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Hadoop——MapReduce（框架原理）

第一章 InputFormat数据输入

1.1 切片与MapTask并行度决定机制

1）问题引出
MapTask的并行度决定Map阶段的任务处理并发度，进而影响到整个Job的处理速度。

思考：1G的数据，启动8个MapTask，可以提高集群的并发处理能力。那么1K的数据，也启动8个MapTask，会提高集群性能吗？MapTask并行任务是否越多越好呢？哪些因素影响了MapTask并行度？

2）MapTask并行度决定机制

数据块：Block是HDFS物理上把数据分成一块一块。数据块是HDFS存储数据单位。
数据切片：数据切片只是在逻辑上对输入进行分片，并不会在磁盘上将其切分成片进行存储。数据切片是MapReduce程序计算输入数据的单位，一个切片会对应启动一个MapTask。

切片设置成100M的时候造成了数据块不在一个节点上，要跨节点通信，开销大。

切片大小同数据块大小相同时，效率最高。

1.2 Job提交流程源码和切片源码详解

1）Job提交流程源码详解

waitForCompletion()

submit();

// 1建立连接
    connect();    
        // 1）创建提交Job的代理
        new Cluster(getConfiguration());
            // （1）判断是本地运行环境还是yarn集群运行环境
            initialize(jobTrackAddr, conf);

// 2 提交job
submitter.submitJobInternal(Job.this, cluster)

    // 1）创建给集群提交数据的Stag路径
    Path jobStagingArea = JobSubmissionFiles.getStagingDir(cluster, conf);

    // 2）获取jobid ，并创建Job路径
    JobID jobId = submitClient.getNewJobID();

    // 3）拷贝jar包到集群
copyAndConfigureFiles(job, submitJobDir);    
    rUploader.uploadFiles(job, jobSubmitDir);

    // 4）计算切片，生成切片规划文件
writeSplits(job, submitJobDir);
        maps = writeNewSplits(job, jobSubmitDir);
        input.getSplits(job);

    // 5）向Stag路径写XML配置文件
writeConf(conf, submitJobFile);
    conf.writeXml(out);

    // 6）提交Job,返回提交状态
status = submitClient.submitJob(jobId, submitJobDir.toString(), job.getCredentials());

2）FileInputFormat切片源码解析（input.getSplits(job)）

1.3 FileInputFormat切片机制

切片大小参数配置

1.4 TextInputFormat

1）FileInputFormat实现类
思考：在运行MapReduce程序时，输入的文件格式包括：基于行的日志文件、二进制格式文件、数据库表等。那么，针对不同的数据类型，MapReduce是如何读取这些数据的呢？

FileInputFormat常见的接口实现类包括：TextInputFormat、KeyValueTextInputFormat、NLineInputFormat、CombineTextInputFormat和自定义InputFormat等。

2）TextInputFormat

TextInputFormat是默认的FileInputFormat实现类。按行读取每条记录。键是存储该行在整个文件中的起始字节偏移量， LongWritable类型。值是这行的内容，不包括任何行终止符（换行符和回车符），Text类型。

以下是一个示例，比如，一个分片包含了如下4条文本记录。

Rich learning form
Intelligent learning engine
Learning more convenient
From the real demand for more close to the enterprise

每条记录表示为以下键/值对：

(0,Rich learning form)
(20,Intelligent learning engine)
(49,Learning more convenient)
(74,From the real demand for more close to the enterprise)

1.5 CombineTextInputFormat切片机制

框架默认的TextInputFormat切片机制是对任务按文件规划切片，不管文件多小，都会是一个单独的切片，都会交给一个MapTask，这样如果有大量小文件，就会产生大量的MapTask，处理效率极其低下。

1）应用场景：
CombineTextInputFormat用于小文件过多的场景，它可以将多个小文件从逻辑上规划到一个切片中，这样，多个小文件就可以交给一个MapTask处理。

2）虚拟存储切片最大值设置

CombineTextInputFormat.setMaxInputSplitSize(job, 4194304);// 4m

注意：虚拟存储切片最大值设置最好根据实际的小文件大小情况来设置具体的值。

3）切片机制
生成切片过程包括：虚拟存储过程和切片过程二部分。

（1）虚拟存储过程：
将输入目录下所有文件大小，依次和设置的setMaxInputSplitSize值比较，如果不大于设置的最大值，逻辑上划分一个块。如果输入文件大于设置的最大值且大于两倍，那么以最大值切割一块；当剩余数据大小超过设置的最大值且不大于最大值2倍，此时将文件均分成2个虚拟存储块（防止出现太小切片）。
例如setMaxInputSplitSize值为4M，输入文件大小为8.02M，则先逻辑上分成一个4M。剩余的大小为4.02M，如果按照4M逻辑划分，就会出现0.02M的小的虚拟存储文件，所以将剩余的4.02M文件切分成（2.01M和2.01M）两个文件。
（2）切片过程：

判断虚拟存储的文件大小是否大于setMaxInputSplitSize值，大于等于则单独形成一个切片。
如果不大于则跟下一个虚拟存储文件进行合并，共同形成一个切片。
测试举例：有4个小文件大小分别为1.7M、5.1M、3.4M以及6.8M这四个小文件，则虚拟存储之后形成6个文件块，大小分别为：1.7M，（2.55M、2.55M），3.4M以及（3.4M、3.4M）最终会形成3个切片，大小分别为：（1.7+2.55）M，（2.55+3.4）M，（3.4+3.4）M

