北京大数据培训 | 电商用户行为分析之实时流量统计
模块创建和数据准备
在 UserBehaviorAnalysis 下 新 建 一 个 maven module 作 为 子 项 目 , 命 名 为 NetworkFlowAnalysis。在这个子模块中,我们同样并没有引入更多的依赖,所以也不需要改动 pom 文件。
在 src/main/目录下,将默认源文件目录 java 改名为 scala。将 apache 服务器的日志文件 apache.log 复制到资源文件目录 src/main/resources 下,我们将从这里读取数据。
当然,我们也可以仍然用 UserBehavior.csv 作为数据源,这时我们分析的就不是每一次对服务器的访问请求了,而是具体的页面浏览(“pv”)操作。
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基于服务器 log 的热门页面浏览量统计
我们现在要实现的模块是 “实时流量统计”。对于一个电商平台而言,用户登录的入口流量、不同页面的访问流量都是值得分析的重要数据,而这些数据,可以简单地从 web 服务器的日志中提取出来_大数据培训。
我们在这里先实现“热门页面浏览数”的统计,也就是读取服务器日志中的每一行 log,统计在一段时间内用户访问每一个 url 的次数,然后排序输出显示。
具体做法为:每隔 5 秒,输出最近 10 分钟内访问量最多的前 N 个 URL。可以看出,这个需求与之前“实时热门商品统计”非常类似,所以我们完全可以借鉴此前的代码。
在 src/main/scala 下创建 NetworkFlow.scala 文件,新建一个单例对象。定义样例类 ApacheLogEvent,这是输入的日志数据流;另外还有 UrlViewCount,这是窗口操作统计的输出数据类型。在 main 函数中创建 StreamExecutionEnvironment 并做配置,然后从 apache.log 文件中读取数据,并包装成 ApacheLogEvent 类型。
需要注意的是,原始日志中的时间是“dd/MM/yyyy:HH:mm:ss”的形式,需要定义一个 DateTimeFormat 将其转换为我们需要的时间戳格式:
.map(line => {
val linearray = line.split(" ")
val sdf = new SimpleDateFormat("dd/MM/yyyy:HH:mm:ss")
val timestamp = sdf.parse(linearray(3)).getTime
ApacheLogEvent(linearray(0), linearray(2), timestamp,
linearray(5), linearray(6))
})
完整代码如下:
NetworkFlowAnalysis/src/main/scala/NetworkFlow.scala
case class ApacheLogEvent(ip: String, userId: String, eventTime: Long, method: String,
url: String)
case class UrlViewCount(url: String, windowEnd: Long, count: Long)
object NetworkFlow{
def main(args: Array[String]): Unit = {
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
env.setParallelism(1)
val stream = env
// 以 window 下为例,需替换成自己的路径
.readTextFile("YOUR_PATH\resources\apache.log")
.map(line => {
val linearray = line.split(" ")
val simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("dd/MM/yyyy:HH:mm:ss")
val timestamp = simpleDateFormat.parse(linearray(3)).getTime
ApacheLogEvent(linearray(0), linearray(2), timestamp, linearray(5),
linearray(6))
})
.assignTimestampsAndWatermarks(new
BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[ApacheLogEvent]
(Time.milliseconds(1000)) {
override def extractTimestamp(t: ApacheLogEvent): Long = {
t.eventTime
}
})
.filter( data => {
val pattern = "^((?!\.(css|js)".r
(pattern findFirstIn data.url).nonEmpty
} )
.keyBy("url")
.timeWindow(Time.minutes(10), Time.seconds(5))
.aggregate(new CountAgg(), new WindowResultFunction())
.keyBy(1)
.process(new TopNHotUrls(5))
.print()
env.execute("Network Flow Job")
}
class CountAgg extends AggregateFunction[ApacheLogEvent, Long, Long] {
override def createAccumulator(): Long = 0L
override def add(apacheLogEvent: ApacheLogEvent, acc: Long): Long = acc + 1
override def getResult(acc: Long): Long = acc
