Apache Airflow: делаем ETL проще

Привет, я Дмитрий Логвиненко — Data Engineer отдела аналитики группы компаний «Везёт».

Я расскажу вам о замечательном инструменте для разработки ETL-процессов — Apache Airflow. Но Airflow настолько универсален и многогранен, что вам стоит присмотреться к нему даже если вы не занимаетесь потоками данных, а имеете потребность периодически запускать какие-либо процессы и следить за их выполнением.

И да, я буду не только рассказывать, но и показывать: в программе много кода, скриншотов и рекомендаций.

Apache Airflow: делаем ETL проще
Что обычно видишь, когда гуглишь слово Airflow / Wikimedia Commons

Оглавление

Введение

Apache Airflow — он прямо как Django:

  • написан на Python,
  • есть отличная админка,
  • неограниченно расширяем,

— только лучше, да и сделан совсем для других целей, а именно (как написано до ката):

  • запуск и мониторинг задач на неограниченном количестве машин (сколько вам позволит Celery/Kubernetes и ваша совесть)
  • с динамической генерацией workflow из очень легкого для написания и восприятия Python-кода
  • и возможностью связывать друг с друг любые базы данных и API с помощью как готовых компонентов, так и самодельных плагинов (что делается чрезвычайно просто).

Мы используем Apache Airflow так:

  • собираем данные из различных источников (множество инстансов SQL Server и PostgreSQL, различные API с метриками приложений, даже 1С) в DWH и ODS (у нас это Vertica и Clickhouse).
  • как продвинутый cron, который запускает процессы консолидации данных на ODS, а также следит за их обслуживанием.

До недавнего времени наши потребности покрывал один небольшой сервер на 32 ядрах и 50 GB оперативки. В Airflow при этом работает:

  • более 200 дагов (собственно workflows, в которые мы набили задачки),
  • в каждом в среднем по 70 тасков,
  • запускается это добро (тоже в среднем) раз в час.

А о том, как мы расширялись, я напишу ниже, а сейчас давайте определим über-задачу, которую мы будем решать:

Есть три исходных SQL Server’а, на каждом по 50 баз данных — инстансов одного проекта, соответственно, структура у них одинаковая (почти везде, муа-ха-ха), а значит в каждой есть таблица Orders (благо таблицу с таким названием можно затолкать в любой бизнес). Мы забираем данные, добавляя служебные поля (сервер-источник, база-источник, идентификатор ETL-задачи) и наивным образом бросим их в, скажем, Vertica.

Поехали!

Часть основная, практическая (и немного теоретическая)

Зачем оно нам (и вам)

Когда деревья были большими, а я был простым SQL-щиком в одном российском ритейле, мы шпарили ETL-процессы aka потоки данных с помощью двух доступных нам средств:

  • Informatica Power Center — крайне развесистая система, чрезвычайно производительная, со своими железками, собственным версионированием. Использовал я дай бог 1% её возможностей. Почему? Ну, во-первых, этот интерфейс где-то из нулевых психически давил на нас. Во-вторых, эта штуковина заточена под чрезвычайно навороченные процессы, яростное переиспользование компонентов и другие очень-важные-энтерпрайз-фишечки. Про то что стоит она, как крыло Airbus A380/год, мы промолчим.

    Осторожно, скриншот может сделать людям младше 30 немного больно

    Apache Airflow: делаем ETL проще

  • SQL Server Integration Server — этим товарищем мы пользовались в своих внутрипроектных потоках. Ну а в самом деле: SQL Server мы уже используем, и не юзать его ETL-тулзы было бы как-то неразумно. Всё в нём в хорошо: и интерфейс красивый, и отчётики выполнения… Но не за это мы любим программные продукты, ох не за это. Версионировать его dtsx (который представляет собой XML с перемешивающимися при сохранении нодами) мы можем, а толку? А сделать пакет тасков, который перетащит сотню таблиц с одного сервера на другой? Да что сотню, у вас от двадцати штук отвалится указательный палец, щёлкающий по мышиной кнопке. Но выглядит он, определенно, более модно:

    Apache Airflow: делаем ETL проще

Мы безусловно искали выходы. Дело даже почти дошло до самописного генератора SSIS-пакетов…

… а потом меня нашла новая работа. А на ней меня настиг Apache Airflow.

Когда я узнал, что описания ETL-процессов — это простой Python-код, я только что не плясал от радости. Вот так потоки данных подверглись версионированию и диффу, а ссыпать таблицы с единой структурой из сотни баз данных в один таргет стало делом Python-кода в полтора-два 13” экрана.

Собираем кластер

Давайте не устраивать совсем уж детский сад, и не говорить тут о совершенно очевидных вещах, вроде установки Airflow, выбранной вами БД, Celery и других дел, описанных в доках.

Чтобы мы могли сразу приступить к экспериментам, я набросал docker-compose.yml в котором:

  • Поднимем собственно Airflow: Scheduler, Webserver. Там же будет крутится Flower для мониторинга Celery-задач (потому что его уже затолкали в apache/airflow:1.10.10-python3.7, а мы и не против);
  • PostgreSQL, в который Airflow будет писать свою служебную информацию (данные планировщика, статистика выполнения и т. д.), а Celery — отмечать завершенные таски;
  • Redis, который будет выступать брокером задач для Celery;
  • Celery worker, который и займется непосредственным выполнением задачек.
  • В папку ./dags мы будет складывать наши файлы с описанием дагов. Они будут подхватываться на лету, поэтому передёргивать весь стек после каждого чиха не нужно.

