I’ll show here an example of using Spark Streaming to process Avro formatted data from Kafka.
The notebooks for the code below and a Docker image are available here:
https://github.com/mtpatter/bilao
A sample data producer to Kafka used below is available here:
https://github.com/mtpatter/alert_stream.
You may also need example Avro data here:
https://github.com/lsst-dm/sample-avro-alert.
Spark Streaming from Kafka with Avro formatted data
Example of using Spark to connect to Kafka and using Spark Streaming to process a Kafka stream of Avro (schemaless) objects.
Set up schemas for decoding
Schemas are pulled automatically from Github during Docker build in mtpatter/alert_stream.
!ls ../../sample-avro-alert/schema
alert.avsc diaobject.avsc simple.avsc
cutout.avsc diasource.avsc ssobject.avsc
schema_files = ["../../sample-avro-alert/schema/diasource.avsc",
"../../sample-avro-alert/schema/diaobject.avsc",
"../../sample-avro-alert/schema/ssobject.avsc",
"../../sample-avro-alert/schema/cutout.avsc",
"../../sample-avro-alert/schema/alert.avsc"]
import fastavro
import avro.schema
import json
def loadSingleAvsc(file_path, names):
"""Load a single avsc file.
"""
with open(file_path) as file_text:
json_data = json.load(file_text)
schema = avro.schema.SchemaFromJSONData(json_data, names)
return schema
def combineSchemas(schema_files):
"""Combine multiple nested schemas into a single schema.
"""
known_schemas = avro.schema.Names()
for s in schema_files:
schema = loadSingleAvsc(s, known_schemas)
return schema.to_json()
schema = combineSchemas(schema_files)
schema
{'doc': 'sample avro alert schema v1.0',
'fields': [{'doc': 'add descriptions like this',
'name': 'alertId',
'type': 'long'},
{'name': 'l1dbId', 'type': 'long'},
{'name': 'diaSource',
'type': {'fields': [{'name': 'diaSourceId', 'type': 'long'},
{'name': 'ccdVisitId', 'type': 'long'},
{'default': None, 'name': 'diaObjectId', 'type': ['long', 'null']},
{'default': None, 'name': 'ssObjectId', 'type': ['long', 'null']},
{'default': None, 'name': 'parentDiaSourceId', 'type': ['long', 'null']},
{'name': 'midPointTai', 'type': 'double'},
{'name': 'filterName', 'type': 'string'},
{'name': 'ra', 'type': 'double'},
{'name': 'decl', 'type': 'double'},
{'name': 'ra_decl_Cov',
'type': [{'fields': [{'name': 'raSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'declSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'ra_decl_Cov', 'type': 'float'}],
'name': 'ra_decl_Cov',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'}]},
{'name': 'x', 'type': 'float'},
{'name': 'y', 'type': 'float'},
{'name': 'x_y_Cov',
'type': [{'fields': [{'name': 'xSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'ySigma', 'type': 'float'},
{'name': 'x_y_Cov', 'type': 'float'}],
'name': 'x_y_Cov',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'}]},
{'default': None,
'name': 'apFlux',
'type': [{'fields': [{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_3_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb01',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_4_5_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb02',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_6_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb03',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_9_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb04',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_12_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb05',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_17_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb06',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_25_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb07',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_35_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb08',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_50_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb09',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_70_0_flux'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb10',
'type': ['float', 'null']}],
'name': 'apFlux',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'},
'null']},
{'default': None,
'name': 'apFluxErr',
'type': [{'fields': [{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_3_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb01Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_4_5_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb02Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_6_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb03Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_9_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb04Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_12_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb05Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_17_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb06Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_25_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb07Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_35_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb08Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_50_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb09Err',
'type': ['float', 'null']},
{'aliases': ['base_CircularApertureFlux_70_0_fluxSigma'],
'default': None,
'name': 'apMeanSb10Err',
'type': ['float', 'null']}],
'name': 'apFluxErr',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'},
'null']},
{'name': 'snr', 'type': 'float'},
{'name': 'psFlux', 'type': 'float'},
{'default': None, 'name': 'psRa', 'type': ['double', 'null']},
{'default': None, 'name': 'psDecl', 'type': ['double', 'null']},
{'default': None,
'name': 'ps_Cov',
