【Hadoop】MapReduce (七)

MapReduce

执行流程

MapTask执行流程

Read：读取阶段
1. MapTask会调用InputFormat中的getSplits方法来对文件进行切片
2. 切片之后，针对每一个Split，产生一个RecordReader流用于读取数据
3. 数据是以Key-Value形式来产生，交给map方法来处理。每一个键值对触发调用一次map方法
Map：映射阶段
1. map方法在获取到键值对之后，按照要求对键值对中的数据进行拆分解析，解析之后按照要求输出键值对形式的结果
Collect：收集阶段
1. MapTask拆分产生数据之后，并不是直接将数据传输给ReduceTask，而是会调用OutputCollector.collect方法来收集输出结果
2. OutputCollector.collect在收集到数据之后，会先按照指定的规则，对数据进行分区，分区完成之后，会将数据写到缓冲区中
3. 缓冲区本质上是一个环形的字节数组，默认大小是100M(可以通过属性mapreduce.task.io.sort.mb来调节)，默认阈值是0.8(可以通过属性mapreduce.map.sort.spill.percent来调节)
Spill：溢写阶段
1. 当缓冲区使用达到指定阈值的时候，MapTask会将缓冲区中的数据冲刷(flush)到磁盘上，这个过程称之为溢写(spill)
2. 在溢写的时候，会按照如下步骤进行
  1. 排序(sort)。此时，是将毫无规律的数据整理成有序数据，采用的Quick Sort(快速排序)。需要注意的是，数据在排序的时候，是按照分区内进行的排序，即先按照分区大小进行分区号的升序，然后每一个分区内按照指定规则排序。因此，数据是分区内有序
  2. 合并(combine)。如果用户指定了Combiner，那么此时会将数据进行合并处理
  3. 写出(flush)。按照分区的顺序，将每一个分区中的数据依次写入任务的工作目录的临时文件output/spillN.out中。N表示溢写次数。溢写次数不能完全由原始数据大小来决定，还得考虑map方法的处理过程。此时，单个结果文件中是分区且有序的，整体而言是局部有序
  4. 压缩(compress)。如果用户指定了对MapTask的结果进行压缩，那么数据在写出之后还会进行压缩处理
  5. 记录(record)。将分区数据的元信息记录到内存索引数据结果SpillRecord中。元信息中包含：每一个分区在每一个临时结果文件中的偏移量(offset)，每一个分区压缩前的数据大小以及压缩后的数据大小。如果SpillRecord中记录的所有的元信息大小之和不超过1M，那么SpillRecord中的数据也会写到output/spillN.out.index中
Merge：合并阶段
1. 当MapTask将所有的数据处理完成之后，会将所有的临时结果文件spillN.out合并(merge)成一个大的结果文件output/file.out，同时会为这个文件生成索引文件file.out.index
2. 在merge过程中，数据会再次进行分区。分区之后数据会再次进行排序。注意，此次排序是将局部有序的数据整理成整体有序，采用的是Merge Sort(归并排序)
3. 在merge过程中，如果指定了Combiner，那么数据会进行combine操作
4. merge的时候，默认情况下，是每10个(可以通过属性mapreduce.task.io.sort.factor来调节)小文件合并成1个大文件，通过多次合并，最后会产生一个结果文件file.out。这样子，能够有效的避免同时打开大量文件带来的开销
5. 注意：无论是否会进行Spill过程，最后都会产生一个file.out文件！！！

ReduceTask执行流程

当达到启动阈值的时候，ReduceTask就会启动。默认情况下，启动阈值是0.05，即5%的MapTask结束ReduceTask就会启动。可以通过属性mapreduce.job.reduce.slowstart.completedmaps来调节
ReduceTask启动之后，会启动fetch线程来抓取数据。默认情况下，每一个ReduceTask最多可以启动5个fetch线程来抓取数据。可以通过属性mapreduce.reduce.shuffle.parrellelcopies来调节
fetch启动之后，会通过http请求的get请求来获取数据，在请求的时候，会携带参数表示当前的分区号。MapTask在收到请求之后，根据参数(分区号)来解析file.out.index文件，从中获取指定分区的位置，然后才会读取file.out，将对应分区的数据返回
fetch线程在抓取到数据之后，会先对数据进行大小判断。如果数据超过了ReduceTask的缓冲区阈值，那么会将数据直接以文件形式写到磁盘上；如果没有超过ReduceTask的缓冲区阈值，那么就先放到缓冲区中
1. 缓冲区的大小由属性mapreduce.reduce.shuffle.input.buffer.percent来决定，默认是0.7，是ReduceTask执行过程中允许占用内存的70%
2. 缓冲区的阈值由属性mapreduce.reduce.shuffle.merge.percent来决定，默认是0.66，即缓冲区大小的66%
fetch线程在抓取数据的同时，ReduceTask会启动两个后台线程将抓取来的数据进行merge，以防内存以及磁盘占用过多
所有的fetch线程完成之后，ReduceTask会将抓取来的所有的数据进行排序。同样，此时也是将局部有序的数据整理成整体有序的数据，所以依然采用的是归并排序(Merge Sort)
经过排序和merge，最终产生了一个大的临时文件来交给ReduceTask来处理。此时，ReduceTask会将相同的键对应的值放到一起，形成一个伪迭代器(本质上就是一个流，来读取刚刚产生的临时文件)，这个过程称之为分组(group)。也正因为是伪迭代器(将流包装成了迭代器，临时文件读取完之后就会被销毁)，所以只能遍历一次！
分组完成之后，每一个键调用一次reduce方法，按照指定的规则来对数据进行聚合
reduce处理完之后，会将结果传递给OutputFormat，按照指定规则将数据以指定形式写出到指定位置