1.6 CombineTextInputFormat案例实操

1）需求
将输入的大量小文件合并成一个切片统一处理。
（1）输入数据
准备4个小文件

（2）期望
期望一个切片处理4个文件
2）实现过程
（1）不做任何处理，运行1.8节的WordCount案例程序，观察切片个数为4。

number of splits:4

（2）在WordcountDriver中增加如下代码，运行程序，并观察运行的切片个数为3。
（a）驱动类中添加代码如下：

// 如果不设置InputFormat，它默认用的是TextInputFormat.class
job.setInputFormatClass(CombineTextInputFormat.class);

//虚拟存储切片最大值设置4m
CombineTextInputFormat.setMaxInputSplitSize(job, 4194304);

（b）运行如果为3个切片。

number of splits:3

（3）在WordcountDriver中增加如下代码，运行程序，并观察运行的切片个数为1。
（a）驱动中添加代码如下：

// 如果不设置InputFormat，它默认用的是TextInputFormat.class
job.setInputFormatClass(CombineTextInputFormat.class);

//虚拟存储切片最大值设置20m
CombineTextInputFormat.setMaxInputSplitSize(job, 20971520);

（b）运行如果为1个切片

number of splits:1

第二章 MapReduce工作流程

2.1 Map阶段

首先有一个200M的待处理文件

切片：在客户端提交之前，根据参数配置，进行任务规划，将文件按128M每块进行切片

提交：提交可以提交到本地工作环境或者Yarn工作环境，本地只需要提交切片信息和xml配置文件，Yarn环境还需要提交jar包；本地环境一般只作为测试用

提交时会将每个任务封装为一个job交给Yarn来处理（详细见后边的Yarn工作流程介绍），计算出MapTask数量（等于切片数量），每个MapTask并行执行

MapTask中执行Mapper的map方法，此方法需要k和v作为输入参数，所以会首先获取kv值；首先调用InputFormat方法，默认为TextInputFormat方法，在此方法调用createRecoderReader方法，将每个块文件封装为k，v键值对，传递给map方法

map方法首先进行一系列的逻辑操作，执行完成后最后进行写操作

map方法如果直接写给reduce的话，相当于直接操作磁盘，太多的IO操作，使得效率太低，所以在map和reduce中间还有一个shuffle操作

map处理完成相关的逻辑操作之后，首先通过outputCollector向环形缓冲区写入数据，环形缓冲区主要两部分，一部分写入文件的元数据信息，另一部分写入文件的真实内容

环形缓冲区的默认大小是100M，当缓冲的容量达到默认大小的80%时，进行反向溢写

在溢写之前会将缓冲区的数据按照指定的分区规则进行分区和排序（快速排序），之所以反向溢写是因为这样就可以边接收数据边往磁盘溢写数据

在分区和排序之后，溢写到磁盘，可能发生多次溢写，溢写到多个文件

对所有溢写到磁盘的文件进行归并排序

在9到10步之间还可以有一个Combine合并操作，意义是对每个MapTask的输出进行局部汇总，以减少网络传输量

Map阶段的进程数比Reduce阶段要多，所以放在Map阶段处理效率更高

Map阶段合并之后，传递给Reduce的数据就会少很多

但是Combiner能够应用的前提是不能影响最终的业务逻辑，而且Combiner的输出kv要和Reduce的输入kv类型对应起来

整个MapTask分为Read阶段，Map阶段，Collect阶段，溢写（spill）阶段和Merge阶段

（1）Read阶段：MapTask通过InputFormat获得的RecordReader，从输入InputSplit中解析出一个个<key,value>。

（2）Map阶段：该节点主要是将解析出的<key,value>交给用户编写map()函数处理，并产生一系列新的<key,value>。
（3）Collect收集阶段：在用户编写map()函数中，当数据处理完成后，一般会调用OutputCollector.collect()输出结果。在该函数内部，它会将生成的<key,value>分区（调用Partitioner），并写入一个环形内存缓冲区中。
（4）Spill阶段：即“溢写”，当环形缓冲区满后，MapReduce会将数据写到本地磁盘上，生成一个临时文件。需要注意的是，将数据写入本地磁盘之前，先要对数据进行一次本地排序，并在必要时对数据进行合并、压缩等操作。
溢写阶段详情：

步骤1：利用快速排序算法对缓存区内的数据进行排序，排序方式是，先按照分区编号Partition进行排序，然后按照key进行排序。这样，经过排序后，数据以分区为单位聚集在一起，且同一分区内所有数据按照key有序。
步骤2：按照分区编号由小到大依次将每个分区中的数据写入任务工作目录下的临时文件output/spillN.out（N表示当前溢写次数）中。如果用户设置了Combiner，则写入文件之前，对每个分区中的数据进行一次聚集操作。
步骤3：将分区数据的元信息写到内存索引数据结构SpillRecord中，其中每个分区的元信息包括在临时文件中的偏移量、压缩前数据大小和压缩后数据大小。如果当前内存索引大小超过1MB，则将内存索引写到文件output/spillN.out.index中。

Map Task为何将处理结果写入本地磁盘？

（1）首先，Map Task不能够将数据写入内存，因为一个集群中可能会同时运行多个作业，且每个作业可能分成多批运行Map Task，显然，将计算结果直接写入内存会耗光机器的内存；
（2）其次，MapReduce采用的是动态调度策略，这意味着，一开始只有Map Task执行，而Reduce Task处于未调度状态，因此无法将Map Task计算结果直接发送给Reduce Task。
（3）将Map Task写入本地磁盘，使得Reduce Task执行失败时可直接从磁盘上再次读取各个Map Task的结果，而无需让所有Map Task重新执行。

