Spark性能优化(1)——序列化、内存、并行度、数据存储格式、Shuffle

序列化

背景：

在以下过程中，需要对数据进行序列化：

shuffling data时需要通过网络传输数据
RDD序列化到磁盘时

性能优化点：

Spark默认的序列化类型是Java序列化。Java序列化的优势是兼容性好，不需要自已注册类。劣势是性能差。
为提升性能，建议使用Kryo序列化替代默认的Java序列化。
Kryo序列化的优势是速度快，体积小，劣势是兼容性差，需要自已注册类。

序列化的配置项：spark.serializer

使用方法1

val conf = new SparkConf().setMaster(...).setAppName(...)

conf.registerKryoClasses(Array(classOf[MyClass1], classOf[MyClass2]))

val sc = new SparkContext(conf)

使用方法2

参考[Spark序列化与压缩]

注意：还外还有一个叫闭包序列化的配置项，此配置项只支持Java序列化：spark.closure.serializer

内存：容量规划

背景

Spark中负责具体计算任务的是executor。每个executor上的内存大小是可以配置的。从executor的内存中划出一定的比例用于RDD的缓存，其他内存用于Task的任务计算，比如保存新创建的对象等。executor的内存大小通过spark.executor.memory参数配置，默认是512M。上述比例通过spark.storage.memoryFraction参数配置，默认是0.6。即默认每个executor的内存是512M，其中512M*0.6=307.2M用于RDD缓存，其余 512M*0.4=204.8用于Task任务计算。

性能优化点：

如果executor报OOM内存不足，需要考虑增大spark.executor.memory。
如果频繁Full GC，可能是executor中用于Task任务计算的内存不足:

需要考虑降低spark.storage.memoryFraction的比例，即减小用于缓存的内存大小，增大用于Task任务计算的内存大小。
需要考虑优化RDD中的数据结构，减小数据占用的内存大小。
如果频繁Minor GC, 需要考虑增大年轻代内存的大小。

内存：优化数据结构

背景：通过优化RDD中存储的数据的数据结构，减小数据占用的内存空间大小。

性能优化点：

使用Set/Map等集合类型替代Iterator迭代器

Set/Map的查询速度接近O(1),而Iterator是O(n)

数据结构使用原始数据结构替代集合类

RDD中的数据结构使用Scala的原始数据结构替代List、Set等集合类，这样可以得到更好的性能。而fastutil库已经过优化，可以使用。

数据结构避免嵌套结构
数据结构避免使用String作为Key

Java中的String是常量，每个String需要额外占用几十个字节的空间，使用String作为Key效率不高。而且在shuffle过程中，需要比较Key。比较String效率不高。因此需要避免使用String作为Key。

内存：调整存储级别

默认的存储级别是MEMORY_ONLY，即以对象的形式只存储在内存中。如果内存不够用，一种优化方式是将存储级别改为MEMORYONLYSER。这种级别会在对象进行序列化后再存入内存，可以将占用的内存空间减小。

并行度：

背景1：Map Task的数量

RDD的map task的数量与Partition的数量相同。Partition的数量由创建Partition的方法中指定。

确定Partition数量的原则(优先级)：

参数中的numPartitions参数(比如parallelize方法的第二个参数,reduceByKey、groupByKey等方法中的第二个参数)
spark.default.parallelism参数
父RDD切片数

比如使用parallelize创建RDD，其Partition数量依如下顺序确定：
1. 方法的第二个参数 > 2. spark.default.parallelism参数 > 3. 按照“2-4 partitions for each CPU core”的原则自动设置partition的数量。

比如使用textfile方法创建RDD：其Partition数量依如下顺序确定： 1. 方法的第二个参数(大于实际的block数量) > 2. block数量。如果是HDFS，block大小默认是64MB或128MB。

比如使用reduceByKey方法创建RDD：其Partition数量依如下顺序确定：1. 方法的第二个参数 > 2. spark.default.parallelism参数 > 3. 所有依赖的RDD中，Partition最多的RDD的Partition的数量。

背景2：

Spark进行并行计算时，同时进行计算的Task数量并不是并行度设置的值，而是整个集群的CPU核数。因为每个CPU核，每次只能处理一个任务。

性能优化点：

假设有360G的数据需要处理。当前有三台服务器，每台服务器32个CPU核心，每台服务器256G内存。 spark.executor.memory为128G，cache比例为0.6。则每台服务器可用于Task计算的内存为：128G * 0.4 = 76.8G。

此时，如果并行度设置为120。则每台服务器上同时执行的Task数量为：32个（CPU核数）。同时执行的Task占用的内存为：(360G/120)*32核=96GB——仅输入数据的大小，不含中间对象等其他内存占用 96GB > 76.8。所以，此时必然会内存不足。

解决办法，提高并行度。比如调整到360。则：则每台服务器上同时执行的Task数量为：32个（CPU核数）。同时执行的Task占用的内存为：(360G/360)*32核=32GB——仅输入数据的大小，不含中间对象等其他内存占用 32GB > 76.8。

数据存储格式

当Spark只读取文件中的部分列时，此时可以将文件的存储格式设计为采用列存储格式。这有助于提升数据读取性能。

Shuffle过程优化

背景

一般情况下，Shuffle过程中，需要N*M个文件（N是Map任务数，M是Shuffle任务数）。过多的中间文件，可能会导致性能下降。

性能优化点

通过如下配置，可以合并部分Shuffle中间文件，减少中间文件数量：

spark.shuffle.consolidateFiles=true

参考文档

Spark性能优化的10大问题及其解决方案

Spark on Yarn：性能调优

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转：http://blog.cheyo.net/103.html