【HadoopShuffle原理剖析】基础篇二

news2024/9/20 6:11:07

Shuffle原理剖析

在这里插入图片描述

Shuffle，是指对Map输出结果进行分区、排序、合并等处理并交给Reduce的过程。分为Map端的操作和Reduce端的操作。

Shuffle过程

  • Map端的Shuffle

    Map的输出结果首先被缓存到内存，当缓存区容量到达80%（缓冲区默认100MB），就启动溢写操作。当启动溢写操作时，首先需要把缓存中的数据进行分区，然后对每个分区的数据进行排序和合并（combine），之后再写入磁盘文件。每次溢写操作会生成一个新的磁盘文件，随着Map任务的执行，磁盘中就会生成多个溢写文件。在Map任务全部结束前，这些溢写文件会被归并成一个大的磁盘文件，然后通知相应的Reduce任务来领取属于自己处理的数据。

  • 在Reduce端的Shuffle过程

    Reduce任务从Map端的不同Map机器领回属于自己处理的那部分数据，然后对数据进行合并排序后交给Reduce处理

作用

  • 保证每一个Reduce任务处理的数据大致是一致的

  • Map任务输出的key相同，一定是相同分区，并且肯定是相同的Reduce处理的，保证计算结果的准确性

  • Reduce任务的数量决定了分区的数量，Reduce任务越多计算处理的并行度也就越高

    Reduce任务的数量（默认为1）可以通过：job.setNumReduceTasks(数量)

特点
  • Map端溢写时，key相同的一定是在相同的分区
  • Map端溢写时，排序减少了Reduce的全局排序的复杂度
  • Map端溢写是，合并（combiner【可选】）减少溢写文件的体积，提高了Reduce任务在Fetch数据时的效率，它是一种MapReduce优化策略
  • Reduce端计算或者输出时，它的数据都是有序的
Shuffle源码追踪

  • MapTask

    在这里插入图片描述

  • ReduceTask

    （略）

    建议阅读

数据清洗

数据清洗指将原始数据处理成有价值的数据的过程，就称为数据清洗。

企业大数据开发的基本流程：

  1. 采集数据（flume、logstash）先保存到MQ（Kafka）中
  2. 将MQ中的暂存数据存放到HDFS中保存
  3. 数据清洗（低价值密度的数据处理）存放到HDFS
  4. 算法干预（MapReduce），计算结果保存到HDFS或者HBase
  5. 计算结果的可视化展示（Echarts、HCharts）
需求

现有某系统某天的Nginx的访问日志，格式如下：

27.19.74.143 - - [30/May/2013:17:38:20 +0800] "GET /static/image/common/faq.gif HTTP/1.1" 200 1127
110.52.250.126 - - [30/May/2013:17:38:20 +0800] "GET /data/cache/style_1_widthauto.css?y7a HTTP/1.1" 200 1292
27.19.74.143 - - [30/May/2013:17:38:20 +0800] "GET /static/image/common/hot_1.gif HTTP/1.1" 200 680
27.19.74.143 - - [30/May/2013:17:38:20 +0800] "GET /static/image/common/hot_2.gif HTTP/1.1" 200 682
27.19.74.143 - - [30/May/2013:17:38:20 +0800] "GET /static/image/filetype/common.gif HTTP/1.1" 200 90

大数据处理的算法，需要参数客户端的ip地址、请求时间、资源、响应状态码

正则表达式提取数据

Regex Expression主要作用字符串匹配、抽取和替换

语法
规则解释
.匹配任意字符
\d匹配任意数字
\D匹配任意非数字
\w配置a-z和A-Z
\W匹配非a-z和A-Z
\s匹配空白符
^匹配字符串的开头
$匹配字符串的末尾
规则的匹配次数
语法解释
*规则匹配0到N次
？规则匹配1次
{n}规则匹配N次
{n,m}规则匹配n到m次
+规则匹配1到N次（至少一次）
应用
# 匹配手机号码 11位数值构成
\d{11}

# 邮箱地址校验  @
.+@.+
使用正则表达式提取Nginx访问日志中的四项指标

测试站点：http://regex101.com

分析后得到需要的正则表达式

^(\d{1,3}\.\d{1,3}\.\d{1,3}\.\d{1,3}).*\[(.*)\]\s"\w*\s(.*)\sHTTP\/1.1"\s(\d{3}).*$
使用MapReduce分布式并行计算框架进行数据清洗