总之，Map Task将处理结果写入本地磁盘主要目的是减少内存存储压力和容错。

（5）Merge阶段：当所有数据处理完成后，MapTask对所有临时文件进行一次合并，以确保最终只会生成一个数据文件。
   当所有数据处理完后，MapTask会将所有临时文件合并成一个大文件，并保存到文件output/file.out中，同时生成相应的索引文件output/file.out.index。
   在进行文件合并过程中，MapTask以分区为单位进行合并。对于某个分区，它将采用多轮递归合并的方式。每轮合并mapreduce.task.io.sort.factor（默认10）个文件，并将产生的文件重新加入待合并列表中，对文件排序后，重复以上过程，直到最终得到一个大文件。
   让每个MapTask最终只生成一个数据文件，可避免同时打开大量文件和同时读取大量小文件产生的随机读取带来的开销。

为何每个MapTask最终只生成一个数据文件？

如果每个Map Task产生多个数据文件（比如每个 Map Task 为每个Reduce Task产生一个文件），则会产生大量中间小文件，这将大大降低文件读取性能，并严重影响系统扩展性（M个Map Task和R个Reduce Task 可能产生M*R个小文件）

2.2 Reduce阶段

所有的MapTask任务完成后，启动相应数量的ReduceTask（和分区数量相同），并告知ReduceTask处理数据的范围
ReduceTask会将MapTask处理完的数据拷贝一份到磁盘中，并合并文件和归并排序
最后将数据传给reduce进行处理，一次读取一组数据
最后通过OutputFormat输出

整个ReduceTask分为Copy阶段，Merge阶段，Sort阶段（Merge和Sort可以合并为一个），Reduce阶段。

（1）Copy阶段：ReduceTask从各个MapTask上远程拷贝一片数据，并针对某一片数据，如果其大小超过一定阈值，则写到磁盘上，否则直接放到内存中

（2）Merge阶段：在远程拷贝数据的同时，ReduceTask启动了两个后台线程对内存和磁盘上的文件进行合并，以防止内存使用过多或磁盘上文件过多

（3）Sort阶段：按照MapReduce语义，用户编写reduce()函数输入数据是按key进行聚集的一组数据。为了将key相同的数据聚在一起，Hadoop采用了基于排序的策略。由于各个MapTask已经实现对自己的处理结果进行了局部排序，因此，ReduceTask只需对所有数据进行一次归并排序即可

（4）Reduce阶段：reduce()函数将计算结果写到HDFS上

ReduceTask并行度决定机制

回顾：MapTask并行度由切片个数决定，切片个数由输入文件和切片规则决定。

思考：ReduceTask并行度由谁决定？
1）设置ReduceTask并行度（个数）
ReduceTask的并行度同样影响整个Job的执行并发度和执行效率，但与MapTask的并发数由切片数决定不同，ReduceTask数量的决定是可以直接手动设置：

// 默认值是1，手动设置为4
job.setNumReduceTasks(4);

2）实验：测试ReduceTask多少合适
（1）实验环境：1个Master节点，16个Slave节点：CPU:8GHZ，内存: 2G
（2）实验结论：

表改变ReduceTask（数据量为1GB）

MapTask =16
ReduceTask	1	5	10	15	16	20	25	30	45	60
总时间	892	146	110	92	88	100	128	101	145	104

ReduceTask为16时，效果最好。

上面的流程是整个MapReduce最全工作流程，但是Shuffle过程只是从第7步开始到第16步结束，具体Shuffle过程详解，如下：
（1）MapTask收集我们的map()方法输出的kv对，放到内存缓冲区中
（2）从内存缓冲区不断溢出本地磁盘文件，可能会溢出多个文件
（3）多个溢出文件会被合并成大的溢出文件
（4）在溢出过程及合并的过程中，都要调用Partitioner进行分区和针对key进行排序
（5）ReduceTask根据自己的分区号，去各个MapTask机器上取相应的结果分区数据
（6）ReduceTask会抓取到同一个分区的来自不同MapTask的结果文件，ReduceTask会将这些文件再进行合并（归并排序）
（7）合并成大文件后，Shuffle的过程也就结束了，后面进入ReduceTask的逻辑运算过程（从文件中取出一个一个的键值对Group，调用用户自定义的reduce()方法）
注意：
（1）Shuffle中的缓冲区大小会影响到MapReduce程序的执行效率，原则上说，缓冲区越大，磁盘io的次数越少，执行速度就越快。
（2）缓冲区的大小可以通过参数调整，参数：mapreduce.task.io.sort.mb默认100M。

第三章 Shuffle机制

3.1 Shuffle机制

Map方法之后，Reduce方法之前的数据处理过程称之为Shuffle。

3.2 Partition分区

3.3 Partition分区案例实操

1）需求
将统计结果按照手机归属地不同省份输出到不同文件中（分区）
（1）输入数据

（2）期望输出数据
手机号136、137、138、139开头都分别放到一个独立的4个文件中，其他开头的放到一个文件中。
2）需求分析

3）在案例2.3的基础上，增加一个分区类

package com.atguigu.mapreduce.partitioner;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner;

public class ProvincePartitioner extends Partitioner<Text, FlowBean> {

    @Override
    public int getPartition(Text text, FlowBean flowBean, int numPartitions) {
        //获取手机号前三位prePhone
        String phone = text.toString();
        String prePhone = phone.substring(0, 3);

