MapReduce基础知识

MapReduce

1、介绍MapReduce

​ MapReduce的思想核心是"分而治之"，适用于大量复杂的任务处理场景（大规模数据处理场景）。

​ Map负责"分"，即把复杂的任务分解为若干个"简单的任务"来并行处理。可以进行拆分的前提是这些小任务可以并行计算，彼此间几乎没有依赖关系。

​ Reduce负责"合"，即对map阶段的结果进行全局汇总。

​ 图：MapReduce思想模型

2、样例Wordcount

• 定义一个mapper类

//首先要定义四个泛型的类型
//keyin:  LongWritable    valuein: Text
//keyout: Text            valueout:IntWritable

public class WordCountMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, IntWritable>{
	//map方法的生命周期：  框架每传一行数据就被调用一次
	//key :  这一行的起始点在文件中的偏移量
	//value: 这一行的内容
	@Override
	protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
		//拿到一行数据转换为string
		String line = value.toString();
		//将这一行切分出各个单词
		String[] words = line.split(" ");
		//遍历数组，输出<单词，1>
		for(String word:words){
			context.write(new Text(word), new IntWritable(1));
		}
	}
}

• 定义一个reducer类

//生命周期：框架每传递进来一个kv 组，reduce方法被调用一次  
	@Override
	protected void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
		//定义一个计数器
		int count = 0;
		//遍历这一组kv的所有v，累加到count中
		for(IntWritable value:values){
			count += value.get();
		}
		context.write(key, new IntWritable(count));
	}
}

• 定义一个主类，用来描述job并提交job

public class WordCountRunner {
	//把业务逻辑相关的信息（哪个是mapper，哪个是reducer，要处理的数据在哪里，输出的结果放哪里......）描述成一个job对象
	//把这个描述好的job提交给集群去运行
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Configuration conf = new Configuration();
		Job wcjob = Job.getInstance(conf);
		//指定我这个job所在的jar包
//		wcjob.setJar("/home/hadoop/wordcount.jar");
		wcjob.setJarByClass(WordCountRunner.class);
      
      		//指定要处理的数据所在的位置
		FileInputFormat.setInputPaths(wcjob, "hdfs://hdp-server01:9000/wordcount/data/big.txt");
		
		wcjob.setMapperClass(WordCountMapper.class);
		wcjob.setReducerClass(WordCountReducer.class);
		//设置我们的业务逻辑Mapper类的输出key和value的数据类型
		wcjob.setMapOutputKeyClass(Text.class);
		wcjob.setMapOutputValueClass(IntWritable.class);
		//设置我们的业务逻辑Reducer类的输出key和value的数据类型
		wcjob.setOutputKeyClass(Text.class);
		wcjob.setOutputValueClass(IntWritable.class);
		

		//指定处理完成之后的结果所保存的位置
		FileOutputFormat.setOutputPath(wcjob, new Path("hdfs://hdp-server01:9000/wordcount/output/"));
		
		//向yarn集群提交这个job
		boolean res = wcjob.waitForCompletion(true);
		System.exit(res?0:1);
	}

3、Combiner

​ 每一个map都可能会产生大量的本地输出，Combiner的作用就是对map端的输出先做一次合并，以减少在map和reduce节点之间的数据传输量，以提高网络IO性能。

​ 例如：对于hadoop自带的wordcount的例子，value就是一个叠加的数字，

​ 所以map一结束就可以进行reduce的value叠加，而不必要等到所有的map结束再去进行reduce的value叠加。

• 具体使用

自定义Combiner：

public static class MyCombiner extends  Reducer<Text, LongWritable, Text, LongWritable> {
        protected void reduce(
                Text key, Iterable<LongWritable> values,Context context)throws IOException, InterruptedException {

            long count = 0L;
            for (LongWritable value : values) {
                count += value.get();
            }
            context.write(key, new LongWritable(count));
        };
    }

• 在主类中添加

Combiner设置
    // 设置Map规约Combiner
    job.setCombinerClass(MyCombiner.class);

执行后看到map的输出和combine的输入统计是一致的，而combine的输出与reduce的输入统计是一样的。

4、partitioner

​ 在进行MapReduce计算时，有时候需要把最终的输出数据分到不同的文件中，比如按照省份划分的话，需要把同一省份的数据放到一个文件中；按照性别划分的话，需要把同一性别的数据放到一个文件中。负责实现划分数据的类称作Partitioner。

• HashPartitioner源码如下

package org.apache.hadoop.mapreduce.lib.partition;

import org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner;

/** Partition keys by their {@link Object#hashCode()}. */
public class HashPartitioner<K, V> extends Partitioner<K, V> {

  /** Use {@link Object#hashCode()} to partition. */
  public int getPartition(K key, V value,
                          int numReduceTasks) {
    //默认使用key的hash值与上int的最大值，避免出现数据溢出 的情况
    return (key.hashCode() & Integer.MAX_VALUE) % numReduceTasks;
  }