Кое-где код в примерах приведен не полностью (чтобы не загромождать текст), а где-то он модифицируется в процессе. Цельные работающие примеры кода можно посмотреть в репозитории https://github.com/dm-logv/airflow-tutorial.

docker-compose.yml

version: '3.4'

x-airflow-config: &airflow-config
  AIRFLOW__CORE__DAGS_FOLDER: /dags
  AIRFLOW__CORE__EXECUTOR: CeleryExecutor
  AIRFLOW__CORE__FERNET_KEY: MJNz36Q8222VOQhBOmBROFrmeSxNOgTCMaVp2_HOtE0=
  AIRFLOW__CORE__HOSTNAME_CALLABLE: airflow.utils.net:get_host_ip_address
  AIRFLOW__CORE__SQL_ALCHEMY_CONN: postgres+psycopg2://airflow:[email protected]:5432/airflow

  AIRFLOW__CORE__PARALLELISM: 128
  AIRFLOW__CORE__DAG_CONCURRENCY: 16
  AIRFLOW__CORE__MAX_ACTIVE_RUNS_PER_DAG: 4
  AIRFLOW__CORE__LOAD_EXAMPLES: 'False'
  AIRFLOW__CORE__LOAD_DEFAULT_CONNECTIONS: 'False'

  AIRFLOW__EMAIL__DEFAULT_EMAIL_ON_RETRY: 'False'
  AIRFLOW__EMAIL__DEFAULT_EMAIL_ON_FAILURE: 'False'

  AIRFLOW__CELERY__BROKER_URL: redis://broker:6379/0
  AIRFLOW__CELERY__RESULT_BACKEND: db+postgresql://airflow:[email protected]/airflow

x-airflow-base: &airflow-base
  image: apache/airflow:1.10.10-python3.7
  entrypoint: /bin/bash
  restart: always
  volumes:
    - ./dags:/dags
    - ./requirements.txt:/requirements.txt

services:
  # Redis as a Celery broker
  broker:
    image: redis:6.0.5-alpine

  # DB for the Airflow metadata
  airflow-db:
    image: postgres:10.13-alpine

    environment:
      - POSTGRES_USER=airflow
      - POSTGRES_PASSWORD=airflow
      - POSTGRES_DB=airflow

    volumes:
      - ./db:/var/lib/postgresql/data

  # Main container with Airflow Webserver, Scheduler, Celery Flower
  airflow:
    <<: *airflow-base

    environment:
      <<: *airflow-config

      AIRFLOW__SCHEDULER__DAG_DIR_LIST_INTERVAL: 30
      AIRFLOW__SCHEDULER__CATCHUP_BY_DEFAULT: 'False'
      AIRFLOW__SCHEDULER__MAX_THREADS: 8

      AIRFLOW__WEBSERVER__LOG_FETCH_TIMEOUT_SEC: 10

    depends_on:
      - airflow-db
      - broker

    command: >
      -c " sleep 10 &&
           pip install --user -r /requirements.txt &&
           /entrypoint initdb &&
          (/entrypoint webserver &) &&
          (/entrypoint flower &) &&
           /entrypoint scheduler"

    ports:
      # Celery Flower
      - 5555:5555
      # Airflow Webserver
      - 8080:8080

  # Celery worker, will be scaled using `--scale=n`
  worker:
    <<: *airflow-base

    environment:
      <<: *airflow-config

    command: >
      -c " sleep 10 &&
           pip install --user -r /requirements.txt &&
           /entrypoint worker"

    depends_on:
      - airflow
      - airflow-db
      - broker

Примечания:

  • В сборке композа я во многом опирался на известный образ puckel/docker-airflow – обязательно посмотрите. Может, вам в жизни больше ничего и не понадобится.
  • Все настройки Airflow доступны не только через airflow.cfg, но и через переменные среды (слава разработчикам), чем я злостно воспользовался.
  • Естественно, он не production-ready: я намеренно не ставил heartbeats на контейнеры, не заморачивался с безопасностью. Но минимум, подходящий для наших экспериментиков я сделал.
  • Обратите внимание, что:
    • Папка с дагами должна быть доступна как планировщику, так и воркерам.
    • То же самое касается и всех сторонних библиотек — они все должны быть установлены на машины с шедулером и воркерами.

Ну а теперь просто:

$ docker-compose up --scale worker=3

После того, как всё поднимется, можно смотреть на веб-интерфейсы:

Основные понятия

Если вы ничего не поняли во всех этих «дагах», то вот краткий словарик:

  • Scheduler — самый главный дядька в Airflow, контролирующий, чтобы вкалывали роботы, а не человек: следит за расписанием, обновляет даги, запускает таски.

    Вообще, в старых версиях, у него были проблемы с памятью (нет, не амнезия, а утечки) и в конфигах даже остался легаси-параметр run_duration — интервал его перезапуска. Но сейчас всё хорошо.

  • DAG (он же «даг») — «направленный ацикличный граф», но такое определение мало кому что скажет, а по сути это контейнер для взаимодействующих друг с другом тасков (см. ниже) или аналог Package в SSIS и Workflow в Informatica.

    Помимо дагов еще могут быть сабдаги, но мы до них скорее всего не доберёмся.

