[Hadoop源码解读]（一）MapReduce篇之InputFormat
平时我们写MapReduce程序的时候，在设置输入格式的时候，总会调用形如job.setInputFormatClass(KeyValueTextInputFormat.class);来保证输入文件按照我们想要的格式被读取。所有的输入格式都继承于InputFormat，这是一个抽象类，其子类有专门用于读取普通文件的FileInputFormat，用来读取数据库的DBInputFormat等等。
其实，一个输入格式InputFormat，主要无非就是要解决如何将数据分割成分片[比如多少行为一个分片]，以及如何读取分片中的数据[比如按行读取]。前者由getSplits()完成，后者由RecordReader完成。
不同的InputFormat都会按自己的实现来读取输入数据并产生输入分片，一个输入分片会被单独的map task作为数据源。下面我们先看看这些输入分片(inputSplit)是什么样的。
InputSplit：
我们知道Mappers的输入是一个一个的输入分片，称InputSplit。InputSplit是一个抽象类，它在逻辑上包含了提供给处理这个InputSplit的Mapper的所有K-V对。
public abstract class InputSplit {
public abstract long getLength() throws IOException, InterruptedException;
public abstract
String[] getLocations() throws IOException, InterruptedException;
}
getLength()用来获取InputSplit的大小，以支持对InputSplits进行排序，而getLocations()则用来获取存储分片的位置列表。
我们来看一个简单InputSplit子类：FileSplit。
public class FileSplit extends InputSplit implements Writable {
private Path file;
private long start;
private long length;
private String[] hosts;
FileSplit() {}
public FileSplit(Path file, long start, long length, String[] hosts) {
this.file = file;
this.start = start;
this.length = length;
this.hosts = hosts;
}
//序列化、反序列化方法，获得hosts等等……
}
从上面的源码我们可以看到，一个FileSplit是由文件路径，分片开始位置，分片大小和存储分片数据的hosts列表组成，由这些信息我们就可以从输入文件中切分出提供给单个Mapper的输入数据。这些属性会在Constructor设置，我们在后面会看到这会在InputFormat的getSplits()中构造这些分片。
我们再看CombineFileSplit：
public class CombineFileSplit extends InputSplit implements Writable {
private Path[] paths;
private long[] startoffset;
private long[] lengths;
private String[] locations;
private long totLength;
public CombineFileSplit() {}
public CombineFileSplit(Path[] files, long[] start,
long[] lengths, String[] locations) {
initSplit(files, start, lengths, locations);
}
public CombineFileSplit(Path[] files, long[] lengths) {
long[] startoffset = new long[files.length];
for (int i = 0; i < startoffset.length; i++) {
startoffset[i] = 0;
}
String[] locations = new String[files.length];
for (int i = 0; i < locations.length; i++) {
locations[i] = "";
}
initSplit(files, startoffset, lengths, locations);
}
private void initSplit(Path[] files, long[] start,
long[] lengths, String[] locations) {
this.startoffset = start;
this.lengths = lengths;
this.paths = files;
this.totLength = 0;
this.locations = locations;
for(long length : lengths) {
totLength += length;
}
}
//一些getter和setter方法，和序列化方法
}
public class CombineFileSplit extends InputSplit implements Writable {
private Path[] paths;
private long[] startoffset;
private long[] lengths;
private String[] locations;
private long totLength;
public CombineFileSplit() {}
public CombineFileSplit(Path[] files, long[] start,
long[] lengths, String[] locations) {
initSplit(files, start, lengths, locations);
}
public CombineFileSplit(Path[] files, long[] lengths) {
long[] startoffset = new long[files.length];
for (int i = 0; i < startoffset.length; i++) {
startoffset[i] = 0;
}
String[] locations = new String[files.length];
for (int i = 0; i < locations.length; i++) {
locations[i] = "";
}
initSplit(files, startoffset, lengths, locations);
}
private void initSplit(Path[] files, long[] start,
long[] lengths, String[] locations) {
this.startoffset = start;
this.lengths = lengths;
this.paths = files;
this.totLength = 0;
this.locations = locations;
for(long length : lengths) {
totLength += length;