override def merge(acc1: Long, acc2: Long): Long = acc1 + acc2
}
class WindowResultFunction extends WindowFunction[Long, UrlViewCount, Tuple,
TimeWindow] {
override def apply(key: Tuple, window: TimeWindow, aggregateResult: Iterable[Long],
collector: Collector[UrlViewCount]) : Unit = {
val url: String = key.asInstanceOf[Tuple1[String]].f0
val count = aggregateResult.iterator.next
collector.collect(UrlViewCount(url, window.getEnd, count))
}
}
class TopNHotUrls(topsize: Int) extends KeyedProcessFunction[Tuple, UrlViewCount,
String] {
private var urlState : ListState[UrlViewCount] = _
override def open(parameters: Configuration): Unit = {
super.open(parameters)
val urlStateDesc = new ListStateDescriptor[UrlViewCount]("urlState-state",
classOf[UrlViewCount])
urlState = getRuntimeContext.getListState(urlStateDesc)
}
override def processElement(input: UrlViewCount, context:
KeyedProcessFunction[Tuple, UrlViewCount, String]#Context, collector:
Collector[String]): Unit = {
// 每条数据都保存到状态中
urlState.add(input)
context.timerService.registerEventTimeTimer(input.windowEnd + 1)
}
override def onTimer(timestamp: Long, ctx: KeyedProcessFunction[Tuple, UrlViewCount,
String]#OnTimerContext, out: Collector[String]): Unit = {
// 获取收到的所有 URL 访问量
val allUrlViews: ListBuffer[UrlViewCount] = ListBuffer()
import scala.collection.JavaConversions._
for (urlView <- urlState.get) {
allUrlViews += urlView
}
// 提前清除状态中的数据,释放空间
urlState.clear()
// 按照访问量从大到小排序
val sortedUrlViews = allUrlViews.sortBy(_.count)(Ordering.Long.reverse)
.take(topSize)
// 将排名信息格式化成 String, 便于打印
var result: StringBuilder = new StringBuilder
result.append("====================================\n")
result.append("时间: ").append(new Timestamp(timestamp - 1)).append("\n")
for (i <- sortedUrlViews.indices) {
val currentUrlView: UrlViewCount = sortedUrlViews(i)
// e.g. No1: URL=/blog/tags/firefox?flav=rss20 流量=55
result.append("No").append(i+1).append(":")
.append(" URL=").append(currentUrlView.url)
.append(" 流量=").append(currentUrlView.count).append("\n")
}
result.append("====================================\n\n")
// 控制输出频率,模拟实时滚动结果
Thread.sleep(1000)
out.collect(result.toString)
}
}
}
基于埋点日志数据的网络流量统计
我们发现,从 web 服务器 log 中得到的 url,往往更多的是请求某个资源地址(/.js、/.css),如果要针对页面进行统计往往还需要进行过滤。而在实际电商应用中,相比每个单独页面的访问量,我们可能更加关心整个电商网站的网络流量。
这个指标,除了合并之前每个页面的统计结果之外,还可以通过统计埋点日志数据中的“pv”行为来得到_大数据视频。
网站总浏览量(PV)的统计
衡量网站流量一个最简单的指标,就是网站的页面浏览量(Page View,PV)。用户每次打开一个页面便记录 1 次 PV,多次打开同一页面则浏览量累计。一般来说,PV 与来访者的数量成正比,但是 PV 并不直接决定页面的真实来访者数量,如同一个来访者通过不断的刷新页面,也可以制造出非常高的 PV。
我们知道,用户浏览页面时,会从浏览器向网络服务器发出一个请求(Request),网络服务器接到这个请求后,会将该请求对应的一个网页(Page)发送给浏览器,从而产生了一个 PV。所以我们的统计方法,可以是从 web 服务器的日志中去提取对应的页面访问然后统计,就向上一节中的做法一样;也可以直接从埋点日志中提取用户发来的页面请求,从而统计出总浏览量。