  • DAG Run — инициализированный даг, которому присвоен свой execution_date. Даграны одного дага могут вполне работать параллельно (если вы, конечно, сделали свои таски идемпотентными).
  • Operator — это кусочки кода, ответственные за выполнение какого-либо конкретного действия. Есть три типа операторов:
    • action, как например наш любимый PythonOperator, который в силах выполнить любой (валидный) Python-код;
    • transfer, которые перевозят данные с места на место, скажем, MsSqlToHiveTransfer;
    • sensor же позволит реагировать или притормозить дальнейшее выполнение дага до наступления какого-либо события. HttpSensor может дергать указанный эндпойнт, и когда дождется нужный ответ, запустить трансфер GoogleCloudStorageToS3Operator. Пытливый ум спросит: «зачем? Ведь можно делать повторы прямо в операторе!» А затем, чтобы не забивать пул тасков подвисшими операторами. Сенсор запускается, проверяет и умирает до следующей попытки.
  • Task — объявленные операторы вне зависимости от типа и прикрепленные к дагу повышаются до чина таска.
  • Task instance — когда генерал-планировщик решил, что таски пора отправлять в бой на исполнители-воркеры (прямо на месте, если мы используем LocalExecutor или на удалённую ноду в случае с CeleryExecutor), он назначает им контекст (т. е. комплект переменных — параметров выполнения), разворачивает шаблоны команд или запросов и складывает их в пул.

Генерируем таски

Сперва обозначим общую схему нашего дага, а затем будем всё больше и больше погружаться в детали, потому что мы применяем некоторые нетривиальные решения.

Итак, в простейшем виде подобный даг будет выглядеть так:

from datetime import timedelta, datetime

from airflow import DAG
from airflow.operators.python_operator import PythonOperator

from commons.datasources import sql_server_ds

dag = DAG('orders',
          schedule_interval=timedelta(hours=6),
          start_date=datetime(2020, 7, 8, 0))

def workflow(**context):
    print(context)

for conn_id, schema in sql_server_ds:
    PythonOperator(
        task_id=schema,
        python_callable=workflow,
        provide_context=True,
        dag=dag)

Давайте разбираться:

  • Сперва импортируем нужные либы и кое что ещё;
  • sql_server_ds — это List[namedtuple[str, str]] с именами коннектов из Airflow Connections и базами данных из которых мы будем забирать нашу табличку;
  • dag — объявление нашего дага, которое обязательно должно лежать в globals(), иначе Airflow его не найдет. Дагу также нужно сказать:
    • что его зовут orders — это имя потом будет маячить в веб-интерфейсе,
    • что работать он будет, начиная с полуночи восьмого июля,
    • а запускать он должен, примерно каждые 6 часов (для крутых парней здесь вместо timedelta() допустима cron-строка 0 0 0/6 ? * * *, для менее крутых — выражение вроде @daily);
  • workflow() будет делать основную работу, но не сейчас. Сейчас мы просто высыпем наш контекст в лог.
  • А теперь простая магия создания тасков:
    • пробегаем по нашим источникам;
    • инициализируем PythonOperator, который будет выполнять нашу пустышку workflow(). Не забывайте указывать уникальное (в рамках дага) имя таска и подвязывать сам даг. Флаг provide_context в свою очередь насыпет в функцию дополнительных аргументов, которые мы бережно соберём с помощью **context.

Пока на этом всё. Что мы получили:

  • новый даг в веб-интерфейсе,
  • полторы сотни тасков, которые будут выполняться параллельно (если то позволят настройки Airflow, Celery и мощности серверов).

Ну, почти получили.

Apache Airflow: делаем ETL проще
Зависимости кто будет ставить?

Чтобы всё это дело упростить я вкорячил в docker-compose.yml обработку requirements.txt на всех нодах.

Вот теперь понеслась:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Серые квадратики — task instances, обработанные планировщиком.

Немного ждем, задачи расхватывают воркеры:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Зеленые, понятное дело, — успешно отработавшие. Красные — не очень успешно.

Кстати, на нашем проде никакой папки ./dags, синхронизирующейся между машинами нет — всё даги лежат в git на нашем Gitlab, а Gitlab CI раскладывает обновления на машины при мёрдже в master.

Немного о Flower

Пока воркеры молотят наши тасочки-пустышки, вспомним про еще один инструмент, который может нам кое-что показать — Flower.

Самая первая страничка с суммарной информацией по нодам-воркерам:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Самая насыщенная страничка с задачами, отправившимися в работу:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Самая скучная страничка с состоянием нашего брокера:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Самая яркая страничка — с графиками состояния тасков и их временем выполнения:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Догружаем недогруженное

Итак, все таски отработали, можно уносить раненых.

Apache Airflow: делаем ETL проще

А раненых оказалось немало — по тем или иным причинами. В случае правильного использования Airflow вот эти самые квадраты говорят о том, что данные определенно не доехали.

Нужно смотреть лог и перезапускать упавшие task instances.

Жмякнув на любой квадрат, увидим доступные нам действия:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Можно взять, и сделать Clear упавшему. То есть, мы забываем о том, что там что-то завалилось, и тот же самый инстанс таска уйдет планировщику.

Apache Airflow: делаем ETL проще

Понятно, что делать так мышкой со всеми красными квадратами не очень гуманно — не этого мы ждем от Airflow. Естественно, у нас есть оружие массового поражения: Browse/Task Instances

Apache Airflow: делаем ETL проще

Выберем всё разом и обнулим нажмем правильный пункт:

Apache Airflow: делаем ETL проще

После очистки наши такси выглядят так (они уже ждут не дождутся, когда шедулер их запланирует):

Apache Airflow: делаем ETL проще

Соединения, хуки и прочие переменные

Самое время посмотреть на следующий DAG, update_reports.py:

from collections import namedtuple
from datetime import datetime, timedelta
from textwrap import dedent

from airflow import DAG
from airflow.contrib.operators.vertica_operator import VerticaOperator
from airflow.operators.email_operator import EmailOperator
from airflow.utils.trigger_rule import TriggerRule

from commons.operators import TelegramBotSendMessage

dag = DAG('update_reports',
          start_date=datetime(2020, 6, 7, 6),
          schedule_interval=timedelta(days=1),
          default_args={'retries': 3, 'retry_delay': timedelta(seconds=10)})