        //定义一个分区号变量partition,根据prePhone设置分区号
        int partition;

        if("136".equals(prePhone)){
            partition = 0;
        }else if("137".equals(prePhone)){
            partition = 1;
        }else if("138".equals(prePhone)){
            partition = 2;
        }else if("139".equals(prePhone)){
            partition = 3;
        }else {
            partition = 4;
        }

        //最后返回分区号partition
        return partition;
    }
}

4）在驱动函数中增加自定义数据分区设置和ReduceTask设置

package com.atguigu.mapreduce.partitioner;
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
import java.io.IOException;

public class FlowDriver {

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InterruptedException {

        //1 获取job对象
        Configuration conf = new Configuration();
        Job job = Job.getInstance(conf);

        //2 关联本Driver类
        job.setJarByClass(FlowDriver.class);

        //3 关联Mapper和Reducer
        job.setMapperClass(FlowMapper.class);
        job.setReducerClass(FlowReducer.class);

        //4 设置Map端输出数据的KV类型
        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(FlowBean.class);

        //5 设置程序最终输出的KV类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(FlowBean.class);

        //8 指定自定义分区器
        job.setPartitionerClass(ProvincePartitioner.class);

        //9 同时指定相应数量的ReduceTask
        job.setNumReduceTasks(5);

        //6 设置输入输出路径
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path("D:\\inputflow"));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path("D\\partitionout"));

        //7 提交Job
        boolean b = job.waitForCompletion(true);
        System.exit(b ? 0 : 1);
    }
}

3.4 WritableComparable排序

排序分类

自定义排序WritableComparable原理分析
bean对象做为key传输，需要实现WritableComparable接口重写compareTo方法，就可以实现排序。

@Override
public int compareTo(FlowBean bean) {

    int result;
        
    // 按照总流量大小，倒序排列
    if (this.sumFlow > bean.getSumFlow()) {
        result = -1;
    }else if (this.sumFlow < bean.getSumFlow()) {
        result = 1;
    }else {
        result = 0;
    }

    return result;
}

3.5 WritableComparable全排序

代码实现
（1）FlowBean对象在在需求1基础上增加了比较功能

package com.atguigu.mapreduce.writablecompable;

import org.apache.hadoop.io.WritableComparable;
import java.io.DataInput;
import java.io.DataOutput;
import java.io.IOException;

public class FlowBean implements WritableComparable<FlowBean> {

    private long upFlow; //上行流量
    private long downFlow; //下行流量
    private long sumFlow; //总流量

    //提供无参构造
    public FlowBean() {
    }

    //生成三个属性的getter和setter方法
    public long getUpFlow() {
        return upFlow;
    }

    public void setUpFlow(long upFlow) {
        this.upFlow = upFlow;
    }

    public long getDownFlow() {
        return downFlow;
    }

    public void setDownFlow(long downFlow) {
        this.downFlow = downFlow;
    }

    public long getSumFlow() {
        return sumFlow;
    }

    public void setSumFlow(long sumFlow) {
        this.sumFlow = sumFlow;
    }

    public void setSumFlow() {
        this.sumFlow = this.upFlow + this.downFlow;
    }

    //实现序列化和反序列化方法,注意顺序一定要一致
    @Override
    public void write(DataOutput out) throws IOException {
        out.writeLong(this.upFlow);
        out.writeLong(this.downFlow);
        out.writeLong(this.sumFlow);

    }

    @Override
    public void readFields(DataInput in) throws IOException {
        this.upFlow = in.readLong();
        this.downFlow = in.readLong();
        this.sumFlow = in.readLong();
    }

    //重写ToString,最后要输出FlowBean
    @Override
    public String toString() {
        return upFlow + "\t" + downFlow + "\t" + sumFlow;
    }

    @Override
    public int compareTo(FlowBean o) {

        //按照总流量比较,倒序排列
        if(this.sumFlow > o.sumFlow){
            return -1;
        }else if(this.sumFlow < o.sumFlow){
            return 1;
        }else {
            return 0;
        }
    }
}

（2）编写Mapper类

package com.atguigu.mapreduce.writablecompable;

import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import java.io.IOException;

public class FlowMapper extends Mapper<LongWritable, Text, FlowBean, Text> {
    private FlowBean outK = new FlowBean();
    private Text outV = new Text();

    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {

        //1 获取一行数据
        String line = value.toString();

        //2 按照"\t",切割数据
        String[] split = line.split("\t");

        //3 封装outK outV
        outK.setUpFlow(Long.parseLong(split[1]));
        outK.setDownFlow(Long.parseLong(split[2]));
        outK.setSumFlow();
        outV.set(split[0]);

        //4 写出outK outV
        context.write(outK,outV);
    }
}

（3）编写Reducer类

package com.atguigu.mapreduce.writablecompable;

import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import java.io.IOException;

public class FlowReducer extends Reducer<FlowBean, Text, Text, FlowBean> {
    @Override
    protected void reduce(FlowBean key, Iterable<Text> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {

        //遍历values集合,循环写出,避免总流量相同的情况
        for (Text value : values) {
            //调换KV位置,反向写出
            context.write(value,key);
        }
    }
}