所以,接下来我们用 UserBehavior.csv 作为数据源,实现一个网站总浏览量的统计。我们可以设置滚动时间窗口,实时统计每小时内的网站 PV。
在 src/main/scala 下创建 PageView.scala 文件,具体代码如下:
NetworkFlowAnalysis/src/main/scala/PageView.scala
case class UserBehavior(userId: Long, itemId: Long, categoryId: Int, behavior: String,
timestamp: Long)
object PageView {
def main(args: Array[String]): Unit = {
val resourcesPath = getClass.getResource("/UserBehaviorTest.csv")
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
env.setParallelism(1)
val stream = env.readTextFile(resourcesPath.getPath)
.map(data => {
val dataArray = data.split(",")
UserBehavior(dataArray(0).toLong, dataArray(1).toLong, dataArray(2).toInt,
dataArray(3), dataArray(4).toLong)
})
.assignAscendingTimestamps(_.timestamp * 1000)
.filter(_.behavior == "pv")
.map(x => ("pv", 1))
.keyBy(_._1)
.timeWindow(Time.seconds(60 * 60))
.sum(1)
.print()
env.execute("Page View Job")
}
}
网站独立访客数(UV)的统计
在上节的例子中,我们统计的是所有用户对页面的所有浏览行为,也就是说,同一用户的浏览行为会被重复统计。而在实际应用中,我们往往还会关注,在一段时间内到底有多少不同的用户访问了网站。
另外一个统计流量的重要指标是网站的独立访客数(Unique Visitor,UV)。UV 指的是一段时间(比如一小时)内访问网站的总人数,1 天内同一访客的多次访问只记录为一个访客。通过 IP 和 cookie 一般是判断 UV 值的两种方式。当客户端第一次访问某个网站服务器的时候,网站服务器会给这个客户端的电脑发出一个 Cookie,通常放在这个客户端电脑的 C 盘当中。在这个 Cookie 中会分配一个独一无二的编号,这其中会记录一些访问服务器的信息,如访问时间,访问了哪些页面等等。当你下次再访问这个服务器的时候,服务器就可以直接从你的电脑中找到上一次放进去的 Cookie 文件,并且对其进行一些更新,但那个独一无二的编号是不会变的。
当然,对于 UserBehavior 数据源来说,我们直接可以根据 userId 来区分不同的用户。
在 src/main/scala 下创建 UniqueVisitor.scala 文件,具体代码如下:
NetworkFlowAnalysis/src/main/scala/UniqueVisitor.scala
case class UvCount(windowEnd: Long, count: Long)
object UniqueVisitor {
def main(args: Array[String]): Unit = {
val resourcesPath = getClass.getResource("/UserBehaviorTest.csv")
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
env.setParallelism(1)
val stream = env
.readTextFile(resourcesPath.getPath)
.map(line => {
val linearray = line.split(",")
UserBehavior(linearray(0).toLong, linearray(1).toLong, linearray(2).toInt,
linearray(3), linearray(4).toLong)
})
.assignAscendingTimestamps(_.timestamp * 1000)
.filter(_.behavior == "pv")
.timeWindowAll(Time.seconds(60 * 60))
.apply(new UvCountByWindow())
.print()
env.execute("Unique Visitor Job")
}
}
class UvCountByWindow extends AllWindowFunction[UserBehavior, UvCount, TimeWindow] {
override def apply(window: TimeWindow,
input: Iterable[UserBehavior],
out: Collector[UvCount]): Unit = {
val s: collection.mutable.Set[Long] = collection.mutable.Set()
var idSet = SetLong
for ( userBehavior <- input) {
idSet += userBehavior.userId
}
out.collect(UvCount(window.getEnd, idSet.size))
}
}
使用布隆过滤器的 UV 统计
在上节的例子中,我们把所有数据的 userId 都存在了窗口计算的状态里,在窗口收集数据的过程中,状态会不断增大。一般情况下,只要不超出内存的承受范围,这种做法也没什么问题;但如果我们遇到的数据量很大呢?
