Hadoop学习笔记—10.Shuffle过程那点事儿

一、回顾Reduce阶段三大步骤

　　在第四篇博文《初识MapReduce》中，我们认识了MapReduce的八大步骤，其中在Reduce阶段总共三个步骤，如下图所示：

　　其中，Step2.1就是一个Shuffle操作，它针对多个map任务的输出按照不同的分区（Partition）通过网络复制到不同的reduce任务节点上，这个过程就称作为Shuffle。

PS：Hadoop的shuffle过程就是从map端输出到reduce端输入之间的过程，这一段应该是Hadoop中最核心的部分，因为涉及到Hadoop中最珍贵的网络资源，所以shuffle过程中会有很多可以调节的参数，也有很多策略可以研究，这方面可以看看大神董西成的相关文章或他写的MapReduce相关书籍。

二、Shuffle过程浅析

　　上图中分为Map任务和Reduce任务两个阶段，从map端输出到reduce端的红色和绿色的线表示数据流的一个过程，也我们所要了解的Shuffle过程。

2.1 Map端

　　（1）在map端首先接触的是InputSplit，在InputSplit中含有DataNode中的数据，每一个InputSplit都会分配一个Mapper任务，Mapper任务结束后产生<K2,V2>的输出，这些输出先存放在缓存中，每个map有一个环形内存缓冲区，用于存储任务的输出。默认大小100MB（io.sort.mb属性），一旦达到阀值0.8(io.sort.spil l.percent)，一个后台线程就把内容写到(spill)Linux本地磁盘中的指定目录（mapred.local.dir）下的新建的一个溢出写文件。

总结：map过程的输出是写入本地磁盘而不是HDFS，但是一开始数据并不是直接写入磁盘而是缓冲在内存中，缓存的好处就是减少磁盘I/O的开销，提高合并和排序的速度。又因为默认的内存缓冲大小是100M（当然这个是可以配置的），所以在编写map函数的时候要尽量减少内存的使用，为shuffle过程预留更多的内存，因为该过程是最耗时的过程。

　　（2）写磁盘前，要进行partition、sort和combine等操作。通过分区，将不同类型的数据分开处理，之后对不同分区的数据进行排序，如果有Combiner，还要对排序后的数据进行combine。等最后记录写完，将全部溢出文件合并为一个分区且排序的文件。

　　（3）最后将磁盘中的数据送到Reduce中，从图中可以看出Map输出有三个分区，有一个分区数据被送到图示的Reduce任务中，剩下的两个分区被送到其他Reducer任务中。而图示的Reducer任务的其他的三个输入则来自其他节点的Map输出。

补充：在写磁盘的时候采用压缩的方式将map的输出结果进行压缩是一个减少网络开销很有效的方法！关于如何使用压缩，在本文第三部分会有介绍。

2.2 Reduce端

　　（1）Copy阶段：Reducer通过Http方式得到输出文件的分区。

　　reduce端可能从n个map的结果中获取数据，而这些map的执行速度不尽相同，当其中一个map运行结束时，reduce就会从JobTracker中获取该信息。map运行结束后TaskTracker会得到消息，进而将消息汇报给JobTracker，reduce定时从JobTracker获取该信息，reduce端默认有5个数据复制线程从map端复制数据。

　　（2）Merge阶段：如果形成多个磁盘文件会进行合并

　　从map端复制来的数据首先写到reduce端的缓存中，同样缓存占用到达一定阈值后会将数据写到磁盘中，同样会进行partition、combine、排序等过程。如果形成了多个磁盘文件还会进行合并，最后一次合并的结果作为reduce的输入而不是写入到磁盘中。
　　（3）Reducer的参数：最后将合并后的结果作为输入传入Reduce任务中。

总结：当Reducer的输入文件确定后，整个Shuffle操作才最终结束。之后就是Reducer的执行了，最后Reducer会把结果存到HDFS上。

三、Hadoop中的压缩

　　刚刚我们在了解Shuffle过程中看到，map端在写磁盘的时候采用压缩的方式将map的输出结果进行压缩是一个减少网络开销很有效的方法。其实，在Hadoop中早已为我们提供了一些压缩算法的实现，我们不用重复造轮子了。

3.1 解压缩算法的实现：Codec

　　Codec是Hadoop中关于压缩，解压缩的算法的实现，在Hadoop中，codec由CompressionCode的实现来表示。下面是一些常见压缩算法实现，如下图所示：

3.2 MapReduce的输出进行压缩

　　（1）MapReduce的输出属性如下所示

　　（2）在Java中如何针对输出设置压缩 ★★★

　　上图中在reduce端输出压缩使用了刚刚Codec中的Gzip算法，当然你也可以使用bzip2算法；

参考资料

（1）董西成，《Hadoop中shuffle阶段流程分析》：http://dongxicheng.org/mapreduce/hadoop-shuffle-phase/ （该文对Shuffle阶段的一些不足做出了分析，并给出了几个目前流行的解决办法）

（2）左坚，《Hadoop计算中的shuffle过程》：http://www.wnt.com.cn/html/news/tophome/top_xytd/top_xytd_jswz/bbs_service/20130711/111140562.html

（3）皮皮家的程序猿，《Hadoop中的shuffle过程》：http://www.cnblogs.com/zhangcm/archive/2012/11/23/2784495.html

（4）Suddenly，《MapReduce排序和分组》：http://www.cnblogs.com/sunddenly/p/4009751.html

作者：周旭龙

出处：http://edisonchou.cnblogs.com/

本文版权归作者和博客园共有，欢迎转载，但未经作者同意必须保留此段声明，且在文章页面明显位置给出原文链接。