流程图

在这里插入图片描述

常见优化方案

减少MapTask的溢写次数。溢写是将数据写到磁盘上，程序和磁盘交互次数越多，效率越低；此时，如果需要提高效率，就可以考虑减少MapTask和磁盘的交互次数
1. 调节缓冲区的大小。通过mapreduce.task.io.sort.mb来调节，实际过程中，一般会将这个值调节为250M~400M
2. 调节缓冲区阈值的大小。通过属性mapreduce.map.sort.spill.percent来调节
减少Merge次数。通过属性mapreduce.task.io.sort.factor来调节
增加Combiner。如果计算可以传递，那么建议在程序中使用Combiner。根据经验，使用Combiner，大约可以提升40%的效率
减少Reduce。如果MapTask处理完成之后，不需要使用Reduce聚合，那么此时可以直接省略Reduce
合理设置ReduceTask的执行内存。默认情况下，每一个ReduceTask最多占用1G内存，如果试图超过1G内存，就会被kill掉
1. 调大ReducedTask的执行内存。通过mapreduce.reduce.memory.mb属性来调节，单位是MB，默认值是1024
2. 调大缓冲区的占比。通过mapreduce.reduce.shuffle.input.buffer.percent属性来调节
3. 调大缓冲区的阈值。通过mapreduce.reduce.shuffle.merge.percent属性来调节
增加fetch线程的数量。通过mapreduce.reduce.shuffle.parrellelcopies属性来调节
可以考虑对数据进行压缩。即将MapTask产生的结果进行压缩之后传递给ReduceTask，但是这种方案是在网络和解压效率之间进行了平衡/对比

其他

小文件问题

在大数据开发环境中，虽然实际处理的文件大部分都是大文件，但是依然无法避免产生小文件
一般而言，如果文件大小≤Block*0.8，那么此时就认为这是一个小文件。实际过程中，一般认为不超过100M的文件就是小文件
小文件在分布式环境下的问题
1. 存储：在HDFS中，每一个小文件对应一条元数据，如果存储大量的小文件，那么会产生大量的元数据，此时会导致占用较多的内存，同时导致元数据的读写效率降低
2. 计算：在MapReduce中，每一个小文件对应一个切片，每一个切片对应一个MapTask。如果需要对大量的小文件进行处理，那么就意味着需要产生大量的MapTask，导致集群的资源被同时大量的占用和释放
目前对小文件的处理方案无非两种：合并(merge)和打包

MapReduce提供了一种原生的打包方案：Hadoop Archive，将多个小文件打成一个.har包

# 将/txt/打成txt.har包，放到/result下
hadoop archive -archiveName txt.har -p /txt /result

数据倾斜

在集群中，因为处理的数据量不均等导致任务执行时间不一致而产生的等待，称之为数据倾斜
数据倾斜可能发生在Map端，也可能会发生在Reduce端
1. Map端产生数据倾斜的直接原因：需要同时处理多个文件，且文件大小不均等，文件不可切
2. Reduce产生数据倾斜的直接原因：对数据进行分类
数据倾斜无法避免，因为数据本身就有倾斜特性
理论上来说，数据倾斜产生之后可以解决，但是实际过程中，不太好解决；对于Reduce端的数据倾斜，实际过程中，可能会采用二阶段聚合方式来处理

推测执行机制

推测执行机制本质是MapReduce针对慢任务的一种优化。当出现慢任务的时候，MapReduce会将这个任务拷贝一份到其他节点上，两个节点同时执行相同的任务，谁先执行完谁的结果就作为最终结果，另一个没有执行完的就会被kill掉
慢任务的出现场景
1. 任务分配不均匀：每一个节点被分配到的任务数量不同
2. 节点性能不一致：每一台服务器的配置不同
3. 数据倾斜：任务之间处理的数据量不均等

实际工作中，因为数据倾斜而导致的慢任务出现的概率更高，此时推测执行机制除了会占用更多的集群资源以外，并不能提高执行效率。因此，实际过程中，一般会考虑关闭推测执行机制

<!-- MapTask的推测执行机制 -->
<property>
	<name>mapreduce.map.speculative</name>
    <value>true</value>
</property>
<!-- ReduceTask的推测执行机制 -->
<property>
	<name>mapreduce.reduce.speculative</name>
    <value>true</value>
</property>