLifetime.Transient);
                        ///TODO 待实现从数据库中pull数据，再将任务添加进DI
                        service.AddSingleton<IConsole,KafkaToElasticsearch>();
                    })
                    .Build();
             CancellationTokenSource source = new CancellationTokenSource();
            CancellationToken token = source.Token;
            var task=Task.Run(async () =>{
                IConsole console = host.Services.GetService<IConsole>();
                await console.AsyncExcute(source.Token);
            },source.Token);
            Dictionary<string, Task> dictTask = new Dictionary<string, Task>();
            dictTask.Add("kafkatoelasticsearch", task);

            int recordRunCount = 0;
            var fact = host.Services.GetService<ILoggerFactory>();
            var log = fact.CreateLogger<Program>();
            var disp = Task.Run(() =>
            {
                while (true)
                {
                    if (!token.IsCancellationRequested)
                    {
                        ++recordRunCount;
                        foreach (KeyValuePair<string, Task> item in dictTask)
                        {
                            if (item.Value.IsCanceled
                            || item.Value.IsCompleted
                            || item.Value.IsCompletedSuccessfully
                            || item.Value.IsFaulted)
                            {
                                log.LogWarning("console任务：{0}，参数：{1}，执行异常,task状态：{2}", item.Key, "", item.Value.Status);
                                if (item.Value.Exception != null)
                                {
                                    log.LogError(item.Value.Exception, "task:{0},参数：{1}，执行错误.", item.Key, "");
                                    //TODO 根据参数更新数据库状态，以便被监控到。
                                }
                                //更新数据库状态。
                            }
                        }
                    }
                    System.Threading.Thread.Sleep(2000);
                    log.LogInformation("循环：{0}次，接下来等待2秒。", recordRunCount);
                }
            },source.Token);
            
            IApplicationLifetime appLiftTime = host.Services.GetService<IApplicationLifetime>();
            appLiftTime.ApplicationStopping.Register(()=>{
                log.LogInformation("程序停止中。");
                source.Cancel();
                log.LogInformation("程序停止完成。");
            });
            host.RunAsync().GetAwaiter().GetResult();
        }
    }
}

因为分布式job有quartz，是有自己的设计理念，但是这个console后台框架不需要，是自己开发，所以完全和Host通用主机兼容，所有的部件都可以DI。设计原理就是以数据库的配置，构造Task，然后使用

CancellationTokenSource和TaskCompletionSource去管理Task。运行结果根据状态去更新数据库，以便监控。当然咱们这个例子功能没实现全，后面可以完善
，感兴趣的可以去我的github上pull代码。咱们看任务中的例子代码：

using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Confluent.Kafka;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.Logging;
using Nest;
using Walt.Framework.Log;
using Walt.Framework.Service.Elasticsearch;
using Walt.Framework.Service.Kafka;

namespace Walt.Framework.Console
{
    public class KafkaToElasticsearch : IConsole
    {
        ILoggerFactory _logFact;

        IConfiguration _config;

        IElasticsearchService _elasticsearch;

        IKafkaService _kafkaService;

        public KafkaToElasticsearch(ILoggerFactory logFact,IConfiguration config
        ,IElasticsearchService elasticsearch
        ,IKafkaService kafkaService)
        {
            _logFact = logFact;
            _config = config;
            _elasticsearch = elasticsearch;
            _kafkaService = kafkaService;
        }
        public async Task AsyncExcute(CancellationToken cancel=default(CancellationToken))
        {
            var log = _logFact.CreateLogger<KafkaToElasticsearch>();
            _kafkaService.AddConsumerEvent(new List<string>(){"mylog"});