}
}
//一些getter和setter方法，和序列化方法
}
与FileSplit类似，CombineFileSplit同样包含文件路径，分片起始位置，分片大小和存储分片数据的host列表，由于CombineFileSplit是针对小文件的，它把很多小文件包在一个InputSplit内，这样一个Mapper就可以处理很多小文件。要知道我们上面的FileSplit是对应一个输入文件的，也就是说如果用FileSplit对应的FileInputFormat来作为输入格式，那么即使文件特别小，也是单独计算成一个输入分片来处理的。当我们的输入是由大量小文件组成的，就会导致有同样大量的InputSplit，从而需要同样大量的Mapper来处理，这将很慢，想想有一堆map task要运行！！这是不符合Hadoop的设计理念的，Hadoop是为处理大文件优化的。
最后介绍TagInputSplit，这个类就是封装了一个InputSplit，然后加了一些tags在里面满足我们需要这些tags数据的情况，我们从下面就可以一目了然。
class TaggedInputSplit extends InputSplit implements Configurable, Writable {
private Class<? extends InputSplit> inputSplitClass;
private InputSplit inputSplit;
@SuppressWarnings("unchecked")
private Class<? extends InputFormat> inputFormatClass;
@SuppressWarnings("unchecked")
private Class<? extends Mapper> mapperClass;
private Configuration conf;
//getters and setters，序列化方法，getLocations()、getLength()等
}
现在我们对InputSplit的概念有了一些了解，我们继续看它是怎么被使用和计算出来的。
InputFormat：
通过使用InputFormat，MapReduce框架可以做到：
1、验证作业的输入的正确性
2、将输入文件切分成逻辑的InputSplits，一个InputSplit将被分配给一个单独的Mapper task
3、提供RecordReader的实现，这个RecordReader会从InputSplit中正确读出一条一条的Ｋ－Ｖ对供Mapper使用。
public abstract class InputFormat<K, V> {
public abstract
List<InputSplit> getSplits(JobContext context
) throws IOException, InterruptedException;
public abstract
RecordReader<K,V> createRecordReader(InputSplit split,
TaskAttemptContext context
) throws IOException,
InterruptedException;
}
上面是InputFormat的源码，getSplits用来获取由输入文件计算出来的InputSplits，我们在后面会看到计算InputSplits的时候会考虑到输入文件是否可分割、文件存储时分块的大小和文件大小等因素；而createRecordReader()提供了前面第三点所说的RecordReader的实现，以将K-V对从InputSplit中正确读出来，比如LineRecordReader就以偏移值为key，一行的数据为value，这就使得所有其createRecordReader()返回了LineRecordReader的InputFormat都是以偏移值为key，一行数据为value的形式读取输入分片的。
FileInputFormat:
PathFilter被用来进行文件筛选，这样我们就可以控制哪些文件要作为输入，哪些不作为输入。PathFilter有一个accept(Path)方法，当接收的Path要被包含进来，就返回true，否则返回false。可以通过设置mapred.input.pathFilter.class来设置用户自定义的PathFilter。
public interface PathFilter {
boolean accept(Path path);
}
FileInputFormat是InputFormat的子类，它包含了一个MultiPathFilter，这个MultiPathFilter由一个过滤隐藏文件(名字前缀为'-'或'.')的PathFilter和一些可能存在的用户自定义的PathFilters组成，MultiPathFilter会在listStatus()方法中使用，而listStatus()方法又被getSplits()方法用来获取输入文件，也就是说实现了在获取输入分片前先进行文件过滤。
private static class MultiPathFilter implements PathFilter {
private List<PathFilter> filters;
public MultiPathFilter(List<PathFilter> filters) {
this.filters = filters;
}
public boolean accept(Path path) {
for (PathFilter filter : filters) {
if (!filter.accept(path)) {
return false;
}
}
return true;
}
}
这些PathFilter会在listStatus()方法中用到，listStatus()是用来获取输入数据列表的。
下面是FileInputFormat的getSplits()方法，它首先得到分片的最小值minSize和最大值maxSize，它们会被用来计算分片大小。可以通过设置mapred.min.split.size和mapred.max.split.size来设置。splits链表用来存储计算得到的输入分片，files则存储作为由listStatus()获取的输入文件列表。然后对于每个输入文件，判断是否可以分割，通过computeSplitSize计算出分片大小splitSize,计算方法是：Math.max(minSize, Math.min(maxSize, blockSize));也就是保证在minSize和maxSize之间，且如果minSize<=blockSize<=maxSize，则设为blockSize。然后我们根据这个splitSize计算出每个文件的inputSplits集合，然后加入分片列表splits中。注意到我们生成InputSplit的时候按上面说的使用文件路径，分片起始位置，分片大小和存放这个文件的hosts列表来创建。最后我们还设置了输入文件数量：mapreduce.input.num.files。
public List<InputSplit> getSplits(JobContext job
) throws IOException {
long minSize = Math.max(getFormatMinSplitSize(), getMinSplitSize(job));
long maxSize = getMaxSplitSize(job);
// generate splits
List<InputSplit> splits = new ArrayList<InputSplit>();
