展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows macOS软件 IOS软件 Android AI PDF教程 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 系统应用 > Hadoop和spark为什么要对key进行排序

Hadoop和spark为什么要对key进行排序

1.思考熟悉hadoop中mapreduce原理的人,都知道整个流程的运行原理。其中涉及至少三次排序,分别是溢写快速排序、溢写归并排序和reduce拉取归并排序,而且排序是默认的,也就是天然排序。那为什么要这么设计呢?先给出结论:为了整体更稳定,输出满足多数需求。前者体现在采用的是sortShuff

1.思考

熟悉hadoop中mapreduce原理的人,都知道整个流程的运行原理。其中涉及至少三次排序,分别是溢写快速排序、溢写归并排序和reduce拉取归并排序,而且排序是默认的,也就是天然排序。那为什么要这么设计呢?先给出结论:为了整体更稳定,输出满足多数需求。前者体现在采用的是sortShuffle而非hashShuffle,后者体现在预计算上。要知道,排序后的数据在后续使用时会方便很多,比如在reduce拉取数据时,就像索引的作用一样。

2.MapReduce原理分析

在分析设计原因之前,先理解一下整个过程,在map阶段,根据预先定义的partition规则进行分区,map首先将输出写到缓存中,当缓存内容达到阈值时,将结果spill到硬盘,每一次spill都会在硬盘产生一个spill文件,因此一个map task可能会产生多个spill文件,其中在每次spill的时候会对key进行排序。接下来进入shuffle阶段,当map写出最后一个输出,需要在map端进行一次merge操作,按照partition和partition内的key进行归并排序(合并+排序),此时每个partition内按照key值整体有序。然后开始第二次merge,这次是在reduce端,在此期间数据在内存和磁盘上都有,其实这个阶段的merge并不是严格意义上的排序,也是跟前面类似的合并+排序,只是将多个整体有序的文件merge成一个大的文件,最终完成排序工作。分析完整个过程后,是不是觉得如果自己实现MapReduce框架的话,考虑用HashMap 输出map内容即可。

2.1 MapTask运行机制详解

整个流程图如下:

详细步骤:

  1. 首先,读取数据组件InputFormat(默认TextInputFormat)会通过getSplits方法对输⼊入⽬目录中文件进行逻辑切⽚片规划得到splits,有多少个split就对应启动多少个MapTask。split与block的对应关系默认是⼀对⼀。

  2. 将输入文件切分为splits之后,由RecordReader对象(默认LineRecordReader)进行读取,以n作为分隔符,读取⼀行数据,返回。Key表示每⾏行行⾸首字符偏移值,value表示这⼀行文本内容。

  3. 读取split返回,进⼊入⽤用户自己继承的Mapper类中,执行用户重写的map函数。RecordReader读取⼀行这里调用一次。

  4. map逻辑完之后,将map的每条结果通过context.write进⾏行行collect数据收集。在collect中,会先对其进行分区处理,默认使用HashPartitioner。MapReduce提供Partitioner接口,它的作用就是根据key或value及reduce的数量来决定当前的这对输出数据最终应该交由哪个reduce task处理。默认对key hash后再以reduce task数量量取模。默认的取模方式只是为了平均reduce的处理能力,如果用户自己对Partitioner有需求,可以订制并设置到job上。

  5. 接下来,会将数据写入内存,内存中这⽚片区域叫做环形缓冲区,缓冲区的作用是批量量收集map结果,减少磁盘IO的影响。我们的key/value对以及Partition的结果都会被写⼊入缓冲区。当然写⼊入之前,key与value值都会被序列列化成字节数组

    • 环形缓冲区其实是一个数组,数组中存放着key、value的序列化数据和key、value的元数据信息,包括partition、key的起始位置、value的起始位置以及value的长度。环形结构是一个抽象概念。

    • 缓冲区是有大小限制,默认是100MB。当map task的输出结果很多时,就可能会撑爆内存,所以需要在一定条件下将缓冲区中的数据临时写⼊入磁盘,然后重新利利⽤用这块缓冲区。这个从内存往磁盘写数据的过程被称为Spill,中文可译为溢写。这个溢写是由单独线程来完成,不影响往缓冲区写map结果的线程。溢写线程启动时不不应该阻⽌止map的结果输出,所以整个缓冲区有个溢写的⽐比例例spill.percent。这个⽐比例例默认是0.8,也就是当缓冲区的数据已经达到阈值(buffer size * spillpercent = 100MB * 0.8 = 80MB),溢写线程启动,锁定这80MB的内存,执行溢写过程Maptask的输出结果还可以往剩下的20MB内存中写,互不不影响、

  6. 当溢写线程启动后,需要对这80MB空间内的key做排序(Sort)。排序是MapReduce模型默认的⾏行行为!

