大数据开发（Spark面试真题-卷三）

大数据开发（Spark面试真题）

1、Spark的阶段划分？
2、Sparkjoin的分类？
[3、Spark map join的实现原理？](#3、Spark map join的实现原理？)
[4、介绍下Spark Shuffle及其优缺点？](#4、介绍下Spark Shuffle及其优缺点？)
[5、什么情况下产生Spark Shuffle？](#5、什么情况下产生Spark Shuffle？)
6、Spark为什么适合迭代处理？
7、Spark数据倾斜问题，如何定位，解决方案？
[8、Spark的stage如何划分？在源码中是怎么判断属于Shuffle Map Stage或Result Stage的？](#8、Spark的stage如何划分？在源码中是怎么判断属于Shuffle Map Stage或Result Stage的？)
[9、Spark join在什么情况下会变成窄依赖？](#9、Spark join在什么情况下会变成窄依赖？)
10、Spark的内存模型？

1、Spark的阶段划分？

Spark的阶段划分是指将一个Spark作业划分为多个阶段（Stage）来执行的过程。每个阶段包含一组相互依赖的任务，并且每个任务可以并行执行。Spark的阶段划分是为了提高作业的执行效率和并行度。
Spark的阶段划分分为两个阶段：转换阶段（Transformation Stage）和动作阶段（Action Stage）。

转换阶段 ：在转换阶段中，Spark会将作业中的转换操作（如map、fliter、reduce等）划分为多个任务，并将这些任务组织成一个阶段。每个任务会以一种无依赖的方式执行，并生成RDD（弹性分布式数据集）作为输出。转换阶段的任务之间可以并行执行，但不同阶段的任务之间存在依赖关系。
动作阶段 ：在动作阶段中，Spark会将作业中的动作操作（如count、collect、save等）划分为多个任务，并将这些任务组织成一个阶段。每个任务会以一种有依赖的方式执行，依赖于前面阶段的输出RDD。动作阶段的任务之间可以并行执行，但不同阶段的任务之间存在依赖关系。

通过将作业划分为多个阶段，Spark可以有效地利用集群资源并实现作业地并行执行。同时，阶段划分还可以帮助Spark进行任务调度和数据分区，提高整体地执行效率。

2、Sparkjoin的分类？

Sparkjoin可以根据不同的分类标准进行分类。一种常见的分类是根据Join操作的执行方式进行分类，可以分为Shuffle Join和Broadcast Join。

Shuffle Join ：在Shuffle Join中，Spark会将参与Join操作的数据集按照Join的条件进行分区，并将具有相同Join键的数据分发到同一个节点上进行Join操作。这种方式适用于数据集比较大的情况，但需要进行数据的洗牌操作，因此会带来网络传输和性能开销。
Broadcast Join ：在Broadcast Join中，Spark会将一个小数据集复制到每个节点的内存中，然后将参与Join操作的大数据集分发到各个节点上进行Join操作。这种方式适用于一个数据集比较小而另一个数据集比较大的情况，可以避免数据的洗牌操作，提高性能。

此外，还可以根据Join操作的实现方式进行分类，如Sort-Merge Join、Hash Join等。Sort-Merge Join是通过对参与Join操作的数据集进行排序，然后按照Join的条件进行合并操作。Hash Join则是通过构建哈希表，将参与Join操作的数据集按照Join的条件进行哈希，并将具有相同哈希值的数据进行Join操作。

3、Spark map join的实现原理？

Spark的map join是一种用于处理大规模数据的优化技术，它通过在内存中将两个数据集进行联接，从而避免了磁盘IO的开销。下面是Spark map join的实现原理：

