Avro介绍

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Avro介绍

Apache Avro是一个数据序列化系统。

Avro所提供的属性：

1.丰富的数据结构
2.使用快速的压缩二进制数据格式
3.提供容器文件用于持久化数据
4.远程过程调用RPC
5.简单的动态语言结合功能，Avro 和动态语言结合后，读写数据文件和使用 RPC 协议都不需要生成代码，而代码生成作为一种可选的优化只值得在静态类型语言中实现。

Avro的Schema

Avro的Schema用JSON表示。Schema定义了简单数据类型和复杂数据类型。

基本类型

其中简单数据类型有以下8种：

类型 含义
null 没有值
boolean 布尔值
int 32位有符号整数
long 64位有符号整数
float 单精度（32位）的IEEE 754浮点数
double 双精度（64位）的IEEE 754浮点数
bytes 8位无符号字节序列
string 字符串

基本类型没有属性，基本类型的名字也就是类型的名字，比如：

{"type": "string"}

复杂类型

Avro提供了6种复杂类型。分别是Record，Enum，Array，Map，Union和Fixed。

Record

Record类型使用的类型名字是 “record”，还支持其它属性的设置：

name：record类型的名字(必填)

namespace：命名空间(可选)

doc：这个类型的文档说明(可选)

aliases：record类型的别名，是个字符串数组(可选)

fields：record类型中的字段，是个对象数组(必填)。每个字段需要以下属性：

  1. name：字段名字(必填)
  2. doc：字段说明文档(可选)
  3. type：一个schema的json对象或者一个类型名字(必填)
  4. default：默认值(可选)
  5. order：排序(可选)，只有3个值ascending(默认)，descending或ignore
  6. aliases：别名，字符串数组(可选)

一个Record类型例子，定义一个元素类型是Long的链表：

{
  "type": "record", 
  "name": "LongList",
  "aliases": ["LinkedLongs"],                      // old name for this
  "fields" : [
    {"name": "value", "type": "long"},             // each element has a long
    {"name": "next", "type": ["null", "LongList"]} // optional next element
  ]
}

Enum

枚举类型的类型名字是”enum”，还支持其它属性的设置：

name：枚举类型的名字(必填)
namespace：命名空间(可选)
aliases：字符串数组，别名(可选)
doc：说明文档(可选)
symbols：字符串数组，所有的枚举值(必填)，不允许重复数据。

一个枚举类型的例子：

{ "type": "enum",
  "name": "Suit",
  "symbols" : ["SPADES", "HEARTS", "DIAMONDS", "CLUBS"]
}

Array

数组类型的类型名字是”array”并且只支持一个属性：

items：数组元素的schema

一个数组例子：

{"type": "array", "items": "string"}

Map

Map类型的类型名字是”map”并且只支持一个属性：

values：map值的schema

Map的key必须是字符串。

一个Map例子：

{"type": "map", "values": "long"}

Union

组合类型，表示各种类型的组合，使用数组进行组合。比如[“null”, “string”]表示类型可以为null或者string。

组合类型的默认值是看组合类型的第一个元素，因此如果一个组合类型包括null类型，那么null类型一般都会放在第一个位置，这样子的话这个组合类型的默认值就是null。

组合类型中不允许同一种类型的元素的个数不会超过1个，除了record，fixed和enum。比如组合类中有2个array类型或者2个map类型，这是不允许的。

组合类型不允许嵌套组合类型。

Fixed

混合类型的类型名字是fixed，支持以下属性：

name：名字(必填)
namespace：命名空间(可选)
aliases：字符串数组，别名(可选)
size：一个整数，表示每个值的字节数(必填)

比如16个字节数的fixed类型例子如下：

{"type": "fixed", "size": 16, "name": "md5"}

1个Avro例子

首先定义一个User的schema：

{
"namespace": "example.avro",
 "type": "record",
 "name": "User",
 "fields": [
     {"name": "name", "type": "string"},
     {"name": "favorite_number",  "type": "int"},
     {"name": "favorite_color", "type": "string"}
 ]
}

User有3个属性，分别是name，favorite_number和favorite_color。

json文件内容：

{"name":"format","favorite_number":1,"favorite_color":"red"}
{"name":"format2","favorite_number":2,"favorite_color":"black"}
{"name":"format3","favorite_number":666,"favorite_color":"blue"}

使用avro工具将json文件转换成avro文件：

java -jar avro-tools-1.8.0.jar fromjson --schema-file user.avsc user.json > user.avro

可以设置压缩格式：

java -jar avro-tools-1.8.0.jar fromjson --codec snappy --schema-file user.avsc user.json > user2.avro