'type': [{'fields': [{'name': 'psFluxSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'psRaSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'psDeclSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'psFlux_psRa_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'psFlux_psDecl_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'psRa_psDecl_Cov', 'type': 'float'}],
'name': 'ps_Cov',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'},
'null']},
{'default': None, 'name': 'psLnL', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'psChi2', 'type': ['float', 'null']},
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{'default': None, 'name': 'trailFlux', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'trailRa', 'type': ['double', 'null']},
{'default': None, 'name': 'trailDecl', 'type': ['double', 'null']},
{'default': None, 'name': 'trailLength', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'trailAngle', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None,
'name': 'trail_Cov',
'type': [{'fields': [{'name': 'trailFluxSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'trailRaSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'trailDeclSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'trailLengthSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'trailAngleSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'trailFlux_trailRa_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailFlux_trailDecl_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailFlux_trailLength_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailFlux_trailAngle_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailRa_trailDecl_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailRa_trailLength_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailRa_trailAngle_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailDecl_trailLength_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailDecl_trailAngle_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'trailLength_trailAngle_Cov', 'type': 'float'}],
'name': 'trail_Cov',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'},
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{'default': None, 'name': 'dipDecl', 'type': ['double', 'null']},
{'default': None, 'name': 'dipLength', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'dipAngle', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None,
'name': 'dip_Cov',
'type': [{'fields': [{'name': 'dipMeanFluxSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'dipFluxDiffSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'dipRaSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'dipDeclSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'dipLengthSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'dipAngleSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'dipMeanFlux_dipFluxDiff_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipMeanFlux_dipRa_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipMeanFlux_dipDecl_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipMeanFlux_dipLength_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipMeanFlux_dipAngle_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipFluxDiff_dipRa_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipFluxDiff_dipDecl_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipFluxDiff_dipLength_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipFluxDiff_dipAngle_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipRa_dipDecl_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipRa_dipLength_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipRa_dipAngle_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipDecl_dipLength_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipDecl_dipAngle_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'dipLength_dipAngle_Cov', 'type': 'float'}],
'name': 'dip_Cov',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'},
'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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{'aliases': ['fpSky'],
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{'aliases': ['fpSkySigma'],
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'name': 'i_cov',
'type': [{'fields': [{'name': 'ixxSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'iyySigma', 'type': 'float'},
{'name': 'ixySigma', 'type': 'float'},
{'name': 'ixx_iyy_Cov', 'type': 'float'},
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{'name': 'iyy_ixy_Cov', 'type': 'float'}],
'name': 'i_cov',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'},
'null']},
{'default': None, 'name': 'ixxPSF', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'iyyPSF', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'ixyPSF', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'extendedness', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'spuriousness', 'type': ['float', 'null']},
{'name': 'flags', 'type': 'long'}],
'name': 'diaSource',
'namespace': 'lsst.alert',
'type': 'record'}},
{'default': None,
'name': 'prv_diaSources',
'type': [{'items': 'lsst.alert.diaSource', 'type': 'array'}, 'null']},
{'default': None,
'name': 'diaObject',
'type': [{'fields': [{'name': 'diaObjectId', 'type': 'long'},
{'name': 'ra', 'type': 'double'},
{'name': 'decl', 'type': 'double'},
{'name': 'ra_decl_Cov',
'type': [{'fields': [{'name': 'raSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'declSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'ra_decl_Cov', 'type': 'float'}],
'name': 'ra_decl_Cov',
'namespace': 'lsst',
'type': 'record'}]},
{'name': 'radecTai', 'type': 'double'},
{'name': 'pmRa', 'type': 'float'},
{'name': 'pmDecl', 'type': 'float'},