数据划分 ：首先，Spark将两个数据集划分为多个分区，每个分区的数据流尽可能均匀。这样可以并行处理每个分区，提高处理效率。
数据广播 ：接下来，Spark将其中一个数据集（通常较小的那个）广播到每个节点的内存中。这样可以保证每个节点都可以访问到该数据集，并避免了多次网络传输的开销。
分区处理 ：每个节点接收到广播的数据后，将其与本地的另一个数据集进行联接操作。这里的联接操作通常是通过键值对进行的，即根据两个数据集的共同键将它们进行匹配。
结果汇总 ：最后，每个节点将自己的结果发送给驱动程序节点，由驱动程序节点进行最终的结果汇总。
需要注意的是，Spark的map join适用于两个数据集中至少一个可以完全放入内存的情况。如果两个数据集都无法完全放入内存，那么Spark将会使用其它的联接策略，如Sort Merge Join或Broadcast Join等。

4、介绍下Spark Shuffle及其优缺点？

Spark Shuffle是Apache Spark中的一个关键概念，用于在数据分区的过程中重新分配和重组数据。当Spark执行对数据进行重新分区或聚合操作时，它需要将数据重新发送到不同的节点上，以便进行下一步的计算。这个过程就是Shuffle。

优点：

数据本地性 ：Spark Shuffle可以在节点之间移动数据，以便在计算过程中最大限度地利用数据本地性。这减少了数据传输地开销，提高了计算的性能。
分布式计算 ：Shuffle运行Spark在多个节点上进行执行计算操作，从而实现了分布式计算的能力。这使得Spark能够处理大规模的数据集，并在短时间内完成计算任务。
灵活性 ：Spark Shuffle提供了多种不同的Shuffle实现方式，如Sort Shuffle、Hash Shuffle和Tungsten Shuffle等，可以根据数据和计算需求选择最合适Shuffle策略。

缺点：

数据传输开销 ：Shuffle涉及将数据从一个节点传输到另一个节点，这会产生网络传输的开销。当数据量巨大时，这个开销可能会成为性能的瓶颈。
磁盘IO ：Shuffle操作可能需要将数据持久化到磁盘上，以便在不同阶段的计算中使用。这可能导致磁盘IO成为性能瓶颈，并增加延迟。
内存消耗 ：Shuffle操作需要在内存中存储大量的数据，并进行排序、合并等操作。如果内存不足，可能会导致内存溢出或性能下降。

5、什么情况下产生Spark Shuffle？

数据重分区 ：当需要将数据重新分区以进行后续的数据处理操作时，Spark Shuffle就会产生。这可能会因为数据需要重新分发到不同的Executor上，以便进行并行处理。
聚合操作 ：当需要对数据进行聚合操作时，Spark Shuffle就会发送。例如，当使用groupByKey、reduceByKey、aggregateByKey等操作时，需要将具有相同键的数据重新分发到同一个Executor进行聚合。
排序操作 ：当需要对数据进行排序时，Spark Shuffle也会发送。例如，当使用sortByKey、sort、distinct等操作时，需要将数据重新分发到不同的Executor上进行排序。

6、Spark为什么适合迭代处理？

内存计算：Spark使用内存计算，将数据存储在内存中而不是磁盘上。这大大提高了数据处理的速度。对于迭代处理来说，可以将中间结果保留在内存中，避免了磁盘读写的开销，从而加快了迭代速度。
可以保留中间结果：Spark的弹性分布式数据集（RDD）可以在内存中保留中间结果。对于迭代处理来说，每次迭代都可以重用中间结果，而不是重新计算。这进一步加速了迭代处理的速度。
基于DAG执行引擎：Spark使用DAG（有向无环图）执行引擎，可以将迭代处理转化为一系列的有向无环图操作。这种方式可以优化任务的执行顺序，减少数据的传输和计算开销，提高了迭代处理的效率。
支持多种语言：Spark支持多种编程语言，包括Scala、Java、Python和R等。这使得开发者可以使用自己熟悉的编程语言进行迭代处理的开发，提高了开发效率。

7、Spark数据倾斜问题，如何定位，解决方案？

Spark数据倾斜问题是大数据处理中常见的挑战之一。下面是解决该问题的一般步骤和解决方案：

定位数据倾斜 ：首先，通过监控Spark作业运行过程中的日志信息，查看各个阶段的任务执行情况。如果发现某个阶段的任务执行时间远远超过其它任务，很可能存在数据倾斜的问题。
分析数据倾斜原因 ：确定数据倾斜的原因是解决问题的第一步。常见的数据倾斜原因包括数据分布不均匀、数据键值冲突等。
解决方法

