一起学Hadoop——二次排序算法的实现

二次排序，从字面上可以理解为在对key排序的基础上对key所对应的值value排序，也叫辅助排序。一般情况下，MapReduce框架只对key排序，而不对key所对应的值排序，因此value的排序经常是不固定的。但是我们经常会遇到同时对key和value排序的需求，例如Hadoop权威指南中的求一年的高高气温，key为年份，value为最高气温，年份按照降序排列，气温按照降序排列。还有水果电商网站经常会有按天统计水果销售排行榜的需求等等，这些都是需要对key和value同时进行排序。如下图所示：

如何设计一个MapReduce程序解决对key和value同时排序的需求呢？这就需要用到组合键、分区、分组的概念。在这里又看到分区的影子，可知分区在MapReduce是多么的重要，一定要好好掌握，是优化的重点。

按照上图中数据流转的方向，我们首先设计一个Fruit类，有三个字段，分别是日期、水果名和销量，将日期、水果名和销量作为一个复合键；接着设计一个自定义Partition类，根据Fruit的日期字段分区，让相同日期的数据流向同一个partition分区中；最后定义一个分组类，实现同一个分区内的数据分组，然后按照销量字段进行二次排序。

具体实现思路：
1、定义Fruit类，实现WritableComparable接口，并且重写compareTo、equal和hashcode方法以及序列化和反序列化方法readFields和write方法。Java类要在网络上传输必须序列化和反序列化。在Map端的map函数中将Fruit对象当做key。compareTo方法用于比较两个key的大小，在本文中就是比较两个Fruit对象的排列顺序。

2、自定义第一次排序类，继承WritableComparable或者WritableComparator接口，重写compareTo或者compare方法，。就是在Map端对Fruit对象的第一个字段进行排序

3、自定义Partition类，实现Partitioner接口，并且重写getPartition方法，将日期相同的Fruit对象分发到同一个partition中。

4、定义分组类，继承WritableComparator接口，并且重写compare方法。用于比较同一分组内两个Fruit对象的排列顺序，根据销量字段比较。日期相同的Fruit对象会划分到同一个分组。通过setGroupingComparatorClass方法设置分组类。如果不设置分组类，则按照key默认的compare方法来对key进行排序。

代码如下：

import org.apache.hadoop.conf.Configured;
import org.apache.hadoop.io.WritableComparable;
import java.io.DataInput;
import java.io.DataOutput;
import java.io.IOException;
import org.apache.hadoop.io.*;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.TextInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.TextOutputFormat;
import org.apache.hadoop.util.Tool;
import org.apache.hadoop.util.ToolRunner;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

public class SecondrySort extends Configured implements Tool {

    static class Fruit implements WritableComparable<Fruit>{
        private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Fruit.class);
        private String date;
        private String name;
        private Integer sales;
        public Fruit(){
        }
        public Fruit(String date,String name,Integer sales){
            this.date = date;
            this.name = name;
            this.sales = sales;
        }

        public String getDate(){
            return this.date;
        }

        public String getName(){
            return this.name;
        }

        public Integer getSales(){
            return this.sales;
        }

        @Override
        public void readFields(DataInput in) throws IOException{
            this.date = in.readUTF();
            this.name = in.readUTF();
            this.sales = in.readInt();
        }

        @Override
        public void write(DataOutput out) throws IOException{
            out.writeUTF(this.date);
            out.writeUTF(this.name);
            out.writeInt(sales);
        }

        @Override
        public int compareTo(Fruit other) {
            int result1 = this.date.compareTo(other.getDate());
            if(result1 == 0) {
                int result2 = this.sales - other.getSales();
                if (result2 == 0) {
                    double result3 = this.name.compareTo(other.getName());
                    if(result3 > 0) return -1;
                    else if(result3 < 0) return 1;
                    else return 0;
                }else if(result2 >0){
                    return -1;
                }else if(result2 < 0){
                    return 1;
                }
            }else if(result1 > 0){
                return -1;
            }else{
                return 1;
            }
            return 0;
        }

        @Override
        public int hashCode(){
            return this.date.hashCode() * 157 + this.sales + this.name.hashCode();
        }