（4）编写Driver类

package com.atguigu.mapreduce.writablecompable;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
import java.io.IOException;

public class FlowDriver {

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InterruptedException {

        //1 获取job对象
        Configuration conf = new Configuration();
        Job job = Job.getInstance(conf);

        //2 关联本Driver类
        job.setJarByClass(FlowDriver.class);

        //3 关联Mapper和Reducer
        job.setMapperClass(FlowMapper.class);
        job.setReducerClass(FlowReducer.class);

        //4 设置Map端输出数据的KV类型
        job.setMapOutputKeyClass(FlowBean.class);
        job.setMapOutputValueClass(Text.class);

        //5 设置程序最终输出的KV类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(FlowBean.class);

        //6 设置输入输出路径
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path("D:\\inputflow2"));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path("D:\\comparout"));

        //7 提交Job
        boolean b = job.waitForCompletion(true);
        System.exit(b ? 0 : 1);
    }
}

3.6 WritableComparable区内排序

1）需求
要求每个省份手机号输出的文件中按照总流量内部排序。
2）需求分析
基于前一个需求，增加自定义分区类，分区按照省份手机号设置。

3）案例实操
（1）增加自定义分区类

package com.atguigu.mapreduce.partitionercompable;

import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner;

public class ProvincePartitioner2 extends Partitioner<FlowBean, Text> {

    @Override
    public int getPartition(FlowBean flowBean, Text text, int numPartitions) {
        //获取手机号前三位
        String phone = text.toString();
        String prePhone = phone.substring(0, 3);

        //定义一个分区号变量partition,根据prePhone设置分区号
        int partition;
        if("136".equals(prePhone)){
            partition = 0;
        }else if("137".equals(prePhone)){
            partition = 1;
        }else if("138".equals(prePhone)){
            partition = 2;
        }else if("139".equals(prePhone)){
            partition = 3;
        }else {
            partition = 4;
        }

        //最后返回分区号partition
        return partition;
    }
}

（2）在驱动类中添加分区类

// 设置自定义分区器
job.setPartitionerClass(ProvincePartitioner2.class);

// 设置对应的ReduceTask的个数
job.setNumReduceTasks(5);

3.7 Combiner合并

（6）自定义Combiner实现步骤
（a）自定义一个Combiner继承Reducer，重写Reduce方法

public class WordCountCombiner extends Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable> {

    private IntWritable outV = new IntWritable();

    @Override
    protected void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {

        int sum = 0;
        for (IntWritable value : values) {
            sum += value.get();
        }
     
        outV.set(sum);
     
        context.write(key,outV);
    }
}

（b）在Job驱动类中设置：

job.setCombinerClass(WordCountCombiner.class);

3.8 Combiner合并案例实操

统计过程中对每一个MapTask的输出进行局部汇总，以减小网络传输量即采用Combiner功能。

combiner最基本是实现本地key的归并，combiner具有类似本地的reduce功能。如果不用combiner，那么，所有的结果都是reduce完成，效率会相对低下。使用combiner，先完成的map会在本地聚合，提升速度。

方案一

（1）增加一个WordCountCombiner类继承Reducer

package com.atguigu.mapreduce.combiner;

import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import java.io.IOException;

public class WordCountCombiner extends Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable> {

private IntWritable outV = new IntWritable();

    @Override
    protected void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {

        int sum = 0;
        for (IntWritable value : values) {
            sum += value.get();
        }

        //封装outKV
        outV.set(sum);

        //写出outKV
        context.write(key,outV);
    }
}

（2）在WordcountDriver驱动类中指定Combiner

// 指定需要使用combiner，以及用哪个类作为combiner的逻辑
job.setCombinerClass(WordCountCombiner.class);

方案二

（1）将WordcountReducer作为Combiner在WordcountDriver驱动类中指定

// 指定需要使用Combiner，以及用哪个类作为Combiner的逻辑
job.setCombinerClass(WordCountReducer.class);

运行程序，如下图所示

第四章 OutputFormat数据输出

4.1 OutputFormat接口实现类

4.2 自定义OutputFormat案例实操

1）需求
过滤输入的log日志，包含atguigu的网站输出到e:/atguigu.log，不包含atguigu的网站输出到e:/other.log。
（1）输入数据

http://www.baidu.com
http://www.google.com
http://cn.bing.com
http://www.atguigu.com
http://www.sohu.com
http://www.sina.com
http://www.sin2a.com
http://www.sin2desa.com
http://www.sindsafa.com

（2）期望输出数据

2）需求分析

3）案例实操
（1）编写LogMapper类

public class LogMapper extends Mapper<LongWritable, Text,Text, NullWritable> {
    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        //不做任何处理,直接写出一行log数据
        context.write(value,NullWritable.get());
    }
}

（2）编写LogReducer类

public class LogReducer extends Reducer<Text, NullWritable,Text, NullWritable> {
    @Override
    protected void reduce(Text key, Iterable<NullWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        // 防止有相同的数据,迭代写出
        for (NullWritable value : values) {
            context.write(key,NullWritable.get());
        }
    }
}

（3）自定义一个LogOutputFormat类

public class LogOutputFormat extends FileOutputFormat<Text, NullWritable> {
    @Override
    public RecordWriter<Text, NullWritable> getRecordWriter(TaskAttemptContext job) throws IOException, InterruptedException {
        //创建一个自定义的RecordWriter返回
        LogRecordWriter logRecordWriter = new LogRecordWriter(job);
        return logRecordWriter;
    }
}