{'name': 'parallax', 'type': 'float'},
{'name': 'pm_parallax_Cov',
'type': [{'fields': [{'name': 'pmRaSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'pmDeclSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'parallaxSigma', 'type': 'float'},
{'name': 'pmRa_pmDecl_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'pmRa_parallax_Cov', 'type': 'float'},
{'name': 'pmDecl_parallax_Cov', 'type': 'float'}],
'name': 'pm_parallax_Cov',
'namespace': 'lsst',
'type': 'record'}]},
{'name': 'pmParallaxLnL', 'type': 'float'},
{'name': 'pmParallaxChi2', 'type': 'float'},
{'name': 'pmParallaxNdata', 'type': 'int'},
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{'default': None, 'name': 'uPSFluxNdata', 'type': ['int', 'null']},
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{'default': None, 'name': 'rPSFluxMeanErr', 'type': ['float', 'null']},
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{'default': None, 'name': 'iPSFluxChi2', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'iPSFluxNdata', 'type': ['int', 'null']},
{'default': None, 'name': 'zPSFluxMean', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'zPSFluxMeanErr', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'zPSFluxSigma', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'zPSFluxChi2', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'zPSFluxNdata', 'type': ['int', 'null']},
{'default': None, 'name': 'yPSFluxMean', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'yPSFluxMeanErr', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'yPSFluxSigma', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'yPSFluxChi2', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'yPSFluxNdata', 'type': ['int', 'null']},
{'default': None, 'name': 'uFPFluxMean', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'uFPFluxMeanErr', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'uFPFluxSigma', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'gFPFluxMean', 'type': ['float', 'null']},
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{'default': None, 'name': 'rFPFluxMean', 'type': ['float', 'null']},
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{'default': None, 'name': 'rFPFluxSigma', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'iFPFluxMean', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'iFPFluxMeanErr', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'iFPFluxSigma', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'zFPFluxMean', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'zFPFluxMeanErr', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'zFPFluxSigma', 'type': ['float', 'null']},
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{'default': None, 'name': 'yFPFluxMeanErr', 'type': ['float', 'null']},
{'default': None, 'name': 'yFPFluxSigma', 'type': ['float', 'null']},
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'type': [{'fields': [{'default': None,
'name': 'uLcPeriodic01',
'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'name': 'uLcPeriodic06',
'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']},
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'namespace': 'lsst',
'type': 'record'},
'null']},
{'default': None,
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'type': [{'fields': [{'default': None,
'name': 'gLcPeriodic01',
'type': ['float', 'null']},
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'type': ['float', 'null']}],
'name': 'gLcPeriodic',
'namespace': 'lsst',
'type': 'record'},
'null']},
{'default': None,
'name': 'rLcPeriodic',
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Prep Spark environment
Need some packages to talk to Kafka.
import os
os.environ['PYSPARK_SUBMIT_ARGS'] = '--packages org.apache.spark:spark-streaming-kafka-0-8_2.11:2.1.0,org.apache.spark:spark-sql-kafka-0-10_2.11:2.1.0,com.databricks:spark-avro_2.11:3.2.0 pyspark-shell'
Create streaming context
To do stream processing with Spark (which uses micro-batches), you need to set a “streaming context” with a time-based window, which sets the environment for executing processes on the stream (as mini-batches). Below, I initiate the streaming context to a batch size of 10 seconds. What happens then is that Spark takes the defined filters/ maps /etc that operate on the stream and executes them at the interval defined by the streaming context, resulting in a new stream. I’m printing that output stream to screen here. At the regularly defined interval (10 seconds), the output of the filters is printed. Given the input of the 10 alert bursts at every ~39 seconds, the output will be printed to match (sometimes 0 and sometimes it will be 10 and the dummy filter that should catch no alerts should always be 0).
from pyspark import SparkContext
from pyspark.streaming import StreamingContext
from pyspark.streaming.kafka import KafkaUtils
# create spark and streaming contexts
sc = SparkContext("local[*]", "KafkaDirectStreamAvro")
ssc = StreamingContext(sc, 10)
# defining the checkpoint directory
ssc.checkpoint("/tmp")
sc.setLogLevel("ERROR")
Start a Kafka stream for Spark to subscribe
No stamps, uses Avro schemaless encoding.
With mtpatter/alert_stream, in an external shell:
docker run -it --network=alertstream_default alert_stream python bin/sendAlertStream.py my-stream 10 --no-stamps --repeat --max-repeats 3
Create output for Spark to print
kafkaStream is configured with decoding applied to the value directly.
alerts grabs the actual alert messages.
alertIds applies a map that just grabs individual alertId’s.
filter_all demonstrates a filtered stream that should catch all the alerts.
filter_empty demonstrates a filtered stream that should be empty.