将avro文件反转换成json文件：

java -jar avro-tools-1.8.0.jar tojson user.avro
java -jar avro-tools-1.8.0.jar --pretty tojson user.avro

得到avro文件的meta：

java -jar avro-tools-1.8.0.jar getmeta user.avro

输出：

avro.codec    null
avro.schema    {"type":"record","name":"User","namespace":"example.avro","fields":[{"name":"name","type":"string"},{"name":"favorite_number","type":"int"},{"name":"favorite_color","type":"string"}]}

得到avro文件的schema：

java -jar avro-tools-1.8.0.jar getschema user.avro

将文本文件转换成avro文件：

java -jar avro-tools-1.8.0.jar fromtext user.txt usertxt.avro

Avro使用生成的代码进行序列化和反序列化

以上面一个例子的schema为例讲解。

Avro可以根据schema自动生成对应的类：

java -jar /path/to/avro-tools-1.8.0.jar compile schema user.avsc .

user.avsc的namespace为example.avro，name为User。最终在当前目录生成的example/avro目录下有个User.java文件。

├── example
│   └── avro
│       └── User.java

使用Avro生成的代码创建User：

User user1 = new User();
user1.setName("Format");
user1.setFavoriteColor("red");
user1.setFavoriteNumber(666);

User user2 = new User("Format2", 66, "blue");

User user3 = User.newBuilder()
                .setName("Format3")
                .setFavoriteNumber(6)
                .setFavoriteColor("black").build();

可以使用有参的构造函数和无参的构造函数，也可以使用Builder构造User。

序列化：

DatumWrite接口用来把java对象转换成内存中的序列化格式，SpecificDatumWriter用来生成类并且指定生成的类型。

最后使用DataFileWriter来进行具体的序列化，create方法指定文件和schema信息，append方法用来写数据，最后写完后close文件。

DatumWriter<User> userDatumWriter = new SpecificDatumWriter<User>(User.class);
        DataFileWriter<User> dataFileWriter = new DataFileWriter<User>(userDatumWriter);
dataFileWriter.create(user1.getSchema(), new File("users.avro"));
dataFileWriter.append(user1);
dataFileWriter.append(user2);
dataFileWriter.append(user3);
dataFileWriter.close();

反序列化：

反序列化跟序列化很像，相应的Writer换成Reader。这里只创建一个User对象是为了性能优化，每次都重用这个User对象，如果文件量很大，对象分配和垃圾收集处理的代价很昂贵。如果不考虑性能，可以使用 for (User user : dataFileReader) 循环遍历对象

File file = new File("users.avro");
DatumReader<User> userDatumReader = new SpecificDatumReader<User>(User.class);
DataFileReader<User> dataFileReader = new DataFileReader<User>(file, userDatumReader);
User user = null;
while(dataFileReader.hasNext()) {
    user = dataFileReader.next(user);
    System.out.println(user);
}

打印出：

{"name": "Format", "favorite_number": 666, "favorite_color": "red"}
{"name": "Format2", "favorite_number": 66, "favorite_color": "blue"}
{"name": "Format3", "favorite_number": 6, "favorite_color": "black"}

Avro不使用生成的代码进行序列化和反序列化

虽然Avro为我们提供了根据schema自动生成类的方法，我们也可以自己创建类，不使用Avro的自动生成工具。

创建User：

首先使用Parser读取schema信息并且创建Schema类：

Schema schema = new Schema.Parser().parse(new File("user.avsc"));

有了Schema之后可以创建record：

GenericRecord user1 = new GenericData.Record(schema);
user1.put("name", "Format");
user1.put("favorite_number", 666);
user1.put("favorite_color", "red");

GenericRecord user2 = new GenericData.Record(schema);
user2.put("name", "Format2");
user2.put("favorite_number", 66);
user2.put("favorite_color", "blue");

使用GenericRecord表示User，GenericRecord会根据schema验证字段是否正确，如果put进了不存在的字段 user1.put(“favorite_animal”, “cat”) ，那么运行的时候会得到AvroRuntimeException异常。

序列化：

序列化跟生成的User类似，只不过schema是自己构造的，不是User中拿的。

Schema schema = new Schema.Parser().parse(new File("user.avsc"));
GenericRecord user1 = new GenericData.Record(schema);
user1.put("name", "Format");
user1.put("favorite_number", 666);
user1.put("favorite_color", "red");

GenericRecord user2 = new GenericData.Record(schema);
user2.put("name", "Format2");
user2.put("favorite_number", 66);
user2.put("favorite_color", "blue");