}

• key、value分别指的是Mapper任务的输出，numReduceTasks指的是设置的Reducer任务数量，默认值是1。那么任何整数与1相除的余数肯定是0。也就是说getPartition(...)方法的返回值总是0。也就是Mapper任务的输出总是送给一个Reducer任务，最终只能输出到一个文件中。

具体实现：

import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner;

public class FivePartitioner extends Partitioner<IntWritable, IntWritable>{

    /**
     * 我们的需求：按照能否被5除尽去分区
     * 
     * 1、如果除以5的余数是0，  放在0号分区
     * 2、如果除以5的余数不是0，  放在1分区
     */
    @Override
    public int getPartition(IntWritable key, IntWritable value, int numPartitions) {
        
        int intValue = key.get();
        
        if(intValue % 5 == 0){
            return 0;
        }else{
           return 1;
        }    
    }
}

• 在主函数里加入如下两行代码即可：

job.setPartitionerClass(FivePartitioner.class);
job.setNumReduceTasks(2);//设置为2

5、MapReduce的执行流程

• 详细流程

• Map阶段

  • l 第一阶段是把输入目录下文件按照一定的标准逐个进行逻辑切片，形成切片规划。默认情况下，Split size = Block size。每一个切片由一个MapTask处理。（getSplits）

    l 第二阶段是对切片中的数据按照一定的规则解析成<key,value>对。默认规则是把每一行文本内容解析成键值对。key是每一行的起始位置(单位是字节)，value是本行的文本内容。（TextInputFormat）

    l 第三阶段是调用Mapper类中的map方法。上阶段中每解析出来的一个<k,v>，调用一次map方法。每次调用map方法会输出零个或多个键值对。

    l 第四阶段是按照一定的规则对第三阶段输出的键值对进行分区。默认是只有一个区。分区的数量就是Reducer任务运行的数量。默认只有一个Reducer任务。

    l 第五阶段是对每个分区中的键值对进行排序。首先，按照键进行排序，对于键相同的键值对，按照值进行排序。比如三个键值对<2,2>、<1,3>、<2,1>，键和值分别是整数。那么排序后的结果是<1,3>、<2,1>、<2,2>。如果有第六阶段，那么进入第六阶段；如果没有，直接输出到文件中。

    l 第六阶段 是对数据进行局部聚合处理，也就是combiner处理。键相等的键值对会调用一次reduce方法。经过这一阶段，数据量会减少。本阶段默认是没有的。

• reduce阶段

  • l 第一阶段是Reducer任务会主动从Mapper任务复制其输出的键值对。Mapper任务可能会有很多，因此Reducer会复制多个Mapper的输出。

    l 第二阶段是把复制到Reducer本地数据，全部进行合并，即把分散的数据合并成一个大的数据。再对合并后的数据排序。

    l 第三阶段是对排序后的键值对调用reduce方法。键相等的键值对调用一次reduce方法，每次调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。

6、MapReduce的shuffle阶段

• shuffle被称作MapReduce的心脏，是MapReduce的核心。

• 由上图看出，每个数据切片由一个Mapper进程处理，也就是说mappper只是处理文件的一部分。

• 每一个Mapper进程都有一个环形的内存缓冲区，用来存储Map的输出数据，这个内存缓冲区的默认大小是100MB，当数据达到阙值0.8，也就是80MB的时候，一个后台的程序就会把数据溢写到磁盘中。在将数据溢写到磁盘的过程中要经过复杂的过程，首先要将数据进行分区排序（按照分区号如0，1,2），分区完以后为了避免Map输出数据的内存溢出，可以将Map的输出数据分为各个小文件再进行分区，这样map的输出数据就会被分为了具有多个小文件的分区已排序过的数据。然后将各个小文件分区数据进行合并成为一个大的文件（将各个小文件中分区号相同的进行合并）。

• 这个时候Reducer启动了三个分别为0,1,2。0号Reducer会取得0号分区 的数据；1号Reducer会取得1号分区的数据；2号Reducer会取得2号分区的数据。

  ​

• map阶段：分区、排序、溢写、规约、合并

  reduce阶段：复制、合并、排序、分组

7、MapReduce优化

7.1、资源相关参数

//以下参数是在用户自己的MapReduce应用程序中配置就可以生效

(1) mapreduce.map.memory.mb: 一个Map Task可使用的内存上限（单位:MB），默认为1024。如果Map Task实际使用的资源量超过该值，则会被强制杀死。

(2) mapreduce.reduce.memory.mb: 一个Reduce Task可使用的资源上限（单位:MB），默认为1024。如果Reduce Task实际使用的资源量超过该值，则会被强制杀死。

(3) mapreduce.map.cpu.vcores: 每个Maptask可用的最多cpu core数目, 默认值: 1

(4) mapreduce.reduce.cpu.vcores: 每个Reducetask可用最多cpu core数目默认值: 1

(5) mapreduce.map.java.opts: Map Task的JVM参数，你可以在此配置默认的java heap

size等参数, 例如："-Xmx1024m -verbose:gc -Xloggc:/tmp/@taskid@.gc"