注意： 因为数据清洗不涉及统计计算，所以MapReduce程序通常只有map任务，而没有Reduce任务

job.setNumReduceTasks(0)

实现代码

数据清洗的Mapper

package com.baizhi.dataclean;

import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.NullWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;

import java.io.IOException;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Locale;
import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class DataCleanMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, NullWritable> {

    /**
     * @param key
     * @param value   nginx访问日志中的一行记录(原始数据)
     * @param context
     * @throws IOException
     * @throws InterruptedException
     */
    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        final String regex = "^(\\d{1,3}\\.\\d{1,3}\\.\\d{1,3}\\.\\d{1,3}).*\\[(.*)\\]\\s\"\\w*\\s(.*)\\sHTTP\\/1.1\"\\s(\\d{3}).*$";
        String line = value.toString();

        final Pattern pattern = Pattern.compile(regex, Pattern.MULTILINE);
        final Matcher matcher = pattern.matcher(line);

        while (matcher.find()) {
            // 四项关键指标  ip 请求时间 请求资源 响应状态码
            String clientIp = matcher.group(1);
            // yyyy-MM-dd HH:mm:ss
            String accessTime = matcher.group(2);
            String accessResource = matcher.group(3);
            String status = matcher.group(4);

            // 30/May/2013:17:38:21 +0800
            // 30/05/2013:17:38:21
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("dd/MMM/yyyy:HH:mm:ss", Locale.ENGLISH);
            try {
                Date date = sdf.parse(accessTime);
                SimpleDateFormat sdf2 = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
                String finalDate = sdf2.format(date);
                context.write(new Text(clientIp + " " + finalDate + " " + accessResource + " " + status), null);
            } catch (ParseException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

初始化类

package com.baizhi.dataclean;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.NullWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.TextInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.TextOutputFormat;

import java.io.IOException;

public class DataCleanApplication {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InterruptedException {
        Job job = Job.getInstance(new Configuration(), "data clean");
        job.setJarByClass(DataCleanApplication.class);

        job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);
        job.setOutputFormatClass(TextOutputFormat.class);

        TextInputFormat.setInputPaths(job,new Path("file:///E:/access.log"));
        TextOutputFormat.setOutputPath(job,new Path("file:///E:/final"));

        job.setMapperClass(DataCleanMapper.class);

        // 注意：数据清洗通常只有map任务而没有reduce
        job.setNumReduceTasks(0);

        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(NullWritable.class);

        job.waitForCompletion(true);
    }
}

数据倾斜

数据分区默认策略

数据倾斜指大量的key相同的数据交由一个reduce任务统计计算，造成”闲的闲死，忙的忙死“这样的现象。不符合分布式并行计算的设计初衷的。

现象
  • 某一个reduce运行特别耗时
  • Reduce任务内存突然溢出
解决方案
  • 增大Reduce任务机器JVM的内存（硬件的水平扩展）
  • 增加Reduce任务的数量，每个Reduce任务只负责极少部分的数据处理，并且Reduce任务的数量增加提高了数据计算的并行度

Reduce任务的正确数量： 0.95或者1.75 * （NodeManage数量 * 每个节点最大容器数量）

  • 自定义分区规则Partitioner
package com.baizhi.partition;

import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapred.JobConf;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner;


/**
 * 自定义分区规则
 */
public class CustomPartitioner extends Partitioner<Text, LongWritable> {

    /**
     * @param key
     * @param value
     * @param i     numReduceTasks
     * @return 分区序号
     */
    public int getPartition(Text key, LongWritable value, int i) {
        if (key.toString().equals("CN-GD")) return 0;
        else if (key.toString().equals("CN-GX")) return 1;
        else if (key.toString().equals("CN-HK")) return 2;
        else if (key.toString().equals("JP-TY")) return 3;
        else return 4;
    }
}
  • 合适使用Combiner,将key相同的value进行整合合并

在combiner合并时，v必须得能支持迭代计算，并且不能够影响Reduce任务的输入

combiner通常就是Reducer任务

// 优化策略：combiner合并操作
job.setCombinerClass(MyReducer.class);

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