Report = namedtuple('Report', 'source target')
reports = [Report(f'{table}_view', table) for table in [
    'reports.city_orders',
    'reports.client_calls',
    'reports.client_rates',
    'reports.daily_orders',
    'reports.order_duration']]

email = EmailOperator(
    task_id='email_success', dag=dag,
    to='{{ var.value.all_the_kings_men }}',
    subject='DWH Reports updated',
    html_content=dedent("""Господа хорошие, отчеты обновлены"""),
    trigger_rule=TriggerRule.ALL_SUCCESS)

tg = TelegramBotSendMessage(
    task_id='telegram_fail', dag=dag,
    tg_bot_conn_id='tg_main',
    chat_id='{{ var.value.failures_chat }}',
    message=dedent("""
         Наташ, просыпайся, мы {{ dag.dag_id }} уронили
        """),
    trigger_rule=TriggerRule.ONE_FAILED)

for source, target in reports:
    queries = [f"TRUNCATE TABLE {target}",
               f"INSERT INTO {target} SELECT * FROM {source}"]

    report_update = VerticaOperator(
        task_id=target.replace('reports.', ''),
        sql=queries, vertica_conn_id='dwh',
        task_concurrency=1, dag=dag)

    report_update >> [email, tg]

Все ведь когда-нибудь делали обновлялку отчетов? Это снова она: есть список источников, откуда забрать данные; есть список, куда положить; не забываем посигналить, когда всё случилось или сломалось (ну это не про нас, нет).

Давайте снова пройдемся по файлу и посмотрим на новые непонятные штуки:

  • from commons.operators import TelegramBotSendMessage — нам ничто не мешает делать свои операторы, чем мы и воспользовались, сделав небольшую обёрточку для отправки сообщений в Разблокированный. (Об этом операторе мы еще поговорим ниже);
  • default_args={} — даг может раздавать одни и те же аргументы всем своим операторам;
  • to='{{ var.value.all_the_kings_men }}' — поле to у нас будет не захардкоженным, а формируемым динамически с помощью Jinja и переменной со списком email-ов, которую я заботливо положил в Admin/Variables;
  • trigger_rule=TriggerRule.ALL_SUCCESS — условие запуска оператора. В нашем случае, письмо полетит боссам только если все зависимости отработали успешно;
  • tg_bot_conn_id='tg_main' — аргументы conn_id принимают в себя идентификаторы соединений, которые мы создаем в Admin/Connections;
  • trigger_rule=TriggerRule.ONE_FAILED — сообщения в Telegram улетят только при наличии упавших тасков;
  • task_concurrency=1 — запрещаем одновременный запуск нескольких task instances одного таска. В противном случае, мы получим одновременный запуск нескольких VerticaOperator (смотрящих на одну таблицу);
  • report_update >> [email, tg] — все VerticaOperator сойдутся в отправке письма и сообщения, вот так:
    Apache Airflow: делаем ETL проще

    Но так как у операторов-нотификаторов стоят разные условия запуска, работать будет только один. В Tree View всё выглядит несколько менее наглядно:
    Apache Airflow: делаем ETL проще

Скажу пару слов о макросах и их друзьях — переменных.

Макросы — это Jinja-плейсхолдеры, которые могут подставлять разную полезную информацию в аргументы операторов. Например, так:

SELECT
    id,
    payment_dtm,
    payment_type,
    client_id
FROM orders.payments
WHERE
    payment_dtm::DATE = '{{ ds }}'::DATE

{{ ds }} развернется в содержимое переменной контекста execution_date в формате YYYY-MM-DD: 2020-07-14. Самое приятное, что переменные контекста прибиваются гвоздями к определенному инстансу таска (квадратику в Tree View), и при перезапуске плейсхолдеры раскроются в те же самые значения.

Присвоенные значения можно смотреть с помощью кнопки Rendered на каждом таск-инстансе. Вот так у таска с отправкой письма:

Apache Airflow: делаем ETL проще

А так у таски с отправкой сообщения:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Полный список встроенных макросов для последней доступной версии доступен здесь: Macros Reference

Более того, с помощью плагинов, мы можем объявлять собственные макросы, но это уже совсем другая история.

Помимо предопределенных штук, мы можем подставлять значения своих переменных (выше в коде я уже этим воспользовался). Создадим в Admin/Variables пару штук:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Всё, можно пользоваться:

TelegramBotSendMessage(chat_id='{{ var.value.failures_chat }}')

В значении может быть скаляр, а может лежать и JSON. В случае JSON-а:

bot_config

{
    "bot": {
        "token": 881hskdfASDA16641,
        "name": "Verter"
    },
    "service": "TG"
}

просто используем путь к нужному ключу: {{ var.json.bot_config.bot.token }}.

Скажу буквально одно слово и покажу один скриншот про соединения. Тут всё элементарно: на странице Admin/Connections создаем соединение, складываем туда наши логины/пароли и более специфичные параметры. Вот так:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Пароли можно шифровать (более тщательно, чем в варианте по умолчанию), а можно не указывать тип соединения (как я сделал для tg_main) — дело в том, что список типов зашит в моделях Airflow и расширению без влезания в исходники не поддается (если вдруг я чего-то не догуглил — прошу меня поправить), но получить креды просто по имени нам ничто не помешает.

