MapReduce大纲

1.Writable序列化

序列化就是把内存中的对象，转换成字节序列（或其他数据传输协议）以便于存储（持久化）和网络传输。 
反序列化就是将收到字节序列（或其他数据传输协议）或者是硬盘的持久化数据，转换成内存中的对象。
Java的序列化是一个重量级序列化框架（Serializable），一个对象被序列化后，会附带很多额外的信息（各种校验信息，header，继承体系等），不便于在网络中高效传输。所以，hadoop自己开发了一套序列化机制（Writable），精简、高效。

1.1常用数据序列化类型

1.2自定义bean对象实现序列化接口

1. 必须实现Writable接口
2. 反序列化时，需要反射调用空参构造函数，所以必须有空参构造
3. 重写序列化方法
4. 重写反序列化方法
5. 注意反序列化的顺序和序列化的顺序完全一致
6. 要想把结果显示在文件中，需要重写toString()，且用”\t”分开，方便后续用
7. 如果需要将自定义的bean放在key中传输，则还需要实现comparable接口，因为mapreduce框中的shuffle过程一定会对key进行排序

2.InputFormat数据切片机制

2.2 FileInputFormat切片机制

2.3CombineTextInputFormat切片机制

如果已经是大量小文件在HDFS中了，可以使用另一种InputFormat来做切片（CombineTextInputFormat），它的切片逻辑跟TextFileInputFormat不同：它可以将多个小文件从逻辑上规划到一个切片中，这样，多个小文件就可以交给一个maptask。

2.4自定义InputFormat

3.MapTask工作机制

3.1MapTask并行度决定机制

一个job的map阶段MapTask并行度（个数），由客户端提交job时的切片个数决定。

3.2MapTask工作机制

Read阶段

Map Task通过用户编写的RecordReader，从输入InputSplit中解析出一个个key/value。

Map阶段

该节点主要是将解析出的key/value交给用户编写map()函数处理，并产生一系列新的key/value。

Collect阶段

在用户编写map()函数中，当数据处理完成后，一般会调用OutputCollector.collect()输出结果。在该函数内部，它会将生成的key/value分区（调用Partitioner），并写入一个环形内存缓冲区中。

Spill阶段

即“溢写”，当环形缓冲区满后，MapReduce会将数据写到本地磁盘上，生成一个临时文件。需要注意的是，将数据写入本地磁盘之前，先要对数据进行一次本地排序，并在必要时对数据进行合并、压缩等操作。

溢写阶段详情：

• 步骤1：利用快速排序算法对缓存区内的数据进行排序，排序方式是，先按照分区编号partition进行排序，然后按照key进行排序。这样，经过排序后，数据以分区为单位聚集在一起，且同一分区内所有数据按照key有序。
• 步骤2：按照分区编号由小到大依次将每个分区中的数据写入任务工作目录下的临时文件output/spillN.out（N表示当前溢写次数）中。如果用户设置了Combiner，则写入文件之前，对每个分区中的数据进行一次聚集操作。
• 步骤3：将分区数据的元信息写到内存索引数据结构SpillRecord中，其中每个分区的元信息包括在临时文件中的偏移量、压缩前数据大小和压缩后数据大小。如果当期内存索引大小超过1MB，则将内存索引写到文件output/spillN.out.index中。

Combine阶段

当所有数据处理完成后，MapTask对所有临时文件进行一次合并，并保存到文件output/file.out中，以确保最终只会生成一个数据文件，同时生成相应的索引文件output/file.out.index。

在进行文件合并过程中，MapTask以分区为单位进行合并。对于某个分区，它将采用多轮递归合并的方式。每轮合并io.sort.factor（默认100）个文件，并将产生的文件重新加入待合并列表中，对文件排序后，重复以上过程，直到最终得到一个大文件。
让每个MapTask最终只生成一个数据文件，可避免同时打开大量文件和同时读取大量小文件产生的随机读取带来的开销。

3.3Shuffle机制

Mapreduce确保每个reducer的输入都是按键排序的。系统执行排序的过程（即将map输出作为输入传给reducer）称为shuffle。

3.4partition分区

默认分区是根据key的hashCode对reduceTasks个数取模得到的。用户没法控制哪个key存储到哪个分区

排序

排序是MapReduce框架中最重要的操作之一。Map Task和Reduce Task均会对数据（按照key）进行排序。该操作属于Hadoop的默认行为。任何应用程序中的数据均会被排序，而不管逻辑上是否需要。