    • 倘若在job中设置过Combiner,那么此刻正是发挥其作用的时候。将具有相同key的key/value对中的value进行相加操作,以此来降低溢写到磁盘的数据量。Combiner能够对MapReduce的中间结果予以优化,因此在整个模型中它会被多次运用。

    • 那哪些场景才能使⽤用Combiner呢?从这⾥里里分析,Combiner的输出是Reducer的输⼊,Combiner绝不不能改变最终的计算结果。Combiner只应该⽤用于那种Reduce的输入key/value与输出key/value类型完全一致,且不不影响最终结果的场景。⽐比如累加,最⼤大值等。Combiner的使⽤用一定得慎重如果用的好,它对job执⾏行行效率有帮助,反之会影响reduce的最终结果

  7. 合并溢写文件:每次溢写会在磁盘上生成一个临时文件(写之前判断是否有combiner),如果map的输出结果真的很大,有多次这样的溢写发生,磁盘上相应的就会有多个临时文件存在。当整个数据处理理结束之后开始对磁盘中的临时文件进⾏行行merge合并,因为最终文件只有一个,写⼊磁盘,并且为这个文件提供了一个索文件,以记录每个reduce对应数据的偏移量量。

2.2 ReduceTask运行机制详解

Reduce⼤大致分为copy、sort、reduce三个阶段,重点在前两个阶段。copy阶段包含⼀一个eventFetcher来获取已完成的map列列表,由Fetcher线程去copy数据,在此过程中会启动两个merge线程,分别为inMemoryMerger和onDiskMerger,分别将内存中的数据merge到磁盘和将磁盘中的数据进⾏merge。待数据copy完成之后,copy阶段就完成了,开始进⾏行行sort阶段,sort阶段主要是执⾏finalMerge操作,纯粹的sort阶段,完成之后就是reduce阶段,调⽤用⽤用户定义的reduce函数进⾏处理。详细步骤

2.2.1 Copy阶段

简单地拉取数据。Reduce进程启动一些数据copy线程(Fetcher),通过HTTP方式请求maptask获取属于自己的文件。

2.2.2 Merge阶段

Merge阶段。这⾥里里的merge如map端的merge动作,只是数组中存放的是不不同map端copy来的数值。Copy过来的数据会先放入内存缓冲区中,这⾥里里的缓冲区大小要⽐比map端的更更为灵活。merge有三种形式:内存到内存;内存到磁盘;磁盘到磁盘。默认情况下第⼀一种形式不不启⽤用。当内存中的数据量量到达一定阈值,就启动内存到磁盘的merge。与map端类似,这也是溢写的过程,这个过程中如果你设置有Combiner,也是会启⽤用的,然后在磁盘中生成了了众多的溢写文件。第二种merge方式⼀一直在运⾏行行,直到没有map端的数据时才结束,然后启动第三种磁盘到磁盘的merge方式生成最终的文件。

2.2.3 合并排序

把分散的数据合并成一个⼤大的数据后,还会再对合并后的数据排序。对排序后的键值对调⽤用reduce方法,键相等的键值对调⽤用一次reduce方法,每次调⽤用会产生零个或者多个键值对,最后把这些输出的键值对写入到HDFS文件中。

3.总结

从MapReduce的执行过程中,我们再来看为什么要排序,以及为什么在Shuffle时候采用SortShuffle,从设计上来看,MapTask和ReduceTask就是完全不同的跑在Yarn上的两个进程,进程的交互方式是通过内存或者磁盘,为了两个程序不耦合,更好地实现失败重试等机制,那么就不能像Kafka一样,生产者生产消息和消费者消费消息的时候,会有阻塞等问题,不能让集群卡住,MapReduce跑的数据都是大批量的数据,所以要尽可能让Map端处理完成的数据落盘但又要保证尽可能加快整个速度,所以在map结束时候,给reduce的是排序好的数据外加一份索引文件,这样虽然牺牲了一定的cpu,但是对落盘后的数据,让Reduce来拉取时候可以尽可能地快,Map如何结束执行完,理论上可以在停机后,继续跑ReduceTask,来完成整个任务同时为什么不是HashShuffe呢,是因为大数据情况下HashShuffle占用的内存很大,很可能会爆内存,导致集群计算不稳定。大数据开发,更多关注查看个人资料

本文内容来源于网友投稿,如有侵权请联系删除。
作者最新文章
系统应用
相关文章 更多
精品专题 更多
装机必备

正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

Windows

正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

macOS软件

正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

IOS软件

正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

AI

正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

Mac软件 更多
photoshop
photoshop

Photoshop 2026 是 Adobe 推出的专业图像处理与视觉设计软件,支持 Windows、macOS 和 iPad 等平台,广泛应用于摄影修图、电商设计、平面海报、数字绘画及视觉合成等创作场景。