import io
def decoder(msg):
bytes_io = io.BytesIO(msg)
bytes_io.seek(0)
alert = fastavro.schemaless_reader(bytes_io, schema)
return alert
kafkaStream = KafkaUtils.createDirectStream(ssc, ['my-stream'], {'bootstrap.servers': 'kafka:9092',
'auto.offset.reset': 'smallest', 'group.id': 'spark-group' }, valueDecoder=decoder)
alerts = kafkaStream.map(lambda x: x[1])
alerts.pprint()
def map_alertId(alert):
return alert['alertId']
alertIds = alerts.map(map_alertId)
alertIds.count().map(lambda x:'AlertId alerts in this window: %s' % x).pprint()
alertIds.pprint()
def filter_allRa(alert):
return alert['diaSource']['ra'] > 350
filter_all = alerts.filter(filter_allRa)
filter_all.count().map(lambda x:'Filter_all alerts in this window: %s' % x).pprint()
filter_all.pprint()
def filter_emptyRa(alert):
return alert['diaSource']['ra'] < 350
filter_empty = alerts.filter(filter_emptyRa)
filter_empty.count().map(lambda x:'Filter_empty alerts in this window: %s' % x).pprint()
filter_empty.pprint()
Start the streaming context
Output pprints of the streams above appear.
ssc.start()
ssc.awaitTermination()
-------------------------------------------
Time: 2017-11-08 22:14:20
-------------------------------------------
{'alertId': 1231321321, 'l1dbId': 222222222, 'diaSource': {'diaSourceId': 281323062375219200, 'ccdVisitId': 111111, 'diaObjectId': None, 'ssObjectId': None, 'parentDiaSourceId': None, 'midPointTai': 1480360995.0, 'filterName': 'r', 'ra': 351.570546978, 'decl': 0.126243049656, 'ra_decl_Cov': {'raSigma': 0.0002800000074785203, 'declSigma': 0.0002800000074785203, 'ra_decl_Cov': 0.0002899999963119626}, 'x': 112.0999984741211, 'y': 121.0999984741211, 'x_y_Cov': {'xSigma': 1.2000000476837158, 'ySigma': 1.100000023841858, 'x_y_Cov': 1.2000000476837158}, 'apFlux': None, 'apFluxErr': None, 'snr': 41.099998474121094, 'psFlux': 1241.0, 'psRa': None, 'psDecl': None, 'ps_Cov': None, 'psLnL': None, 'psChi2': None, 'psNdata': None, 'trailFlux': None, 'trailRa': None, 'trailDecl': None, 'trailLength': None, 'trailAngle': None, 'trail_Cov': None, 'trailLnL': None, 'trailChi2': None, 'trailNdata': None, 'dipMeanFlux': None, 'dipFluxDiff': None, 'dipRa': None, 'dipDecl': None, 'dipLength': None, 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KeyboardInterrupt Traceback (most recent call last)
<ipython-input-18-d970cfd6a21f> in <module>()
1 ssc.start()
----> 2 ssc.awaitTermination()
/usr/local/spark/python/pyspark/streaming/context.py in awaitTermination(self, timeout)
204 """
205 if timeout is None:
--> 206 self._jssc.awaitTermination()
207 else:
208 self._jssc.awaitTerminationOrTimeout(int(timeout * 1000))
/usr/local/spark/python/lib/py4j-0.10.4-src.zip/py4j/java_gateway.py in __call__(self, *args)
1129 proto.END_COMMAND_PART
1130
-> 1131 answer = self.gateway_client.send_command(command)
1132 return_value = get_return_value(
1133 answer, self.gateway_client, self.target_id, self.name)
/usr/local/spark/python/lib/py4j-0.10.4-src.zip/py4j/java_gateway.py in send_command(self, command, retry, binary)
881 connection = self._get_connection()
882 try:
--> 883 response = connection.send_command(command)
884 if binary:
885 return response, self._create_connection_guard(connection)
/usr/local/spark/python/lib/py4j-0.10.4-src.zip/py4j/java_gateway.py in send_command(self, command)
1026
1027 try:
-> 1028 answer = smart_decode(self.stream.readline()[:-1])
1029 logger.debug("Answer received: {0}".format(answer))
1030 if answer.startswith(proto.RETURN_MESSAGE):
/opt/conda/lib/python3.6/socket.py in readinto(self, b)
584 while True:
585 try:
--> 586 return self._sock.recv_into(b)
587 except timeout:
588 self._timeout_occurred = True
KeyboardInterrupt:
ssc.stop()
sc.stop()