默认排序

1. 部分排序：
   MapReduce根据输入记录的键对数据集排序。保证输出的每个文件内部排序。
2. 全排序：
   如何用Hadoop产生一个全局排序的文件？最简单的方法是使用一个分区。但该方法在处理大型文件时效率极低，因为一台机器必须处理所有输出文件，从而完全丧失了MapReduce所提供的并行架构。
3. 替代方案：
   首先创建一系列排好序的文件；其次，串联这些文件；最后，生成一个全局排序的文件。主要思路是使用一个分区来描述输出的全局排序。例如：可以为上述文件创建3个分区，在第一分区中，记录的单词首字母a-g，第二分区记录单词首字母h-n, 第三分区记录单词首字母o-z。
4. 辅助排序：（GroupingComparator分组）
   Mapreduce框架在记录到达reducer之前按键对记录排序，但键所对应的值并没有被排序。甚至在不同的执行轮次中，这些值的排序也不固定，因为它们来自不同的map任务且这些map任务在不同轮次中完成时间各不相同。一般来说，大多数MapReduce程序会避免让reduce函数依赖于值的排序。但是，有时也需要通过特定的方法对键进行排序和分组等以实现对值的排序。

自定义排序WritableComparable

bean对象实现WritableComparable接口重写compareTo方法，就可以实现排序

GroupingComparator分组

对reduce阶段的数据根据某一个或几个字段进行分组

Combiner合并

1. combiner是MR程序中Mapper和Reducer之外的一种组件
2. combiner组件的父类就是Reducer
3. combiner和reducer的区别在于运行的位置：Combiner是在每一个maptask所在的节点运行，Reducer是接收全局所有Mapper的输出结果；
4. combiner的意义就是对每一个maptask的输出进行局部汇总，以减小网络传输量
5. combiner能够应用的前提是不能影响最终的业务逻辑，而且，combiner的输出kv应该跟reducer的输入kv类型要对应起来

数据倾斜&Distributedcache

数据倾斜原因: 如果是多张表的操作都是在reduce阶段完成，reduce端的处理压力太大，map节点的运算负载则很低，资源利用率不高，且在reduce阶段极易产生数据倾斜。
解决方案: 在map端缓存多张表，提前处理业务逻辑，这样增加map端业务，减少reduce端数据的压力，尽可能的减少数据倾斜。
具体办法： 采用 distributedcache

1. 在mapper的setup阶段，将文件读取到缓存集合中
2. 在驱动函数中加载缓存。

job.addCacheFile(new URI("file:/e:/mapjoincache/pd.txt"));// 缓存普通文件到task运行节点

ReduceTask工作机制

设置ReduceTask

reducetask的并行度同样影响整个job的执行并发度和执行效率，但与maptask的并发数由切片数决定不同，Reducetask数量的决定是可以直接手动设置：

//默认值是1，手动设置为4
job.setNumReduceTasks(4);

注意事项

1. 如果数据分布不均匀，就有可能在reduce阶段产生数据倾斜
2. reducetask数量并不是任意设置，还要考虑业务逻辑需求，有些情况下，需要计算全局汇总结果，就只能有1个reducetask。
3. 具体多少个reducetask，需要根据集群性能而定。
4. 如果分区数不是1，但是reducetask为1，是否执行分区过程。答案是：不执行分区过程。因为在maptask的源码中，执行分区的前提是先判断reduceNum个数是否大于1。不大于1肯定不执行。

4.ReduceTask工作机制

1. Copy阶段：ReduceTask从各个MapTask上远程拷贝一片数据，并针对某一片数据，如果其大小超过一定阈值，则写到磁盘上，否则直接放到内存中。
2. Merge阶段：在远程拷贝数据的同时，ReduceTask启动了两个后台线程对内存和磁盘上的文件进行合并，以防止内存使用过多或磁盘上文件过多。
3. Sort阶段：按照MapReduce语义，用户编写reduce()函数输入数据是按key进行聚集的一组数据。为了将key相同的数据聚在一起，Hadoop采用了基于排序的策略。由于各个MapTask已经实现对自己的处理结果进行了局部排序，因此，ReduceTask只需对所有数据进行一次归并排序即可。
4. Reduce阶段：reduce()函数将计算结果写到HDFS上。

5.自定义OutputFormat

1. 要在一个mapreduce程序中根据数据的不同输出两类结果到不同目录，这类灵活的输出需求可以通过自定义outputformat来实现。
2. 自定义outputformat，
3. 改写recordwriter，具体改写输出数据的方法write()

6.MapReduce数据压缩

压缩是mapreduce的一种优化策略：通过压缩编码对mapper或者reducer的输出进行压缩，以减少磁盘IO，提高MR程序运行速度（但相应增加了cpu运算负担）

注意：　压缩特性运用得当能提高性能，但运用不当也可能降低性能
基本原则：

• 运算密集型的job，少用压缩
• IO密集型的job，多用压缩

7.计数器应用

Hadoop为每个作业维护若干内置计数器，以描述多项指标。例如，某些计数器记录已处理的字节数和记录数，使用户可监控已处理的输入数据量和已产生的输出数据量。

8.数据清洗

在运行Mapreduce程序之前，往往要先对数据进行清洗，清理掉不符合用户要求的数据。清理的过程往往只需要运行mapper程序，不需要运行reduce程序。

9.MapReduce与Yarn