DatumWriter<GenericRecord> datumWriter = new SpecificDatumWriter<GenericRecord>(schema);
DataFileWriter<GenericRecord> dataFileWriter = new DataFileWriter<GenericRecord>(datumWriter);
dataFileWriter.create(schema, new File("users2.avro"));
dataFileWriter.append(user1);
dataFileWriter.append(user2);
dataFileWriter.close();

反序列化：

反序列化跟生成的User类似，只不过schema是自己构造的，不是User中拿的。

Schema schema = new Schema.Parser().parse(new File("user.avsc"));
File file = new File("users2.avro");
DatumReader<GenericRecord> datumReader = new SpecificDatumReader<GenericRecord>(schema);
DataFileReader<GenericRecord> dataFileReader = new DataFileReader<GenericRecord>(file, datumReader);
GenericRecord user = null;
while(dataFileReader.hasNext()) {
    user = dataFileReader.next(user);
    System.out.println(user);
}

打印出：

{"name": "Format", "favorite_number": 666, "favorite_color": "red"}
{"name": "Format2", "favorite_number": 66, "favorite_color": "blue"}

一些注意点

Avro解析json文件的时候，如果类型是Record并且里面有字段是union并且允许空值的话，需要进行转换。因为[“bytes”, “string”]和[“int”,”long”]这2个union类型在json中是有歧义的，第一个union在json中都会被转换成string类型，第二个union在json中都会被转换成数字类型。

所以如果json值的null的话，在avro提供的json中直接写null，否则使用只有一个键值对的对象，键是类型，值的具体的值。

比如：

{
"namespace": "example.avro",
 "type": "record",
 "name": "User",
 "fields": [
     {"name": "name", "type": "string"},
     {"name": "favorite_number",  "type": ["int","null"]},
     {"name": "favorite_color", "type": ["string","null"]}
 ]
}

在要转换成json文件的时候要写成这样：

{"name":"format","favorite_number":{"int":1},"favorite_color":{"string":"red"}}
{"name":"format2","favorite_number":null,"favorite_color":{"string":"black"}}
{"name":"format3","favorite_number":{"int":66},"favorite_color":null}

Spark读取Avro文件

直接遍历avro文件，得到GenericRecord进行处理：

val conf = new SparkConf().setMaster("local").setAppName("AvroTest")

val sc = new SparkContext(conf)

val rdd = sc.hadoopFile[AvroWrapper[GenericRecord], NullWritable, AvroInputFormat[GenericRecord]](this.getClass.getResource("/").toString + "users.avro")

val nameRdd = rdd.map(s => s._1.datum().get("name").toString)

nameRdd.collect().foreach(println)

使用Avro需要注意的地方

笔者使用Avro的时候暂时遇到了下面2个坑。先记录一下，以后遇到新的坑会更新这篇文章。

1.如果定义了unions类型的字段，而且unions中有null选项的schema，比如如下schema：

{
"namespace": "example.avro",
 "type": "record",
 "name": "User2",
 "fields": [
     {"name": "name", "type": "string"},
     {"name": "favorite_number",  "type": ["null","int"]},
     {"name": "favorite_color", "type": ["null","string"]}
 ]
}

这样的schema，如果不使用Avro自动生成的model代码进行insert，并且insert中的model数据有null数据的话。然后用spark读avro文件的话，会报org.apache.avro.AvroTypeException: Found null, expecting int … 这样的错误。

这一点很奇怪，但是使用Avro生成的Model进行insert的话，sprak读取就没有任何问题。 很困惑。

2.如果使用了Map类型的字段，avro生成的model中的Map的Key默认类型为CharSequence。这种model我们insert数据的话，用String是没有问题的。但是spark读取之后要根据Key拿这个Map数据的时候，永远得到的是null。

stackoverflow上有一个页面说到了这个问题。http://stackoverflow.com/questions/19728853/apache-avro-map-uses-charsequence-as-key

需要在map类型的字段里加上”avro.java.string”: “String”这个选项, 然后compile的时候使用-string参数即可。

比如以下这个schema：

{
"namespace": "example.avro",
 "type": "record",
 "name": "User3",
 "fields": [
     {"name": "name", "type": "string"},
     {"name": "favorite_number",  "type": ["null","int"]},
     {"name": "favorite_color", "type": ["null","string"]},
     {"name": "scores", "type": ["null", {"type": "map", "values": "string", "avro.java.string": "String"}]}
 ]
}
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本文作者：Format
原文链接： http://fangjian0423.github.io/2016/02/21/avro-intro/
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