Hadoop 学习之MapReduce

MapReduce充分利用了分而治之，主要就是将一个数据量比较大的作业拆分为多个小作业的框架，而用户需要做的就是决定拆成多少份，以及定义作业本身，用户所要做的操作少了又少，真是Very Good！

一．MapReduce执行流程

下面的是MapReduce的执行过程：

最上方的用户程序链接了底层的MapReduce库，并实现了最基本的Map函数和Reduce函数。

由用户来决定将任务划分为K块（这里设为5），假设为64MB，如图左方所示分成了split0~4(文件块)；然后使用fork将用户程序拷贝到集群内其它机器上。

用户程序的副本中有一个称为Master，其余称为worker，Master是负责任务调度的，为空闲worker分配作业（Map作业或Reduce作业），worker数量可由用户指定的。

被分配了Map作业的worker，开始读取对应文件块的输入数据(包含多个map函数)，从输入数据中抽取出键值对，每一个键值对都作为参数传递给map函数，map函数产生的中间键值对被缓存在内存中。

缓存的中间键值对会被定期写入本地磁盘。主控进程知道Reduce的个数，比如R个（通常用户指定）。然后主控进程通常选择一个哈希函数(一致性哈希)作用于键并产生0~R-1个桶编号。Map任务输出的每个键都被哈希起作用，根据哈希结果将Map的结果存放到R个本地文件中的一个（后来每个文件都会指派一个Reduce任务）。

master通知分配了Reduce作业的worker它负责的分区在什么位置。当Reduce worker把所有它负责的中间键值对都读过来后，先对它们进行Shuffle和排序，使得相同键的键值对聚集在一起。因为不同的键可能会映射到同一个分区也就是同一个Reduce作业（谁让分区少呢），所以排序是必须的。

reduce worker遍历排序后的中间键值对，对于每个唯一的键，都将键与关联的值传递给reduce函数，reduce函数产生的输出会添加到这个分区的输出文件中。

当所有的Map和Reduce作业都完成了，MapReduce函数调用返回用户程序的代码。

所有执行完毕后，MapReduce输出放在了R个分区的输出文件中（分别对应一个Reduce作业）。用户通常并不需要合并这R个文件，而是将其作为输入交给另一个MapReduce程序处理。整个过程中，输入数据是来自底层分布式文件系统（GFS）的，中间数据是放在本地文件系统的，最终输出数据是写入底层分布式文件系统（GFS）的。而且我们要注意Map/Reduce作业和map/reduce函数的区别：Map作业处理一个输入数据的分片，可能需要调用多次map函数来处理每个输入键值对；Reduce作业处理一个分区的中间键值对，期间要对每个不同的键调用一次reduce函数，Reduce作业最终也对应一个输出文件。

二．map函数和reduce函数

map函数和reduce函数是交给用户实现的，这两个函数定义了任务本身。

• map函数：接受一个键值对（key-value pair>），产生一组中间键值对。MapReduce框架会将map函数产生的中间键值对里键相同的值传递给一个reduce函数。
• reduce函数：接受一个键，以及相关的一组值，将这组值进行合并产生一组规模更小的值（通常只有一个或零个值）。

统计词频的MapReduce函数的核心代码非常简短，主要就是实现这两个函数。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

map(String key, String value): // key: document name // value: document contents for each word w in value : EmitIntermediate(w, "1"); reduce(String key, Iterator values): // key: a word // values: a list of counts int result = 0; for each v in values : result += ParseInt(v); Emit(AsString(result));

在统计词频的例子里，map函数接受的键是文件名，值是文件的内容，map逐个遍历单词，每遇到一个单词w，就产生一个中间键值对<w, "1">，这表示单词w咱又找到了一个。

MapReduce将键相同（都是单词w）的键值对传给reduce函数，这样reduce函数接受的键就是单词w，值是一串"1"（最基本的实现是这样，但可以优化），个数等于键为w的键值对的个数，然后将这些"1"累加就得到单词w的出现次数。最后这些单词的出现次数会被写到用户定义的位置，存储在底层的分布式存储系统（GFS或HDFS）。

三．应用举例

还是以WordCount程序为例，假设有三台DataNode，每台DataNode有不一样的数据，如下表格所示：

DataNode1	DataNode2
how do you do	how old are you

经过Map函数后，生成以下键值对：

DataNode1		DataNode2
how do you do	1 1 1 1	how old are you	1 1 1

然后按照key值排序，变成以下键值对：

DataNode1		DataNode2
do do how you	1 1 1 1	are how old you	1 1 1

如果有Combiner函数的话，则把相同的key进行计算;

DataNode1		DataNode2
do how you	2 1 1	are how old you	1 1 1

如果有Partition函数的话，则进行分区，分几个区就有几个Reducer同时进行运算，然后就会生成几个不一样的结果文件；默认只有一个Reducer进行工作。

这里先讲一个Reducer的情况，数据先从2个DataNode中Copy过来，然后Merge到Reducer中去：

Reducer
do how you are how old you	2 1 1 1 1 1

然后对数据按照key进行排序(Sort)，Copy，Merge，Sort过程统称为Shuffle过程：

Reducer
are do how how old you you	1 2 1 1 1 1

然后数据经过Reduce函数后，生成以下输出文件：

Reducer
are do how old you	1 2 2 1

到这里为止，整个MapReduce过程也就完成了。

如果有多个Reducer的话，不同的是数据会分开Copy到不同的机器中，也就是分开计算，然后Copy到每个Reducer中的数据都会经过Merge，Sort，Reduce过程，最后每个Reducer都会生成一个结果文件。