　　　　　　　　//以事件方式获取message不工作，因为跨线程
            // _kafkaService.GetMessageDele = (message) => {
            //     var id = message.Key;
            //     var offset = string.Format("{0}---{2}",message.Offset.IsSpecial,message.Offset.Value);
            //     var topic = message.Topic;
            //     var topicPartition = message.TopicPartition.Partition.ToString();
            //     var topicPartitionOffsetValue = message.TopicPartitionOffset.Offset.Value;
            //     // log.LogInformation("id:{0},offset:{1},topic:{2},topicpatiton:{3},topicPartitionOffsetValue:{4}"
            //     // ,id,offset,topic,topicPartition,topicPartitionOffsetValue);
            // };
            //  _kafkaService.ErrorDele = (message) => {
            //      log.LogError(message.ToString());
            //  };
            //  _kafkaService.LogDele = (message) => { 
            //      log.LogInformation(message.ToString());
            // };
            // log.LogInformation("事件添加完毕");
            // var waitForStop = 
            // new TaskCompletionSource<object>(TaskCreationOptions.RunContinuationsAsynchronously);
            // cancel.Register(()=>{
            //     log.LogInformation("task执行被取消回掉函数");
            //     waitForStop.SetResult(null);
            // });
            // waitForStop.Task.Wait();
            // log.LogInformation("任务已经被取消。");

　　　　　　　　//下面以轮询方式。
            if(!cancel.IsCancellationRequested)
            {
                while (true)
                {
                    Message message = _kafkaService.Poll(2000);
                    if (message != null)
                    {
                        if(message.Error!=null&&message.Error.Code!=ErrorCode.NoError)
                        {
                            //log.LogError("consumer获取message出错,详细信息：{0}",message.Error);
                            System.Console.WriteLine("consumer获取message出错,详细信息：{0}",message.Error);
                            System.Threading.Thread.Sleep(200);
                            continue;
                        }
                        var id =message.Key==null?"":System.Text.Encoding.Default.GetString(message.Key);
                        var offset = string.Format("{0}---{1}", message.Offset.IsSpecial, message.Offset.Value);
                        var topic = message.Topic;
                        var topicPartition = message.TopicPartition.Partition.ToString();
                        var topicPartitionOffsetValue = message.TopicPartitionOffset.Offset.Value;
                        var val =System.Text.Encoding.Default.GetString( message.Value);
                        EntityMessages entityMess = 
                        Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<EntityMessages>(val);
                        await  _elasticsearch.CreateIndexIfNoExists<LogElasticsearch>("mylog"+entityMess.OtherFlag);
                        // _elasticsearch.CreateMappingIfNoExists<LogElasticsearch>("mylog"+entityMess.OtherFlag
                        //                 ,"mylog"+entityMess.OtherFlag+"type",null);

　　　　　　　　　　　　　　//为elasticsearch添加document
                        var addDocumentResponse = await _elasticsearch.CreateDocument<LogElasticsearch>("mylog" + entityMess.OtherFlag
                                , new LogElasticsearch()
                                {
                                    Id = entityMess.Id,
                                    Time = entityMess.DateTime,
                                    LogLevel = entityMess.LogLevel,
                                    Exception = entityMess.Message
                                }
                        );
                        if (addDocumentResponse != null)
                        {
                            if (!addDocumentResponse.ApiCall.Success)
                            {

                            }
                        }
                    }
                }
            }
            return ;
        }
    }
}

三 elasticsearch 服务开发

　　服务已经开发很多了，主要就是构建和配置的设计，还有就是对组件的封装，看程序结构：

配置：

{
  "Logging": {
    "LogLevel": {
      "Default": "Information",
      "System": "Information",
      "Microsoft": "Information"
    },
    "KafkaLog":{
      "Prix":"console", //目前这个属性，可以放程序类别，比如用户中心，商品等。
      "LogStoreTopic":"mylog"
    }
  },
  "KafkaService":{
    "Properties":{
      "bootstrap.servers":"192.168.249.106:9092",
      "group.id":"group2"
    }
  },
  "ConnectionStrings": {
    "ConsoleDatabase":"Server=192.168.249.106;Database=quartz;Uid=quartz;Pwd=quartz"
  },
  "ElasticsearchService":{
    "Host":["http://192.168.249.105:9200","http://localhost:9200"],
    "TimeOut":"10000",
    "User":"",
    "Pass":""
  }
}

服务类：这里有必要说下，elasticsearch是基于api的接口，最底层就是http请求，在接口上，实现了一个高级的接口和一个低级别的接口，当然低级别的接口需要熟悉elasticsearch的协议，