List<FileStatus>files = listStatus(job);
for (FileStatus file: files) {
Path path = file.getPath();
FileSystem fs = path.getFileSystem(job.getConfiguration());
long length = file.getLen();
BlockLocation[] blkLocations = fs.getFileBlockLocations(file, 0, length);
if ((length != 0) && isSplitable(job, path)) {
long blockSize = file.getBlockSize();
long splitSize = computeSplitSize(blockSize, minSize, maxSize);
long bytesRemaining = length;
while (((double) bytesRemaining)/splitSize > SPLIT_SLOP) {
int blkIndex = getBlockIndex(blkLocations, length-bytesRemaining);
splits.add(new FileSplit(path, length-bytesRemaining, splitSize,
blkLocations[blkIndex].getHosts()));
bytesRemaining -= splitSize;
}
if (bytesRemaining != 0) {
splits.add(new FileSplit(path, length-bytesRemaining, bytesRemaining,
blkLocations[blkLocations.length-1].getHosts()));
}
} else if (length != 0) {
splits.add(new FileSplit(path, 0, length, blkLocations[0].getHosts()));
} else {
//Create empty hosts array for zero length files
splits.add(new FileSplit(path, 0, length, new String[0]));
}
}
// Save the number of input files in the job-conf
job.getConfiguration().setLong(NUM_INPUT_FILES, files.size());
LOG.debug("Total # of splits: " + splits.size());
return splits;
}
//……setters and getters
}
就这样，利用FileInputFormat 的getSplits方法，我们就计算出了我们的作业的所有输入分片了。
那这些计算出来的分片是怎么被map读取出来的呢？就是InputFormat中的另一个方法createRecordReader(),FileInputFormat并没有对这个方法做具体的要求，而是交给子类自行去实现它。
RecordReader：
RecordReader是用来从一个输入分片中读取一个一个的K -V 对的抽象类，我们可以将其看作是在InputSplit上的迭代器。我们从类图中可以看到它的一些方法，最主要的方法就是nextKeyvalue()方法，由它获取分片上的下一个K-V 对。
我们再深入看看上面提到的RecordReader的一个子类：LineRecordReader。
LineRecordReader由一个FileSplit构造出来，start是这个FileSplit的起始位置，pos是当前读取分片的位置，end是分片结束位置，in是打开的一个读取这个分片的输入流，它是使用这个FileSplit对应的文件名来打开的。key和value则分别是每次读取的K-V对。然后我们还看到可以利用getProgress()来跟踪读取分片的进度，这个函数就是根据已经读取的K-V对占总K-V对的比例来显示进度的。
public class LineRecordReader extends RecordReader<LongWritable, Text> {
private static final Log LOG = LogFactory.getLog(LineRecordReader.class);
private CompressionCodecFactory compressionCodecs = null;
private long start;
private long pos;
private long end;
private LineReader in;
private int maxLineLength;
private LongWritable key = null;
private Text value = null;
//我们知道LineRecordReader是读取一个InputSplit的，它从InputSplit中不断以其定义的格式读取K-V对
//initialize函数主要是计算分片的始末位置，以及打开想要的输入流以供读取K-V对，输入流另外处理分片经过压缩的情况
public void initialize(InputSplit genericSplit,
TaskAttemptContext context) throws IOException {
FileSplit split = (FileSplit) genericSplit;
Configuration job = context.getConfiguration();
this.maxLineLength = job.getInt("mapred.linerecordreader.maxlength",
Integer.MAX_VALUE);
start = split.getStart();
end = start + split.getLength();
final Path file = split.getPath();
compressionCodecs = new CompressionCodecFactory(job);
final CompressionCodec codec = compressionCodecs.getCodec(file);
// open the file and seek to the start of the split
FileSystem fs = file.getFileSystem(job);
FSDataInputStream fileIn = fs.open(split.getPath());
boolean skipFirstLine = false;
if (codec != null) {
in = new LineReader(codec.createInputStream(fileIn), job);
end = Long.MAX_VALUE;
} else {
if (start != 0) {
skipFirstLine = true;
--start;
fileIn.seek(start);
}
in = new LineReader(fileIn, job);
}
if (skipFirstLine) { // skip first line and re-establish "start".