А еще можно сделать несколько соединений с одним именем: в таком случае метод BaseHook.get_connection(), который достает нам соединения по имени, будет отдавать случайного из нескольких тёзок (было бы логичнее сделать Round Robin, но оставим это на совести разработчиков Airflow).

Variables и Connections, безусловно, классные средства, но важно не потерять баланс: какие части ваших потоков вы храните собственно в коде, а какие — отдаете на хранение Airflow. C одной стороны быстро поменять значение, например, ящик рассылки, может быть удобно через UI. А с другой — это всё-таки возврат к мышеклику, от которого мы (я) хотели избавиться.

Работа с соединениями — это одна из задач хуков. Вообще хуки Airflow — это точки подключения его к сторонним сервисам и библиотекам. К примеру, JiraHook откроет для нас клиент для взаимодействия с Jira (можно задачки подвигать туда-сюда), а с помощью SambaHook можно запушить локальный файл на smb-точку.

Разбираем кастомный оператор

И мы вплотную подобрались к тому, чтобы посмотреть на то, как сделан TelegramBotSendMessage

Код commons/operators.py с собственно оператором:

from typing import Union

from airflow.operators import BaseOperator

from commons.hooks import TelegramBotHook, TelegramBot

class TelegramBotSendMessage(BaseOperator):
    """Send message to chat_id using TelegramBotHook

    Example:
        >>> TelegramBotSendMessage(
        ...     task_id='telegram_fail', dag=dag,
        ...     tg_bot_conn_id='tg_bot_default',
        ...     chat_id='{{ var.value.all_the_young_dudes_chat }}',
        ...     message='{{ dag.dag_id }} failed :(',
        ...     trigger_rule=TriggerRule.ONE_FAILED)
    """
    template_fields = ['chat_id', 'message']

    def __init__(self,
                 chat_id: Union[int, str],
                 message: str,
                 tg_bot_conn_id: str = 'tg_bot_default',
                 *args, **kwargs):
        super().__init__(*args, **kwargs)

        self._hook = TelegramBotHook(tg_bot_conn_id)
        self.client: TelegramBot = self._hook.client
        self.chat_id = chat_id
        self.message = message

    def execute(self, context):
        print(f'Send "{self.message}" to the chat {self.chat_id}')
        self.client.send_message(chat_id=self.chat_id,
                                 message=self.message)

Здесь, как и остальное в Airflow, всё очень просто:

  • Отнаследовались от BaseOperator, который реализует довольно много Airflow-специфичных штук (посмотрите на досуге)
  • Объявили поля template_fields, в которых Jinja будет искать макросы для обработки.
  • Организовали правильные аргументы для __init__(), расставили умолчания, где надо.
  • Об инициализации предка тоже не забыли.
  • Открыли соответствующий хук TelegramBotHook, получили от него объект-клиент.
  • Оверрайднули (переопределили) метод BaseOperator.execute(), который Airfow будет подергивать, когда наступит время запускать оператор — в нем мы и реализуем основное действие, на забыв залогироваться. (Логируемся, кстати, прямо в stdout и stderr — Airflow всё перехватит, красиво обернет, разложит, куда надо.)

Давайте смотреть, что у нас в commons/hooks.py. Первая часть файлика, с самим хуком:

from typing import Union

from airflow.hooks.base_hook import BaseHook
from requests_toolbelt.sessions import BaseUrlSession

class TelegramBotHook(BaseHook):
    """Telegram Bot API hook

    Note: add a connection with empty Conn Type and don't forget
    to fill Extra:

        {"bot_token": "YOuRAwEsomeBOtToKen"}
    """
    def __init__(self,
                 tg_bot_conn_id='tg_bot_default'):
        super().__init__(tg_bot_conn_id)

        self.tg_bot_conn_id = tg_bot_conn_id
        self.tg_bot_token = None
        self.client = None
        self.get_conn()

    def get_conn(self):
        extra = self.get_connection(self.tg_bot_conn_id).extra_dejson
        self.tg_bot_token = extra['bot_token']
        self.client = TelegramBot(self.tg_bot_token)
        return self.client

Я даже не знаю, что тут можно объяснять, просто отмечу важные моменты:

  • Наследуемся, думаем над аргументами — в большинстве случаев он будет один: conn_id;
  • Переопределяем стандартные методы: я ограничился get_conn(), в котором я получаю параметры соединения по имени и всего-навсего достаю секцию extra (это поле для JSON), в которую я (по своей же инструкции!) положил токен Telegram-бота: {"bot_token": "YOuRAwEsomeBOtToKen"}.
  • Создаю экземпляр нашего TelegramBot, отдавая ему уже конкретный токен.

Вот и всё. Получить клиент из хука можно c помощью TelegramBotHook().clent или TelegramBotHook().get_conn().

И вторая часть файлика, в котором я сделать микрообёрточку для Telegram REST API, чтобы не тащить тот же python-telegram-bot ради одного метода sendMessage.

class TelegramBot:
    """Telegram Bot API wrapper

    Examples:
        >>> TelegramBot('YOuRAwEsomeBOtToKen', '@myprettydebugchat').send_message('Hi, darling')
        >>> TelegramBot('YOuRAwEsomeBOtToKen').send_message('Hi, darling', chat_id=-1762374628374)
    """
    API_ENDPOINT = 'https://api.telegram.org/bot{}/'

    def __init__(self, tg_bot_token: str, chat_id: Union[int, str] = None):
        self._base_url = TelegramBot.API_ENDPOINT.format(tg_bot_token)
        self.session = BaseUrlSession(self._base_url)
        self.chat_id = chat_id

    def send_message(self, message: str, chat_id: Union[int, str] = None):
        method = 'sendMessage'

        payload = {'chat_id': chat_id or self.chat_id,
                   'text': message,
                   'parse_mode': 'MarkdownV2'}

        response = self.session.post(method, data=payload).json()
        if not response.get('ok'):
            raise TelegramBotException(response)

class TelegramBotException(Exception):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super().__init__((args, kwargs))

Правильный путь — сложить всё это: TelegramBotSendMessage, TelegramBotHook, TelegramBot — в плагин, положить в общедоступный репозиторий, и отдать в Open Source.