而高级别的api，使用强类型去使用，对开发很有帮助。下面是封装elasticsearch的服务类：

using System;
using System.Net.Http;
using Elasticsearch.Net;
using Microsoft.Extensions.Options;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.Extensions.Logging;
using Nest;

namespace Walt.Framework.Service.Elasticsearch
{
    public class ElasticsearchService:IElasticsearchService
    {

        private  ElasticsearchOptions _elasticsearchOptions=null;

        private ElasticClient _elasticClient = null;

        private ILoggerFactory _loggerFac;

        public ElasticsearchService(IOptionsMonitor<ElasticsearchOptions>  options
        ,ILoggerFactory loggerFac)
        {
            _elasticsearchOptions = options.CurrentValue;
             options.OnChange((elasticsearchOpt,s)=>{
                _elasticsearchOptions=elasticsearchOpt; 
                    System.Diagnostics.Debug
                    .WriteLine(Newtonsoft.Json.JsonConvert.SerializeObject(elasticsearchOpt)+"---"+s);
            });
　　　　　　　//连接客户端需，支持多个节点，防止单点故障
            var lowlevelClient = new ElasticLowLevelClient();
            var urlColl = new Uri[_elasticsearchOptions.Host.Length];
            for (int i = 0; i < _elasticsearchOptions.Host.Length;i++)
            {
                urlColl[i] = new Uri(_elasticsearchOptions.Host[i]);
            }
            _loggerFac = loggerFac;
            var connectionPool = new SniffingConnectionPool(urlColl);
            var settings = new ConnectionSettings(connectionPool)
            .RequestTimeout(TimeSpan.FromMinutes(_elasticsearchOptions.TimeOut))
            .DefaultIndex("mylogjob");//设置默认的index
            _elasticClient = new ElasticClient(settings);
        }

　　　　　//如果index存在，则返回，如果不存在，则创建，type的创建方式是为文档类型打标签ElasticsearchTypeAttribute

public async Task<bool> CreateIndexIfNoExists<T>(string indexName) where T : class
        {

            var log = _loggerFac.CreateLogger<ElasticsearchService>();
            var exists = await _elasticClient.IndexExistsAsync(Indices.Index(indexName));
            if (exists.Exists)
            {
                log.LogWarning("index:{0}已经存在", indexName.ToString());
                return await Task.FromResult(true);
            }
            var response = await _elasticClient.CreateIndexAsync(indexName
                ,c=>c.Mappings(mm=>mm.Map<T>(m=>m.AutoMap())));//将类型的属性自动映射到index的type上，也可以打标签控制那个可以映射，那些不可以
            log.LogInformation(response.DebugInformation);
            if (response.Acknowledged)
            {
                log.LogInformation("index:{0},创建成功", indexName.ToString());
                return await Task.FromResult(false);
            }
            else
            {
                log.LogError(response.ServerError.ToString());
                log.LogError(response.OriginalException.ToString());
                return await Task.FromResult(false);
            }
        }



　　　　　//创建document
        public async Task<ICreateResponse> CreateDocument<T>(string indexName,T  t) where T:class
        {
            var log=_loggerFac.CreateLogger<ElasticsearchService>(); 
            if(t==null)
            {
                log.LogError("bulk 参数不能为空。");
                return null;
            }
            IndexRequest<T> request = new IndexRequest<T>(indexName, TypeName.From<T>()) { Document = t };
             
             var createResponse = await _elasticClient.CreateDocumentAsync<T>(t);
             log.LogInformation(createResponse.DebugInformation);
            if (createResponse.ApiCall.Success)
            {
                log.LogInformation("index:{0},type:{1},创建成功", createResponse.Index, createResponse.Type);
                return createResponse;
            }
            else
            {
                log.LogError(createResponse.ServerError.ToString());
                log.LogError(createResponse.OriginalException.ToString());
                return null;
            }
        }
    }
}

poco类型，这个类会和index的typ相关联的：

using System;
using Nest;

namespace Walt.Framework.Console
{
    [ElasticsearchTypeAttribute(Name="LogElasticsearchDefaultType")] //可以使用类型生成和查找type
    public class LogElasticsearch
    {
        public string Id { get; set; }

        public DateTime Time { get; set; }

        public string LogLevel{ get; set; }

        public string Exception{ get; set; }

        public string Mess{ get; set; }
    }
}

然后就是执行我们console后台程序，就可以在kibana看到日志被同步的情况：

所有程序都提交到github，如果调试代码，再看这篇文章，或许理解能更快。

asp.net core microservices 架构之分布式自动计算（三）-kafka日志同步至elasticsearch和kibana展示

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