（4）编写LogRecordWriter类

public class LogRecordWriter extends RecordWriter<Text, NullWritable> {

    private FSDataOutputStream atguiguOut;
    private FSDataOutputStream otherOut;

    public LogRecordWriter(TaskAttemptContext job) {
        try {
            //获取文件系统对象
            FileSystem fs = FileSystem.get(job.getConfiguration());
            //用文件系统对象创建两个输出流对应不同的目录
            atguiguOut = fs.create(new Path("d:/hadoop/atguigu.log"));
            otherOut = fs.create(new Path("d:/hadoop/other.log"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void write(Text key, NullWritable value) throws IOException, InterruptedException {
        String log = key.toString();
        //根据一行的log数据是否包含atguigu,判断两条输出流输出的内容
        if (log.contains("atguigu")) {
            atguiguOut.writeBytes(log + "\n");
        } else {
            otherOut.writeBytes(log + "\n");
        }
    }

    @Override
    public void close(TaskAttemptContext context) throws IOException, InterruptedException {
        //关流
        IOUtils.closeStream(atguiguOut);
        IOUtils.closeStream(otherOut);
    }
}

（5）编写LogDriver类

public class LogDriver {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InterruptedException {

        Configuration conf = new Configuration();
        Job job = Job.getInstance(conf);

        job.setJarByClass(LogDriver.class);
        job.setMapperClass(LogMapper.class);
        job.setReducerClass(LogReducer.class);

        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(NullWritable.class);

        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(NullWritable.class);

        //设置自定义的outputformat
        job.setOutputFormatClass(LogOutputFormat.class);

        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path("D:\\input"));
        //虽然我们自定义了outputformat，但是因为我们的outputformat继承自fileoutputformat
        //而fileoutputformat要输出一个_SUCCESS文件，所以在这还得指定一个输出目录
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path("D:\\logoutput"));

        boolean b = job.waitForCompletion(true);
        System.exit(b ? 0 : 1);
    }
}

第五章 Join应用

5.1 Reduce Join

Map端的主要工作：为来自不同表或文件的key/value对，打标签以区别不同来源的记录。然后用连接字段作为key，其余部分和新加的标志作为value，最后进行输出。

Reduce端的主要工作：在Reduce端以连接字段作为key的分组已经完成，我们只需要在每一个分组当中将那些来源于不同文件的记录（在Map阶段已经打标志）分开，最后进行合并就ok了。

5.2 Reduce Join案例实操

1）需求

订单数据表t_order

id	pid	amount
1001	01	1
1002	02	2
1003	03	3
1004	01	4
1005	02	5
1006	03	6

商品信息表t_product

pid	pname
01	小米
02	华为
03	格力

将商品信息表中数据根据商品pid合并到订单数据表中。

最终数据形式

id	pname	amount
1001	小米	1
1004	小米	4
1002	华为	2
1005	华为	5
1003	格力	3
1006	格力	6

2）需求分析
通过将关联条件作为Map输出的key，将两表满足Join条件的数据并携带数据所来源的文件信息，发往同一个ReduceTask，在Reduce中进行数据的串联。

3）代码实现
（1）创建商品和订单合并后的TableBean类

public class TableBean implements Writable {

    private String id; //订单id
    private String pid; //产品id
    private int amount; //产品数量
    private String pname; //产品名称
    private String flag; //判断是order表还是pd表的标志字段

    public TableBean() {
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getPid() {
        return pid;
    }

    public void setPid(String pid) {
        this.pid = pid;
    }

    public int getAmount() {
        return amount;
    }

    public void setAmount(int amount) {
        this.amount = amount;
    }

    public String getPname() {
        return pname;
    }

    public void setPname(String pname) {
        this.pname = pname;
    }

    public String getFlag() {
        return flag;
    }

    public void setFlag(String flag) {
        this.flag = flag;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return id + "\t" + pname + "\t" + amount;
    }

    @Override
    public void write(DataOutput out) throws IOException {
        out.writeUTF(id);
        out.writeUTF(pid);
        out.writeInt(amount);
        out.writeUTF(pname);
        out.writeUTF(flag);
    }

    @Override
    public void readFields(DataInput in) throws IOException {
        this.id = in.readUTF();
        this.pid = in.readUTF();
        this.amount = in.readInt();
        this.pname = in.readUTF();
        this.flag = in.readUTF();
    }
}

（2）编写TableMapper类

public class TableMapper extends Mapper<LongWritable,Text,Text,TableBean> {

    private String filename;
    private Text outK = new Text();
    private TableBean outV = new TableBean();

    @Override
    protected void setup(Context context) throws IOException, InterruptedException {
        //获取对应文件名称
        InputSplit split = context.getInputSplit();
        FileSplit fileSplit = (FileSplit) split;
        filename = fileSplit.getPath().getName();
    }

    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {

        //获取一行
        String line = value.toString();
        //判断是哪个文件,然后针对文件进行不同的操作
        if(filename.contains("order")){  //订单表的处理
            String[] split = line.split("\t");
            //封装outK
            outK.set(split[1]);
            //封装outV
            outV.setId(split[0]);
            outV.setPid(split[1]);
            outV.setAmount(Integer.parseInt(split[2]));
            outV.setPname("");
            outV.setFlag("order");
        }else {                             //商品表的处理
            String[] split = line.split("\t");
            //封装outK
            outK.set(split[0]);
            //封装outV
            outV.setId("");
            outV.setPid(split[0]);
            outV.setAmount(0);
            outV.setPname(split[1]);
            outV.setFlag("pd");
        }
        //写出KV
        context.write(outK,outV);
    }
}