Пока мы всё это изучали, наши обновления отчетов успели успешно завалиться и отправить мне в канал сообщение об ошибке. Пойду проверять, что опять не так…

Apache Airflow: делаем ETL проще
В нашем даге что-то сломалось! А ни этого ли мы ждали? Именно!

Наливать-то будешь?

Чувствуете, что-то я пропустил? Вроде бы обещал данные из SQL Server в Vertica переливать, и тут взял и съехал с темы, негодяй!

Злодеяние это было намеренным, я просто обязан был расшифровать вам кое-какую терминологию. Теперь можно ехать дальше.

План у нас был такой:

  1. Сделать даг
  2. Нагенерить таски
  3. Посмотреть, как всё красиво
  4. Присваивать заливкам номера сессий
  5. Забрать данные из SQL Server
  6. Положить данные в Vertica
  7. Собрать статистику

Итак, чтобы всё это запустить, я сделал маленькое дополнение к нашему docker-compose.yml:

docker-compose.db.yml

version: '3.4'

x-mssql-base: &mssql-base
  image: mcr.microsoft.com/mssql/server:2017-CU21-ubuntu-16.04
  restart: always
  environment:
    ACCEPT_EULA: Y
    MSSQL_PID: Express
    SA_PASSWORD: SayThanksToSatiaAt2020
    MSSQL_MEMORY_LIMIT_MB: 1024

services:
  dwh:
    image: jbfavre/vertica:9.2.0-7_ubuntu-16.04

  mssql_0:
    <<: *mssql-base

  mssql_1:
    <<: *mssql-base

  mssql_2:
    <<: *mssql-base

  mssql_init:
    image: mio101/py3-sql-db-client-base
    command: python3 ./mssql_init.py
    depends_on:
      - mssql_0
      - mssql_1
      - mssql_2
    environment:
      SA_PASSWORD: SayThanksToSatiaAt2020
    volumes:
      - ./mssql_init.py:/mssql_init.py
      - ./dags/commons/datasources.py:/commons/datasources.py

Там мы поднимаем:

  • Vertica как хост dwh с самыми дефолтными настройками,
  • три экземпляра SQL Server,
  • наполняем базы в последних кое-какими данными (ни в коем случае не заглядывайте в mssql_init.py!)

Запускаем всё добро с помощью чуть более сложной, чем в прошлый раз, команды:

$ docker-compose -f docker-compose.yml -f docker-compose.db.yml up --scale worker=3

Что нагенерировал наш чудорандомайзер, можно, воспользовавшись пунктом Data Profiling/Ad Hoc Query:

Apache Airflow: делаем ETL проще
Главное, не показывать это аналитикам

Подробно останавливаться на ETL-сессиях я не буду, там всё тривиально: делаем базу, в ней табличку, оборачиваем всё менеджером контекста, и теперь делаем так:

with Session(task_name) as session:
    print('Load', session.id, 'started')

    # Load worflow
    ...

    session.successful = True
    session.loaded_rows = 15

session.py

from sys import stderr

class Session:
    """ETL workflow session

    Example:
        with Session(task_name) as session:
            print(session.id)
            session.successful = True
            session.loaded_rows = 15
            session.comment = 'Well done'
    """

    def __init__(self, connection, task_name):
        self.connection = connection
        self.connection.autocommit = True

        self._task_name = task_name
        self._id = None

        self.loaded_rows = None
        self.successful = None
        self.comment = None

    def __enter__(self):
        return self.open()

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if any(exc_type, exc_val, exc_tb):
            self.successful = False
            self.comment = f'{exc_type}: {exc_val}n{exc_tb}'
            print(exc_type, exc_val, exc_tb, file=stderr)
        self.close()

    def __repr__(self):
        return (f'<{self.__class__.__name__} ' 
                f'id={self.id} ' 
                f'task_name="{self.task_name}">')

    @property
    def task_name(self):
        return self._task_name

    @property
    def id(self):
        return self._id

    def _execute(self, query, *args):
        with self.connection.cursor() as cursor:
            cursor.execute(query, args)
            return cursor.fetchone()[0]

    def _create(self):
        query = """
            CREATE TABLE IF NOT EXISTS sessions (
                id          SERIAL       NOT NULL PRIMARY KEY,
                task_name   VARCHAR(200) NOT NULL,

                started     TIMESTAMPTZ  NOT NULL DEFAULT current_timestamp,
                finished    TIMESTAMPTZ           DEFAULT current_timestamp,
                successful  BOOL,

                loaded_rows INT,
                comment     VARCHAR(500)
            );
            """
        self._execute(query)

    def open(self):
        query = """
            INSERT INTO sessions (task_name, finished)
            VALUES (%s, NULL)
            RETURNING id;
            """
        self._id = self._execute(query, self.task_name)
        print(self, 'opened')
        return self

    def close(self):
        if not self._id:
            raise SessionClosedError('Session is not open')
        query = """
            UPDATE sessions
            SET
                finished    = DEFAULT,
                successful  = %s,
                loaded_rows = %s,
                comment     = %s
            WHERE
                id = %s
            RETURNING id;
            """
        self._execute(query, self.successful, self.loaded_rows,
                      self.comment, self.id)
        print(self, 'closed',
              ', successful: ', self.successful,
              ', Loaded: ', self.loaded_rows,
              ', comment:', self.comment)