把所有数据暂存放到内存里,显然不是一个好注意。我们会想到,可以利用 redis 这种内存级 k-v 数据库,为我们做一个缓存。但如果我们遇到的情况非常极端,数据大到惊人呢?比如上亿级的用户,要去重计算 UV。
如果放到 redis 中,亿级的用户 id(每个 20 字节左右的话)可能需要几 G 甚至几十 G 的空间来存储。当然放到 redis 中,用集群进行扩展也不是不可以,但明显代价太大了。
一个更好的想法是,其实我们不需要完整地存储用户 ID 的信息,只要知道他在不在就行了。所以其实我们可以进行压缩处理,用一位(bit)就可以表示一个用户的状态。这个思想的具体实现就是布隆过滤器(Bloom Filter)。
本质上布隆过滤器是一种数据结构,比较巧妙的概率型数据结构(probabilisticdata structure),特点是高效地插入和查询,可以用来告诉你 “某样东西一定不存在或者可能存在”。
它本身是一个很长的二进制向量,既然是二进制的向量,那么显而易见的,存放的不是 0,就是 1。相比于传统的 List、Set、Map 等数据结构,它更高效、占用空间更少,但是缺点是其返回的结果是概率性的,而不是确切的。
我们的目标就是,利用某种方法(一般是 Hash 函数)把每个数据,对应到一个位图的某一位上去;如果数据存在,那一位就是 1,不存在则为 0。
接下来我们就来具体实现一下。
注意这里我们用到了 redis 连接存取数据,所以需要加入 redis 客户端的依赖:
<dependencies>
<dependency>
<groupId>redis.clients</groupId>
<artifactId>jedis</artifactId>
<version>2.8.1</version>
</dependency>
</dependencies>
在 src/main/scala 下创建 UniqueVisitor.scala 文件,具体代码如下:
NetworkFlowAnalysis/src/main/scala/UvWithBloom.scala
object UvWithBloomFilter {
def main(args: Array[String]): Unit = {
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
env.setParallelism(1)
val resourcesPath = getClass.getResource("/UserBehaviorTest.csv")
val stream = env
.readTextFile(resourcesPath.getPath)
.map(data => {
val dataArray = data.split(",")
UserBehavior(dataArray(0).toLong, dataArray(1).toLong, dataArray(2).toInt,
dataArray(3), dataArray(4).toLong)
})
.assignAscendingTimestamps(_.timestamp * 1000)
.filter(_.behavior == "pv")
.map(data => ("dummyKey", data.userId))
.keyBy(_._1)
.timeWindow(Time.seconds(60 * 60))
.trigger(new MyTrigger()) // 自定义窗口触发规则
.process(new UvCountWithBloom()) // 自定义窗口处理规则
stream.print()
env.execute("Unique Visitor with bloom Job")
}
}
// 自定义触发器
class MyTrigger() extends Trigger[(String, Long), TimeWindow] {
override def onEventTime(time: Long, window: TimeWindow, ctx: Trigger.TriggerContext):
TriggerResult = {
TriggerResult.CONTINUE
}
override def onProcessingTime(time: Long, window: TimeWindow, ctx:
Trigger.TriggerContext): TriggerResult = {
TriggerResult.CONTINUE
}
override def clear(window: TimeWindow, ctx: Trigger.TriggerContext): Unit = {
}
override def onElement(element: (String, Long), timestamp: Long, window: TimeWindow,
ctx: Trigger.TriggerContext): TriggerResult = {
// 每来一条数据,就触发窗口操作并清空
TriggerResult.FIRE_AND_PURGE
}
}
// 自定义窗口处理函数
class UvCountWithBloom() extends ProcessWindowFunction[(String, Long), UvCount, String,
TimeWindow] {
// 创建 redis 连接
lazy val jedis = new Jedis("localhost", 6379)
lazy val bloom = new Bloom(1 << 29)
override def process(key: String, context: Context, elements: Iterable[(String, Long)],
out: Collector[UvCount]): Unit = {
val storeKey = context.window.getEnd.toString
var count = 0L
if (jedis.hget("count", storeKey) != null) {
count = jedis.hget("count", storeKey).toLong
}
val userId = elements.last._2.toString
val offset = bloom.hash(userId, 61)
val isExist = jedis.getbit(storeKey, offset)
if (!isExist) {
jedis.setbit(storeKey, offset, true)
jedis.hset("count", storeKey, (count + 1).toString)
out.collect(UvCount(storeKey.toLong, count + 1))
} else {
out.collect(UvCount(storeKey.toLong, count))
}
}
}
// 定义一个布隆过滤器
class Bloom(size: Long) extends Serializable {
private val cap = size
def hash(value: String, seed: Int): Long = {
var result = 0
for (i <- 0 until value.length) {
// 最简单的 hash 算法,每一位字符的 ascii 码值,乘以 seed 之后,做叠加
result = result * seed + value.charAt(i)
}
(cap - 1) & result
}
}
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