（3）编写TableReducer类

public class TableReducer extends Reducer<Text,TableBean,TableBean, NullWritable> {

    @Override
    protected void reduce(Text key, Iterable<TableBean> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        ArrayList<TableBean> orderBeans = new ArrayList<>();
        TableBean pdBean = new TableBean();
        for (TableBean value : values) {
            //判断数据来自哪个表
            if("order".equals(value.getFlag())){   //订单表
              //创建一个临时TableBean对象接收value
                TableBean tmpOrderBean = new TableBean();
                try {
                    BeanUtils.copyProperties(tmpOrderBean,value);
                } catch (IllegalAccessException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (InvocationTargetException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

              //将临时TableBean对象添加到集合orderBeans
                orderBeans.add(tmpOrderBean);
            }else {                                    //商品表
                try {
                    BeanUtils.copyProperties(pdBean,value);
                } catch (IllegalAccessException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (InvocationTargetException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        //遍历集合orderBeans,替换掉每个orderBean的pid为pname,然后写出
        for (TableBean orderBean : orderBeans) {

            orderBean.setPname(pdBean.getPname());

           //写出修改后的orderBean对象
            context.write(orderBean,NullWritable.get());
        }
    }
}

（4）编写TableDriver类

public class TableDriver {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InterruptedException {
        Job job = Job.getInstance(new Configuration());

        job.setJarByClass(TableDriver.class);
        job.setMapperClass(TableMapper.class);
        job.setReducerClass(TableReducer.class);

        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(TableBean.class);

        job.setOutputKeyClass(TableBean.class);
        job.setOutputValueClass(NullWritable.class);

        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path("D:\\input"));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path("D:\\output"));

        boolean b = job.waitForCompletion(true);
        System.exit(b ? 0 : 1);
    }
}

4）测试
运行程序查看结果

1004    小米    4
1001    小米    1
1005    华为    5
1002    华为    2
1006    格力    6
1003    格力    3

5）总结
缺点：这种方式中，合并的操作是在Reduce阶段完成，Reduce端的处理压力太大，Map节点的运算负载则很低，资源利用率不高，且在Reduce阶段极易产生数据倾斜。
解决方案：Map端实现数据合并。

5.3 Map Join

1）使用场景

Map Join适用于一张表十分小、一张表很大的场景。

2）优点
思考：在Reduce端处理过多的表，非常容易产生数据倾斜。怎么办？

在Map端缓存多张表，提前处理业务逻辑，这样增加Map端业务，减少Reduce端数据的压力，尽可能的减少数据倾斜。

3）具体办法：采用DistributedCache

在Mapper的setup阶段，将文件读取到缓存集合中。
在Driver驱动类中加载缓存。

//缓存普通文件到Task运行节点。
job.addCacheFile(new URI("file:///e:/cache/pd.txt"));
//如果是集群运行,需要设置HDFS路径
job.addCacheFile(new URI("hdfs://hadoop102:8020/cache/pd.txt"));

3）实现代码
（1）先在MapJoinDriver驱动类中添加缓存文件

public class MapJoinDriver {

    public static void main(String[] args) throws IOException, URISyntaxException, ClassNotFoundException, InterruptedException {

        // 1 获取job信息
        Configuration conf = new Configuration();
        Job job = Job.getInstance(conf);
        // 2 设置加载jar包路径
        job.setJarByClass(MapJoinDriver.class);
        // 3 关联mapper
        job.setMapperClass(MapJoinMapper.class);
        // 4 设置Map输出KV类型
        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(NullWritable.class);
        // 5 设置最终输出KV类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(NullWritable.class);

        // 加载缓存数据
        job.addCacheFile(new URI("file:///D:/input/tablecache/pd.txt"));
        // Map端Join的逻辑不需要Reduce阶段，设置reduceTask数量为0
        job.setNumReduceTasks(0);

        // 6 设置输入输出路径
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path("D:\\input"));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path("D:\\output"));
        // 7 提交
        boolean b = job.waitForCompletion(true);
        System.exit(b ? 0 : 1);
    }
}

（2）在MapJoinMapper类中的setup方法中读取缓存文件

public class MapJoinMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, NullWritable> {

    private Map<String, String> pdMap = new HashMap<>();
    private Text text = new Text();

    //任务开始前将pd数据缓存进pdMap
    @Override
    protected void setup(Context context) throws IOException, InterruptedException {

        //通过缓存文件得到小表数据pd.txt
        URI[] cacheFiles = context.getCacheFiles();
        Path path = new Path(cacheFiles[0]);

        //获取文件系统对象,并开流
        FileSystem fs = FileSystem.get(context.getConfiguration());
        FSDataInputStream fis = fs.open(path);

        //通过包装流转换为reader,方便按行读取
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(fis, "UTF-8"));

        //逐行读取，按行处理
        String line;
        while (StringUtils.isNotEmpty(line = reader.readLine())) {
            //切割一行    
            //01    小米
            String[] split = line.split("\t");
            pdMap.put(split[0], split[1]);
        }