class SessionError(Exception):
    pass

class SessionClosedError(SessionError):
    pass

Настала пора забрать наши данные из наших полутора сотен таблиц. Сделаем это с помощью очень незатейливых строчек:

source_conn = MsSqlHook(mssql_conn_id=src_conn_id, schema=src_schema).get_conn()

query = f"""
    SELECT 
        id, start_time, end_time, type, data
    FROM dbo.Orders
    WHERE
        CONVERT(DATE, start_time) = '{dt}'
    """

df = pd.read_sql_query(query, source_conn)
  1. С помощью хука получим из Airflow pymssql-коннект
  2. В запрос подставим ограничение в виде даты — в функцию её подбросит шаблонизатор.
  3. Скармливаем наш запрос pandas, который достанет для нас DataFrame — он нам пригодится в дальнейшем.

Я использую подстановку {dt} вместо параметра запроса %s не потому, что я злобный Буратино, а потому что pandas не может совладать с pymssql и подсовывает последнему params: List, хотя тот очень хочет tuple.
Также обратите внимание, что разработчик pymssql решил больше его не поддерживать, и самое время съехать на pyodbc.

Посмотрим, чем Airflow нашпиговал аргументы наших функций:

Apache Airflow: делаем ETL проще

Если данных не оказалось, то продолжать смысла нет. Но считать заливку успешной тоже странно. Но это и не ошибка. А-а-а, что делать?! А вот что:

if df.empty:
    raise AirflowSkipException('No rows to load')

AirflowSkipException скажет Airflow, что ошибки, собственно нет, а таск мы пропускаем. В интерфейсе будет не зеленый и не красный квадратик, а цвета pink.

Подбросим нашим данным несколько колонок:

df['etl_source'] = src_schema
df['etl_id'] = session.id
df['hash_id'] = hash_pandas_object(df[['etl_source', 'id']])

А именно:

  • БД, из которой мы забрали заказы,
  • Идентификатор нашей заливающей сессии (она будет разной на каждый таск),
  • Хэш от источника и идентификатора заказа — чтобы в конечной базе (где всё ссыпется в одну таблицу) у нас был уникальный идентификатор заказа.

Остался предпоследний шаг: залить всё в Vertica. А, как ни странно, один из самых эффектных эффективных способов сделать это — через CSV!

# Export data to CSV buffer
buffer = StringIO()
df.to_csv(buffer,
          index=False, sep='|', na_rep='NUL', quoting=csv.QUOTE_MINIMAL,
          header=False, float_format='%.8f', doublequote=False, escapechar='\')
buffer.seek(0)

# Push CSV
target_conn = VerticaHook(vertica_conn_id=target_conn_id).get_conn()

copy_stmt = f"""
    COPY {target_table}({df.columns.to_list()}) 
    FROM STDIN 
    DELIMITER '|' 
    ENCLOSED '"' 
    ABORT ON ERROR 
    NULL 'NUL'
    """

cursor = target_conn.cursor()
cursor.copy(copy_stmt, buffer)
  1. Мы делаем спецприёмник StringIO.
  2. pandas любезно сложит в него наш DataFrame в виде CSV-строк.
  3. Откроем соединение к нашей любимой Vertica хуком.
  4. А теперь с помощью copy() отправим наши данные прямо в Вертику!

Из драйвера заберем, сколько строчек засыпалось, и скажем менеджеру сессии, что всё ОК:

session.loaded_rows = cursor.rowcount
session.successful = True

Вот и всё.

На проде мы создаем целевую табличку вручную. Здесь же я позволил себе небольшой автомат:

create_schema_query = f'CREATE SCHEMA IF NOT EXISTS {target_schema};'
create_table_query = f"""
    CREATE TABLE IF NOT EXISTS {target_schema}.{target_table} (
         id         INT,
         start_time TIMESTAMP,
         end_time   TIMESTAMP,
         type       INT,
         data       VARCHAR(32),
         etl_source VARCHAR(200),
         etl_id     INT,
         hash_id    INT PRIMARY KEY
     );"""

create_table = VerticaOperator(
    task_id='create_target',
    sql=[create_schema_query,
         create_table_query],
    vertica_conn_id=target_conn_id,
    task_concurrency=1,
    dag=dag)

Я с помощью VerticaOperator() создаю схему БД и таблицу (если их еще нет, естественно). Главное, правильно расставить зависимости:

for conn_id, schema in sql_server_ds:
    load = PythonOperator(
        task_id=schema,
        python_callable=workflow,
        op_kwargs={
            'src_conn_id': conn_id,
            'src_schema': schema,
            'dt': '{{ ds }}',
            'target_conn_id': target_conn_id,
            'target_table': f'{target_schema}.{target_table}'},
        dag=dag)

    create_table >> load

Подводим итоги

— Ну вот, — сказал мышонок, — не правда ли, теперь
Ты убедился, что в лесу я самый страшный зверь?

Джулия Дональдсон, «Груффало»

Думаю, если бы мы с моими коллегами устроили соревнование: кто быстрее составит и запустит с нуля ETL-процесс: они со своими SSIS и мышкой и я с Airflow… А потом бы мы еще сравнили удобство сопровождения… Ух, думаю, вы согласитесь, что я обойду их по всем фронтам!

Если же чуть-чуть посерьезнее, то Apache Airflow — за счет описания процессов в виде программного кода — сделал мою работу гораздо удобнее и приятнее.