start += in.readLine(new Text(), 0,
(int)Math.min((long)Integer.MAX_VALUE, end - start));
}
this.pos = start;
}
public boolean nextKeyValue() throws IOException {
if (key == null) {
key = new LongWritable();
}
key.set(pos); //对于LineRecordReader来说，它以偏移值为key，以一行为value
if (value == null) {
value = new Text();
}
int newSize = 0;
while (pos < end) {
newSize = in.readLine(value, maxLineLength,
Math.max((int)Math.min(Integer.MAX_VALUE, end-pos),
maxLineLength));
if (newSize == 0) {
break;
}
pos += newSize;
if (newSize < maxLineLength) {
break;
}
// line too long. try again
LOG.info("Skipped line of size " + newSize + " at pos " +
(pos - newSize));
}
if (newSize == 0) {
key = null;
value = null;
return false;
} else {
return true;
}
}
@Override
public LongWritable getCurrentKey() {
return key;
}
@Override
public Text getCurrentValue() {
return value;
}
/**
* Get the progress within the split
*/
public float getProgress() {
if (start == end) {
return 0.0f;
} else {
return Math.min(1.0f, (pos - start) / (float)(end - start));//读取进度由已读取InputSplit大小比总InputSplit大小
}
}
public synchronized void close() throws IOException {
if (in != null) {
in.close();
}
}
}
其它的一些RecordReader如SequenceFileRecordReader，CombineFileRecordReader.java等则对应不同的InputFormat。
下面继续看看这些RecordReader是如何被MapReduce框架使用的。
我们先看看Mapper.class是什么样的：
public class Mapper<KEYIN, VALUEIN, KEYOUT, VALUEOUT> {
public class Context
extends MapContext<KEYIN,VALUEIN,KEYOUT,VALUEOUT> {
public Context(Configuration conf, TaskAttemptID taskid,
RecordReader<KEYIN,VALUEIN> reader,
RecordWriter<KEYOUT,VALUEOUT> writer,
OutputCommitter committer,
StatusReporter reporter,
InputSplit split) throws IOException, InterruptedException {
super(conf, taskid, reader, writer, committer, reporter, split);
}
}
/**
* Called once at the beginning of the task.
*/
protected void setup(Context context
) throws IOException, InterruptedException {
// NOTHING
}
/**
* Called once for each key/value pair in the input split. Most applications
* should override this, but the default is the identity function.
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
protected void map(KEYIN key, VALUEIN value,
Context context) throws IOException, InterruptedException {
context.write((KEYOUT) key, (VALUEOUT) value);
}
/**
* Called once at the end of the task.
*/
protected void cleanup(Context context
) throws IOException, InterruptedException {
// NOTHING
}
/**
* Expert users can override this method for more complete control over the
* execution of the Mapper.
* @param context
* @throws IOException
*/
public void run(Context context) throws IOException, InterruptedException {
setup(context);
while (context.nextKeyValue()) {
map(context.getCurrentKey(), context.getCurrentValue(), context);
}
cleanup(context);
}
我们写MapReduce程序的时候，我们写的mapper都要继承这个Mapper.class，通常我们会重写map()方法，map()每次接受一个K-V对，然后我们对这个K-V对进行处理，再分发出处理后的数据。我们也可能重写setup()以对这个map task进行一些预处理，比如创建一个List之类的；我们也可能重写cleanup()方法对做一些处理后的工作，当然我们也可能在cleanup()中写出K-V对。举个例子就是：InputSplit的数据是一些整数，然后我们要在mapper中算出它们的和。我们就可以在先设置个sum属性，然后map()函数处理一个K-V对就是将其加到sum上，最后在cleanup()函数中调用context.write(key,value);
最后我们看看Mapper.class中的run()方法，它相当于map task的驱动，我们可以看到run()方法首先调用setup()进行初始操作，然后对每个context.nextKeyValue()获取的K-V对，就调用map()函数进行处理，最后调用cleanup()做最后的处理。事实上，从text他.nextKeyValue()就是使用了相应的RecordReader来获取K-V对的。
我们看看Mapper.class中的Context类，它继承与MapContext，使用了一个RecordReader进行构造。下面我们再看这个MapContext。
public class MapContext<KEYIN,VALUEIN,KEYOUT,VALUEOUT>
extends TaskInputOutputContext<KEYIN,VALUEIN,KEYOUT,VALUEOUT> {
private RecordReader<KEYIN,VALUEIN> reader;
private InputSplit split;
public MapContext(Configuration conf, TaskAttemptID taskid,
RecordReader<KEYIN,VALUEIN> reader,
RecordWriter<KEYOUT,VALUEOUT> writer,
OutputCommitter committer,
StatusReporter reporter,
InputSplit split) {
super(conf, taskid, writer, committer, reporter);
this.reader = reader;
this.split = split;
}
/**
* Get the input split for this map.