（@taskid@会被Hadoop框架自动换为相应的taskid）, 默认值: ""

(6) mapreduce.reduce.java.opts: Reduce Task的JVM参数，你可以在此配置默认的java

heap size等参数, 例如："-Xmx1024m -verbose:gc -Xloggc:/tmp/@taskid@.gc", 默认值: ""

//应该在yarn启动之前就配置在服务器的配置文件中才能生效

(1) yarn.scheduler.minimum-allocation-mb RM中每个容器请求的最小配置，以MB为单位，默认1024。

(2) yarn.scheduler.maximum-allocation-mb RM中每个容器请求的最大分配，以MB为单位，默认8192。

(3) yarn.scheduler.minimum-allocation-vcores 1

(4)yarn.scheduler.maximum-allocation-vcores 32

(5) yarn.nodemanager.resource.memory-mb 表示该节点上YARN可使用的物理内存总量，默认是8192（MB），注意，如果你的节点内存资源不够8GB，则需要调减小这个值，而YARN不会智能的探测节点的物理内存总量。

//shuffle性能优化的关键参数，应在yarn启动之前就配置好

(1) mapreduce.task.io.sort.mb 100 shuffle的环形缓冲区大小，默认100m

(2) mapreduce.map.sort.spill.percent 0.8 环形缓冲区溢出的阈值，默认80%

7.2、容错相关参数

(1) mapreduce.map.maxattempts: 每个Map Task最大重试次数，一旦重试参数超过该值，则认为Map Task运行失败，默认值：4。

(2) mapreduce.reduce.maxattempts: 每个Reduce Task最大重试次数，一旦重试参数超过该值，则认为Map Task运行失败，默认值：4。

(3) mapreduce.map.failures.maxpercent: 当失败的Map Task失败比例超过该值，整个作业则失败，默认值为0. 如果你的应用程序允许丢弃部分输入数据，则该该值设为一个大于0的值，比如5，表示如果有低于5%的Map Task失败（如果一个Map Task重试次数超过mapreduce.map.maxattempts，则认为这个Map Task失败，其对应的输入数据将不会产生任何结果），整个作业任认为成功。

(4) mapreduce.reduce.failures.maxpercent: 当失败的Reduce Task失败比例超过该值为，整个作业则失败，默认值为0.

(5) mapreduce.task.timeout:如果一个task在一定时间内没有任何进入，即不会读取新的数据，也没有输出数据，则认为该task处于block状态，可能是临时卡住，也许永远会卡住。为了防止因为用户程序永远block不退出，则强制设置了一个超时时间（单位毫秒），默认是600000，值为0将禁用超时。

7.3、效率跟稳定性参数

(1) mapreduce.map.speculative: 是否为Map Task打开推测执行机制，默认为true, 如果为true，则可以并行执行一些Map任务的多个实例。

(2) mapreduce.reduce.speculative: 是否为Reduce Task打开推测执行机制，默认为true

(3)mapreduce.input.fileinputformat.split.minsize: FileInputFormat做切片时最小切片大小，默认1。

(5)mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize: FileInputFormat做切片时最大切片大小

8、mapreduce程序在yarn上的执行流程

Hadoop jar xxx.jar

详细流程：

• 一：客户端向集群提交一个任务，该任务首先到ResourceManager中的ApplicationManager;
• 二：ApplicationManager收到任务之后，会在集群中找一个NodeManager，并在该NodeManager所在DataNode上启动一个AppMaster进程，该进程用于进行任务的划分和任务的监控；
• 三：AppMaster启动起来之后，会向ResourceManager中的ApplicationManager注册其信息（目的是与之通信）；
• 四：AppMaster向ResourceManager下的ResourceScheduler申请计算任务所需的资源；
• 五：AppMaster申请到资源之后，会与所有的NodeManager通信要求它们启动计算任务所需的任务（Map和Reduce）；
• 六：各个NodeManager启动对应的容器用来执行Map和Reduce任务；
• 七：各个任务会向AppMaster汇报自己的执行进度和执行状况，以便让AppMaster随时掌握各个任务的运行状态，在某个任务出了问题之后重启执行该任务；
• 八：在任务执行完之后，AppMaster向ApplicationManager汇报，以便让ApplicationManager注销并关闭自己，使得资源得以回收；

9、执行MapReduce常见的问题

• client对集群中HDFS的操作没有权限

在集群配置文件hdfs-site.xml
property>
     <name>dfs.permissions</name>
    <value>false</value>
</property>
然后重启

• mapreduce的输出路径已存在，必须先删除掉那个路径

• 提交集群运行，运行失败

job.setJar("/home/hadoop/wordcount.jar");

• 日志打不出来，报警告信息

log4j:WARN No appenders could be found for logger (org.apache.hadoop.metrics2.lib.MutableMetricsFactory).  
log4j:WARN Please initialize the log4j system properly.  
log4j:WARN See http://logging.apache.org/log4j/1.2/faq.html#noconfig for more info.  

​ 需要在项目的src下面新建file名为log4j.properties的文件