        @Override
        public boolean equals(Object object){
            if (object == null)
                return false;
            if (this == object)
                return true;
            if (object instanceof Fruit){
                Fruit r = (Fruit) object;
//                if(r.getDate().toString().equals(this.getDate().toString())){
                return r.getDate().equals(this.getDate()) && r.getName().equals(this.getName())
                        && this.getSales() == r.getSales();
            }else{
                return false;
            }
        }

        public String toString() {
            return this.date + " " + this.name + " " + this.sales;
        }

    }

    static class FruitPartition extends Partitioner<Fruit, NullWritable>{
        @Override
        public int getPartition(Fruit key, NullWritable value,int numPartitions){
            return Math.abs(Integer.parseInt(key.getDate()) * 127) % numPartitions;
        }
    }

    public static class GroupingComparator extends WritableComparator{
        protected GroupingComparator(){
            super(Fruit.class, true);
        }

        @Override
        public int compare(WritableComparable w1, WritableComparable w2){
            Fruit f1 = (Fruit) w1;
            Fruit f2 = (Fruit) w2;

            if(!f1.getDate().equals(f2.getDate())){
                return f1.getDate().compareTo(f2.getDate());
            }else{
                return f1.getSales().compareTo(f2.getSales());
            }
        }
    }

    public static class Map extends Mapper<LongWritable, Text, Fruit, NullWritable> {

        public void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
            String line = value.toString();
            String str[] = line.split(" ");
            Fruit fruit = new Fruit(str[0],str[1],new Integer(str[2]));
            //Fruit fruit = new Fruit();
            //fruit.set(str[0],str[1],new Integer(str[2]));
            context.write(fruit, NullWritable.get());
        }
    }

    public static class Reduce extends Reducer<Fruit, NullWritable, Text, NullWritable> {

        public void reduce(Fruit key, Iterable<NullWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
            String str = key.getDate() + " " + key.getName() + " " + key.getSales();
            context.write(new Text(str), NullWritable.get());
        }
    }

    @Override
    public int run(String[] args) throws Exception {
        Configuration conf = new Configuration();
        // 判断路径是否存在，如果存在，则删除
        Path mypath = new Path(args[1]);
        FileSystem hdfs = mypath.getFileSystem(conf);
        if (hdfs.isDirectory(mypath)) {
            hdfs.delete(mypath, true);
        }

        Job job = Job.getInstance(conf, "Secondry Sort app");
        // 设置主类
        job.setJarByClass(SecondrySort.class);

        // 输入路径
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(args[0]));
        // 输出路径
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));

        // Mapper
        job.setMapperClass(Map.class);
        // Reducer
        job.setReducerClass(Reduce.class);

        // 分区函数
        job.setPartitionerClass(FruitPartition.class);

        // 分组函数
        job.setGroupingComparatorClass(GroupingComparator.class);

        // map输出key类型
        job.setMapOutputKeyClass(Fruit.class);
        // map输出value类型
        job.setMapOutputValueClass(NullWritable.class);

        // reduce输出key类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        // reduce输出value类型
        job.setOutputValueClass(NullWritable.class);

        // 输入格式
        job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);
        // 输出格式
        job.setOutputFormatClass(TextOutputFormat.class);

        return job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        int exitCode = ToolRunner.run(new SecondrySort(), args);
        System.exit(exitCode);
    }
}

测试数据：

20180906 Apple 200
20180904 Apple 200
20180905 Banana 100
20180906 Orange 300
20180906 Banana 400
20180904 Orange 100
20180905 Apple 400
20180904 Banana 300
20180905 Orange 500

运行结果：

20180906 Banana 400
20180906 Orange 300
20180906 Apple 200
20180905 Orange 500
20180905 Apple 400
20180905 Banana 100
20180904 Banana 300
20180904 Apple 200
20180904 Orange 100

总结：

1、在使用实现WritableComparable接口的方式实现自定义比较器时，必须有一个无参的构造函数。否则会报Unable to initialize any output collector的错误。
2、readFields和write方法中处理字段的顺序必须一致，否则会报MapReduce Error: java.io.EOFException at java.io.DataInputStream.readFully(DataInputStream.java:197)的错误。

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