增加分区 ：如果数据分布不均匀，可以尝试增加分区数，使数据能够更均匀地分配到不同地分区中。
重新分桶/哈希 ：对于键值冲突的情况，可以尝试重新分桶或者通过哈希函数重新计算键值，使数据能够更均匀地分布到不同的分区中。
增加缓存 ：对于某些热点数据，可以将其缓存到内存中，减少重复计算。
采用随机前缀/后缀 ：对于键值冲突较多的情况，可以通过在键值的前缀或者后缀添加随机值，使冲突几率降低。
倾斜数据单独处理：将倾斜数据单独处理，可以将其分成多个小任务，并行处理，降低整体任务的执行时间。

测试和优化：实施解决方案后，需要对作业进行测试和优化，确保数据倾斜问题得到解决，并且整体性能得到提升。

8、Spark的stage如何划分？在源码中是怎么判断属于Shuffle Map Stage或Result Stage的？

在Spark中，Stage是任务调度和执行的基本单位，它将一个作业划分为多个阶段。Spark中的Stage划分分为Shuffle Map Stage和Result Stage两种类型。

Shuffle Map Stage（Shuffle阶段）：

Shuffle Map Stage是指需要进行数据重分区的阶段，通常在该阶段需要将数据按照key进行重新分区，以便进行后续的聚合操作或者连接操作。
在源码中，Spark通过检查每个RDD的依赖关系来判断是否属于Shuffle Map Stage。如果一个RDD的依赖关系包含宽依赖（即父RDD与子RDD之间存在Shuffle操作），则该RDD属于Shuffle Map Stage。

Result Stage（结果阶段）：

Result Stage是指不需要进行数据重分区的阶段，通常包含计算结果的最终输出。
在源码中，Spark通过检查每个RDD的依赖关系来判断是否属于Result Stage。如果一个RDD的依赖关系不包含宽依赖（即父RDD与子RDD之间不存在Shuffle操作），则该RDD属于Result Stage。
Shuffle Map Stage的输出会作为Result Stage的输入。

9、Spark join在什么情况下会变成窄依赖？

当两个RDD进行join时，它们的分区方式相同，即它们的分区数量一样，并且每个分区中的数据量也相当，这样就可以将每个分区的数据进行一对一的匹配，形成窄依赖。
当进行shuffle操作的key值较少时，可以通过增大分区数来减少每个分区的数据量，使得每个分区的数据量相对较小，从而形成窄依赖。
当两个RDD的数据分布相对均匀，没有明显的数据倾斜或不均匀情况时，join操作可以更加高效地形成窄依赖。
在这些情况下，Spark可以高效地进行join操作，避免数据的重新分区和大量的数据传输，提高了计算效率。

10、Spark的内存模型？

Spark的内存模型是基于分布式内存计算的，主要包括两个组件：Driver和Executor。
Driver是Spark应用程序的主控节点，负责将应用程序转化为任务并将其分配给Executor执行。Driver节点包含了应用程序的整个代码以及数据集的元数据，也会保存一部分数据在内存中。
Executor是Spark应用程序的工作节点，负责执行任务并保存数据。每个Executor运行在一个独立的JVM进程中，它们通过网络与Driver进行通信。Executor会将数据存在在内存中的数据结构中，这些数据结构可以是RDD（弹性分布式数据集）或DataFrame等。
Spark的内存模型中，整个集群的内存被划分为两部分：存储内存和执行内存。存储内存用于存储数据以提高数据访问的速度，执行内存用于存储正在执行的任务的数据。

在Spark的内存模型中，数据会首先被加载到存储内存中，如果存储内存不足，则会选择将一部分数据溢出到磁盘上。而执行内存则用于执行计算任务，包括转化、过滤、聚合等操作。

Spark的内存模型的优势在于可以将数据缓存在内存中，从而加快数据的访问速度，提高计算性能。同时，Spark的内存模型也支持弹性扩展，可以根据需要动态调整内存的使用，以适应不同的工作负载。