        //关流
        IOUtils.closeStream(reader);
    }

    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {

        //读取大表数据    
        //1001    01    1
        String[] fields = value.toString().split("\t");
        //通过大表每行数据的pid,去pdMap里面取出pname
        String pname = pdMap.get(fields[1]);
        //将大表每行数据的pid替换为pname
        text.set(fields[0] + "\t" + pname + "\t" + fields[2]);
        //写出
        context.write(text,NullWritable.get());
    }
}

第六章数据清洗（ETL）

“ETL，是英文Extract-Transform-Load的缩写，用来描述将数据从来源端经过抽取（Extract）、转换（Transform）、加载（Load）至目的端的过程。ETL一词较常用在数据仓库，但其对象并不限于数据仓库

在运行核心业务MapReduce程序之前，往往要先对数据进行清洗，清理掉不符合用户要求的数据。清理的过程往往只需要运行Mapper程序，不需要运行Reduce程序。
1）需求
去除日志中字段个数小于等于11的日志。

194.237.142.21 - - [18/Sep/2013:06:49:18 +0000] "GET /wp-content/uploads/2013/07/rstudio-git3.png HTTP/1.1" 304 0 "-" "Mozilla/4.0 (compatible;)"
183.49.46.228 - - [18/Sep/2013:06:49:23 +0000] "-" 400 0 "-" "-"
163.177.71.12 - - [18/Sep/2013:06:49:33 +0000] "HEAD / HTTP/1.1" 200 20 "-" "DNSPod-Monitor/1.0"
163.177.71.12 - - [18/Sep/2013:06:49:36 +0000] "HEAD / HTTP/1.1" 200 20 "-" "DNSPod-Monitor/1.0"
101.226.68.137 - - [18/Sep/2013:06:49:42 +0000] "HEAD / HTTP/1.1" 200 20 "-" "DNSPod-Monitor/1.0"
101.226.68.137 - - [18/Sep/2013:06:49:45 +0000] "HEAD / HTTP/1.1" 200 20 "-" "DNSPod-Monitor/1.0"
60.208.6.156 - - [18/Sep/2013:06:49:48 +0000] "GET /wp-content/uploads/2013/07/rcassandra.png HTTP/1.0" 200 185524 "http://cos.name/category/software/packages/" "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/29.0.1547.66 Safari/537.36"

（2）期望输出数据

每行字段长度都大于11。

2）需求分析

需要在Map阶段对输入的数据根据规则进行过滤清洗。

3）实现代码
（1）编写WebLogMapper类

public class WebLogMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, NullWritable>{
    
    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        
        // 1 获取1行数据
        String line = value.toString();
        
        // 2 解析日志
        boolean result = parseLog(line,context);
        
        // 3 日志不合法退出
        if (!result) {
            return;
        }
        
        // 4 日志合法就直接写出
        context.write(value, NullWritable.get());
    }

    // 封装解析日志的方法
    private boolean parseLog(String line, Context context) {
        // 1 截取
        String[] fields = line.split(" ");
        // 2 日志长度大于11的为合法
        if (fields.length > 11) {
            return true;
        }else {
            return false;
        }
    }
}

（2）编写WebLogDriver类

public class WebLogDriver {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        // 输入输出路径需要根据自己电脑上实际的输入输出路径设置
        args = new String[] { "D:/input/inputlog", "D:/output1" };

        // 1 获取job信息
        Configuration conf = new Configuration();
        Job job = Job.getInstance(conf);

        // 2 加载jar包
        job.setJarByClass(LogDriver.class);

        // 3 关联map
        job.setMapperClass(WebLogMapper.class);

        // 4 设置最终输出类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(NullWritable.class);

        // 设置reducetask个数为0
        job.setNumReduceTasks(0);

        // 5 设置输入和输出路径
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(args[0]));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));

        // 6 提交
        boolean b = job.waitForCompletion(true);
        System.exit(b ? 0 : 1);
    }
}

第七章 MapReduce开发总结

1）输入数据接口：InputFormat

默认使用的实现类是：TextInputFormat
TextInputFormat的功能逻辑是：一次读一行文本，然后将该行的起始偏移量作为key，行内容作为value返回。
CombineTextInputFormat可以把多个小文件合并成一个切片处理，提高处理效率。

2）逻辑处理接口：Mapper

用户根据业务需求实现其中三个方法：map() setup() cleanup ()

3）Partitioner分区

有默认实现 HashPartitioner，逻辑是根据key的哈希值和numReduces来返回一个分区号；key.hashCode()&Integer.MAXVALUE % numReduces
如果业务上有特别的需求，可以自定义分区。

4）Comparable排序

当我们用自定义的对象作为key来输出时，就必须要实现WritableComparable接口，重写其中的compareTo()方法。
部分排序：对最终输出的每一个文件进行内部排序。
全排序：对所有数据进行排序，通常只有一个Reduce。
二次排序：排序的条件有两个。

5）Combiner合并

Combiner合并可以提高程序执行效率，减少IO传输。但是使用时必须不能影响原有的业务处理结果。

6）逻辑处理接口：Reducer

用户根据业务需求实现其中三个方法：reduce() setup() cleanup ()

7）输出数据接口：OutputFormat

默认实现类是TextOutputFormat，功能逻辑是：将每一个KV对，向目标文本文件输出一行。
用户还可以自定义OutputFormat。

作者：王陸

出处：https://www.cnblogs.com/wkfvawl/

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原文地址：https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/15508204.html

Hadoop——MapReduce（ 框架原理）