Blender
Blender

Blender 是一款免费开源、跨平台的专业 3D 创作软件,集建模、动画、渲染、视频编辑与视觉合成等功能于一体,广泛应用于影视动画、游戏设计和建筑可视化等领域。软件支持 Cycles 物理渲染器与 Eevee 实时渲染引擎,并提供多边形建模、骨骼绑定、物理模拟等专业工具。Blender 兼容 Windows、macOS 和 Linux 系统,安装包轻巧、运行流畅,依托活跃的全球开发者社区持续更新,是从初学者到专业创作者都值得选择的正版 3D 创作工具。

灵活计算器
灵活计算器

灵活计算器是一款笔记式算数应用,支持实时计算、动态关联和云端同步功能。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

赤友清理大师
赤友清理大师

赤友清理大师是一款为 Mac 设计的智能清理优化工具,可精准扫描垃圾、大文件、重复文件等,释放磁盘空间。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

极度公式
极度公式

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

图几
图几

图几是一款适用于 macOS 的截图、标注与美化工具,支持离线操作保障隐私。界面整理和高频系统操作被放到一起考虑,桌面或窗口内容一多时,管理起来会更省心。

密码键盘
密码键盘

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

思源笔记
思源笔记

思源笔记是一款本地笔记软件,提供所见即所得的编辑方式,为长文写作带来顺滑的体验。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

Office 365 简体中文
Office 365 简体中文

一款文字处理软件,一种订阅式的跨平台办公软件,基于云平台提供多种服务,通过将 Excel 和 Outlook 等应用与 OneDrive 和 Microsoft Teams 等强大的云服务相结合,Office 365 可让任何人使用任何设备随时随地创建和共享内容。

Mac
WALTR PRO
WALTR PRO

WALTR是一款电脑至iOS文件传输转换工具,操作简单,快速实现文件识别与传送。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

CodeExpander
CodeExpander

CodeExpander 是一款快捷短语输入增强工具,通过键入缩写自动展开为自定义文段,提升工作效率。任务管理和过程控制会更完整,持续下载、批量同步或需要稳定传输流程的场景会更适合它。

Mountain Duck
Mountain Duck

Mountain Duck 是一款能将多个网盘挂载到本地的工具,像本地磁盘一样使用网盘。清理链路的完整性会更好一些,做应用卸载、残留处理和空间整理时,通常能少走很多手动排查步骤。

WINDOWS 更多
3dmax(3ds max)
3dmax(3ds max)

Autodesk 3ds Max 是一款专业的三维建模、动画与渲染软件,广泛应用于建筑可视化、游戏开发、影视动画、广告设计和产品展示等领域。

photoshop
photoshop

Photoshop 2026 是 Adobe 推出的专业图像处理与视觉设计软件,支持 Windows、macOS 和 iPad 等平台,广泛应用于摄影修图、电商设计、平面海报、数字绘画及视觉合成等创作场景。

Blender
Blender

Blender 是一款免费开源、跨平台的专业 3D 创作软件,集建模、动画、渲染、视频编辑与视觉合成等功能于一体,广泛应用于影视动画、游戏设计和建筑可视化等领域。软件支持 Cycles 物理渲染器与 Eevee 实时渲染引擎,并提供多边形建模、骨骼绑定、物理模拟等专业工具。Blender 兼容 Windows、macOS 和 Linux 系统,安装包轻巧、运行流畅,依托活跃的全球开发者社区持续更新,是从初学者到专业创作者都值得选择的正版 3D 创作工具。

Windows 10
Windows 10

Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统,拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

极度公式
极度公式

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

密码键盘
密码键盘

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

思源笔记
思源笔记

思源笔记是一款本地笔记软件,提供所见即所得的编辑方式,为长文写作带来顺滑的体验。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

傲梅轻松备份
傲梅轻松备份

傲梅轻松备份是一款专业易用的数据备份软件,为重要数据提供安全保障。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

Office 365 简体中文
Office 365 简体中文

一款文字处理软件,一种订阅式的跨平台办公软件,基于云平台提供多种服务,通过将 Excel 和 Outlook 等应用与 OneDrive 和 Microsoft Teams 等强大的云服务相结合,Office 365 可让任何人使用任何设备随时随地创建和共享内容。

Mac
Wise Folder Hider Pro
Wise Folder Hider Pro

Wise Folder Hider Pro 是一款专业级文件和文件夹隐藏加密软件,为私密数据添加多重保护。高频操作更强调就近处理,浏览、整理和跨目录移动文件时,来回切换和重复点击都会少很多。

WALTR PRO
WALTR PRO

WALTR是一款电脑至iOS文件传输转换工具,操作简单,快速实现文件识别与传送。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

CodeExpander
CodeExpander

CodeExpander 是一款快捷短语输入增强工具,通过键入缩写自动展开为自定义文段,提升工作效率。任务管理和过程控制会更完整,持续下载、批量同步或需要稳定传输流程的场景会更适合它。