*/
public InputSplit getInputSplit() {
return split;
}
@Override
public KEYIN getCurrentKey() throws IOException, InterruptedException {
return reader.getCurrentKey();
}
@Override
public VALUEIN getCurrentValue() throws IOException, InterruptedException {
return reader.getCurrentValue();
}
@Override
public boolean nextKeyValue() throws IOException, InterruptedException {
return reader.nextKeyValue();
}
}
我们可以看到MapContext直接是使用传入的RecordReader来进行K-V对的读取了。
到现在，我们已经知道输入文件是如何被读取、过滤、分片、读出K-V对，然后交给我们的Mapper类来处理的了。
最后，我们来看看FileInputFormat的几个子类。
TextInputFormat:
TextInputFormat是FileInputFormat的子类，其createRecordReader()方法返回的就是LineRecordReader。
public class TextInputFormat extends FileInputFormat<LongWritable, Text> {
@Override
public RecordReader<LongWritable, Text>
createRecordReader(InputSplit split,
TaskAttemptContext context) {
return new LineRecordReader();
}
@Override
protected boolean isSplitable(JobContext context, Path file) {
CompressionCodec codec =
new CompressionCodecFactory(context.getConfiguration()).getCodec(file);
return codec == null;
}
}
我们还看到isSplitable()方法，当文件使用压缩的形式，这个文件就不可分割，否则就读取不到正确的数据了。这从某种程度上将影响分片的计算。有时我们希望一个文件只被一个Mapper处理的时候，我们就可以重写isSplitable()方法，告诉MapReduce框架，我哪些文件可以分割，哪些文件不能分割而只能作为一个分片。
NLineInputFormat;
public class NLineInputFormat extends FileInputFormat<LongWritable, Text> {
public static final String LINES_PER_MAP =
"mapreduce.input.lineinputformat.linespermap";
public RecordReader<LongWritable, Text> createRecordReader(
InputSplit genericSplit, TaskAttemptContext context)
throws IOException {
context.setStatus(genericSplit.toString());
return new LineRecordReader();
}
/**
* Logically splits the set of input files for the job, splits N lines
* of the input as one split.
*
* @see FileInputFormat#getSplits(JobContext)
*/
public List<InputSplit> getSplits(JobContext job)
throws IOException {
List<InputSplit> splits = new ArrayList<InputSplit>();
int numLinesPerSplit = getNumLinesPerSplit(job);
for (FileStatus status : listStatus(job)) {
splits.addAll(getSplitsForFile(status,
job.getConfiguration(), numLinesPerSplit));
}
return splits;
}
public static List<FileSplit> getSplitsForFile(FileStatus status,
Configuration conf, int numLinesPerSplit) throws IOException {
List<FileSplit> splits = new ArrayList<FileSplit> ();
Path fileName = status.getPath();
if (status.isDir()) {
throw new IOException("Not a file: " + fileName);
}
FileSystem fs = fileName.getFileSystem(conf);
LineReader lr = null;
try {
FSDataInputStream in = fs.open(fileName);
lr = new LineReader(in, conf);
Text line = new Text();
int numLines = 0;
long begin = 0;
long length = 0;
int num = -1;
while ((num = lr.readLine(line)) > 0) {
numLines++;
length += num;
if (numLines == numLinesPerSplit) {
// NLineInputFormat uses LineRecordReader, which always reads
// (and consumes) at least one character out of its upper split
// boundary. So to make sure that each mapper gets N lines, we
// move back the upper split limits of each split
// by one character here.
if (begin == 0) {
splits.add(new FileSplit(fileName, begin, length - 1,
new String[] {}));
} else {
splits.add(new FileSplit(fileName, begin - 1, length,
new String[] {}));
}
begin += length;
length = 0;
numLines = 0;
}
}
if (numLines != 0) {
splits.add(new FileSplit(fileName, begin, length, new String[]{}));
}
} finally {
if (lr != null) {
lr.close();
}
}
return splits;
}
/**
* Set the number of lines per split
* @param job the job to modify
* @param numLines the number of lines per split
*/
public static void setNumLinesPerSplit(Job job, int numLines) {
job.getConfiguration().setInt(LINES_PER_MAP, numLines);
}
/**
* Get the number of lines per split
* @param job the job
* @return the number of lines per split
*/
public static int getNumLinesPerSplit(JobContext job) {
return job.getConfiguration().getInt(LINES_PER_MAP, 1);
}
现在，我们对Hadoop的输入格式和其在MapReduce中如何被使用有了具体的了解了。
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