Его же неограниченная расширяемость: как в плане плагинов, так и предрасположенность к масштабируемости — даёт вам возможность применять Airflow практически в любой области: хоть в полном цикле сбора, подготовки и обработки данных, хоть в запуске ракет (на Марс, конечно же).

Часть заключительная, справочно-информационная

Грабли, которые мы собрали за вас

  • start_date. Да, это уже локальный мемасик. Через главный аргумент дага start_date проходят все. Кратко, если указать в start_date текущую дату, а в schedule_interval — один день, то DAG запустится завтра не раньше.
    start_date = datetime(2020, 7, 7, 0, 1, 2)

    И больше никаких проблем.

    С ним же связана и еще одна ошибка выполнения: Task is missing the start_date parameter, которая чаще всего говорит о том, что вы забыли привязать к оператору даг.

  • Всё на одной машине. Да, и базы (самого Airflow и нашей обмазки), и веб-сервер, и планировщик, и воркеры. И оно даже работало. Но со временем количество задач у сервисов росло, и когда PostgreSQL стал отдавать ответ по индексу за 20 с вместо 5 мс, мы его взяли и унесли.
  • LocalExecutor. Да, мы сидим на нём до сих пор, и мы уже подошли к краю пропасти. LocalExecutor’а нам до сих пор хватало, но сейчас пришла пора расшириться минимум одним воркером, и придется поднапрячься, чтобы переехать на CeleryExecutor. А ввиду того, что с ним можно работать и на одной машиной, то ничего не останавливает от использования Celery даже не сервере, который «естественно, никогда не пойдет в прод, чесслово!»
  • Неиспользование встроенных средств:
    • Connections для хранения учетных данных сервисов,
    • SLA Misses для реагирования на таски, которые не отработали вовремя,
    • XCom для обмена метаданными (я сказал метаданными!) между тасками дага.
  • Злоупотребление почтой. Ну что тут сказать? Были настроены оповещения на все повторы упавших тасков. Теперь в моём рабочем Gmail >90k писем от Airflow, и веб-морда почты отказывается брать и удалять больше чем по 100 штук за раз.

Больше подводных камней: Apache Airflow Pitfails

Средства ещё большей автоматизации

Для того чтобы нам еще больше работать головой, а не руками, Airflow заготовила для нас вот что:

  • REST API — он до сих пор имеет статус Experimental, что не мешает ему работать. С его помощью можно не только получать информацию о дагах и тасках, но остановить/запустить даг, создать DAG Run или пул.
  • CLI — через командную строку доступны многие средства, которые не просто неудобны в обращении через WebUI, а вообще отсутствуют. Например:
    • backfill нужен для повторного запуска инстансов тасков.
      Например, пришли аналитики, говорят: «А у вас, товарищ, ерунда в данных с 1 по 13 января! Чини-чини-чини-чини!». А ты такой хоба:

      airflow backfill -s '2020-01-01' -e '2020-01-13' orders
    • Обслуживание базы: initdb, resetdb, upgradedb, checkdb.
    • run, который позволяет запустить один инстанс таска, да еще и забить на всё зависимости. Более того, можно запустить его через LocalExecutor, даже если у вас Celery-кластер.
    • Примерно то же самое делает test, только еще и в баз ничего не пишет.
    • connections позволяет массово создавать подключения из шелла.
  • Python API — довольно хардкорный способ взаимодействия, который предназначен для плагинов, а не копошения в нём ручёнками. Но кто ж нам помешает пойти в /home/airflow/dags, запустить ipython и начать беспредельничать? Можно, например, экспортировать все подключения таком кодом:
    from airflow import settings
    from airflow.models import Connection
    
    fields = 'conn_id conn_type host port schema login password extra'.split()
    
    session = settings.Session()
    for conn in session.query(Connection).order_by(Connection.conn_id):
      d = {field: getattr(conn, field) for field in fields}
      print(conn.conn_id, '=', d)
  • Подключение к базе метаданных Airflow. Писать в неё я не рекомендую, а вот доставать состояния тасков для различных специфических метрик можно значительно быстрее и проще, чем через любой из API.

    Скажем, далеко не все наши таски идемпотентны, а могут иногда падать и это нормально. Но несколько завалов — это уже подозрительно, и надо бы проверить.

    Осторожно, SQL!

    WITH last_executions AS (
    SELECT
        task_id,
        dag_id,
        execution_date,
        state,
            row_number()
            OVER (
                PARTITION BY task_id, dag_id
                ORDER BY execution_date DESC) AS rn
    FROM public.task_instance
    WHERE
        execution_date > now() - INTERVAL '2' DAY
    ),
    failed AS (
        SELECT
            task_id,
            dag_id,
            execution_date,
            state,
            CASE WHEN rn = row_number() OVER (
                PARTITION BY task_id, dag_id
                ORDER BY execution_date DESC)
                     THEN TRUE END AS last_fail_seq
        FROM last_executions
        WHERE
            state IN ('failed', 'up_for_retry')
    )
    SELECT
        task_id,
        dag_id,
        count(last_fail_seq)                       AS unsuccessful,
        count(CASE WHEN last_fail_seq
            AND state = 'failed' THEN 1 END)       AS failed,
        count(CASE WHEN last_fail_seq
            AND state = 'up_for_retry' THEN 1 END) AS up_for_retry
    FROM failed
    GROUP BY
        task_id,
        dag_id
    HAVING
        count(last_fail_seq) > 0

Ссылки

Ну и естественно первые десять ссылок из выдачи гугла содержимое папки Airflow из моих закладок.

И ссылки, задействованные в статье:

Источник: habr.com