7，MapReduce基础

MapReduce基础

目录

• MapReduce基础
  • 一、关于MapReduce
    • 1.1 为什么要MapReduce
    • 1.2 MapReduce的定义
  • 二、MapReduce的优缺点
    • 2.1 优点：
    • 2.2 缺点：
  • 三、MapReduce的执行阶段
    • 3.1 执行的两个阶段
  • 四、编写MapReduce程序
    • 用户需要编写的三个部分：Mapper、Reducer、Driver(提交MR程序)。
    • 4.1 以WordCount为例：
  • 五、MapReduce的主要执行流程

一、关于MapReduce

1.1 为什么要MapReduce

• 单机资源有限：由于单台计算机的资源有限，计算能力不足以处理海量数据；所以需要多台计算机组成分布式集群来处理海量数据。
• 分布式计算较复杂：在分布式计算中，计算任务的分发，各个主机之间的协作；程序的启动以及运行过程中的监控、容错、重试等都会变得很复杂。所以引入了MapReduce框架，框架解决了分布式开发中的复杂性，开发人员只需要将大部分工作集中在业务逻辑的开发上，从而极大的提高了工作效率。

1.2 MapReduce的定义

• MapReduce是一个分布式运算程序的编程框架，用于大规模数据集(大于1TB)的并行计算；Map（映射）和reduce（归约）是它的主要思想；它极大地方便了编程人员在不会分布式并行编程的情况下，将自己的程序运行在分布式系统上。

二、MapReduce的优缺点

2.1 优点：

• 易于编程：只需要实现一些接口，就可以完成一个分布式程序的编写；跟编写一个串行程序一样；
• 良好的扩展性：当计算资源不足时，只需要简单的增加机器来扩展它的计算能力；
• 高容错性：当一个机器挂了之后，会自动把上面的计算任务转移到另一个节点上运行，无需人工干预；
• 海量：适合PB级海量数据的离线处理。

2.2 缺点：

• 不适合实时计算：MapReduce由于过程较为复杂，IO次数较多，所以无法做到毫秒或秒级响应；
• 不适合流式计算：流式计算的输入是动态的，可以不断添加，而MapReduce的输入是静态的；
• 不适合DAG(有向图)计算：对于多个程序之间有依赖关系，即后一个程序的输入是前一个程序的输出；虽然MapReduce也可以完成，但都是通过磁盘来传递中间数据，造成大量的磁盘IO，性能极低。

三、MapReduce的执行阶段

3.1 执行的两个阶段

• Map阶段：若干个maptask并发实例，完全并行运行，互不相干。

• Reduce阶段：若干个reducetask并发实例，完全并行运行，但是他们的数据依赖于Map阶段的输出。

• 注意：MapReduce模型只能包含一个map阶段和一个reduce阶段；如果业务逻辑非常复杂，就只能使用多个MapReduce程序，串行运行。

四、编写MapReduce程序

• 用户需要编写的三个部分：Mapper、Reducer、Driver(提交MR程序)。

4.1 以WordCount为例：

1. 编写Mapper

// 注意：hadoop1.0版本中是mapred下包，hadoop2.0是mapreduce下的包
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
// 继承Mapper父类，泛型为输入和输出的<K, V>；并重写父类的map方法
public class WordCountMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, IntWritable> {
    /**
     * 每行文本都会执行一次map方法.
     *
     * @param key     文本偏移量.
     * @param value   一行文本.
     * @param context 上下文对象.
     * @throws IOException          .
     * @throws InterruptedException 当阻塞方法收到中断请求时抛出.
     */
    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        String line = value.toString();
        String[] words = line.split("\\s+");   // 拆分一行中的单词
        for (String word : words) {
            context.write(new Text(word), new IntWritable(1));   // 输出一个<K, V>
        }
    }
}

2. 编写Reducer

// 继承Reducer类，输入的<K, V>类型为map端输出<K, V>类型
public class WordCountReducer extends Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable> {
    /**
     * 相同的key只会执行一次reduce方法
     *
     * @param key     map端输出的key
     * @param values  相同key的value集合
     * @param context 上下文对象
     * @throws IOException          .
     * @throws InterruptedException .
     */
    @Override
    protected void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        // 当前的 key出现了多少次
        int count = 0;
        // values中的数据是反序列化过来的，最好不要直接使用values中的bean
        for (IntWritable value : values) {
            count += value.get();
        }
        context.write(key, new IntWritable(count));  // 输出
    }
}

3. 编写Driver

// Driver的作用是将这个Mapper和Reducer程序打包成一个Job，并提交该Job
public class WordCountDriver {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InterruptedException {

        // 不需要为 conf设置HDFS等参数，因为conf会调用系统默认的配置文件，
        // 所以这个mr程序在哪里运行就会调用哪里的配置文件，在集群上运行就会使用集群的设置文件。
        Configuration conf = new Configuration();
        // 删除输出文件，或者手动删除
        // FileHelper.deleteDir(args[1], conf);

        // 根据配置文件实例化一个 Job，并取个名字
        Job job = Job.getInstance(conf, "MyWordCount");

        // 设置 Jar的位置
        job.setJarByClass(WordCountDriver.class);

        // 设置 Mapper运行类，以及输出的key和value的类型
        job.setMapperClass(WordCountMapper.class);
        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(IntWritable.class);

        // 设置 Reducer的运行类，以及输出的key和value的类型
        job.setReducerClass(WordCountReducer.class);
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(IntWritable.class);

        // 设置分区(可以不用设置)
        // 当设置的分区数大于实际分区数时，可以正常执行，多出的分区为空文件;
        // 当设置的分区数小于实际分区数时，会报错。
        job.setNumReduceTasks(4);
        // 如果设置的 numReduceTasks大于 1，而又没有设置自定义的 PartitionerClass
        // 则会调用系统默认的 HashPartitioner实现类来计算分区。
        job.setPartitionerClass(WordCountPartitioner.class);
        // 设置combine
        job.setCombinerClass(WordCountCombiner.class);

        // 设置输入和输出文件的位置
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(args[0]));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));

        // 提交任务，等待执行结果，参数为 true表示打印信息
        boolean result = job.waitForCompletion(true);
        // 根据 job的返回值自定义退出
        System.exit(result?0:1);
    }
}

4. 运行

• 如果在Hadoop集群上运行还需要将这个project打包成jar包，所以一般是先在windows上运行调试。
• 由于要从命令行输入input和output参数，所以这里配置一下输入和输出的位置。

五、MapReduce的主要执行流程

1. job.waitForCompletion(true)：将这个MapReduce任务(Job)提交，默认是提交到本地运行；部署到集群时，是提交给YARN运行。
2. map()：在父类Mapper的run()方法中会调用子类重写的map()方法。输入文件的每一行都会调用一次map()方法，map()方法的参数中：key为当前输入行的偏移量，LongWritable类型；value为当前输入行的数据，Text类型；context为上下文对象。父类Mapper是一个泛型类，泛型的类型表示map()方法输入和输出的<K, V>类型，子类在继承时要传入实际输入输出的<K, V>类型。map()使用context.write(k, v)来输出数据到shuffle阶段的环形缓冲区。
3. shuffle阶段简述：shuffle阶段起到承上启下的作用；从接收map()方法的输出，到执行reduce()方法之前都属于shuffle阶段。shuffle接收map()输出<K,V>并通过K计算出分区号，然后与元数据一起写入环形缓存区；环形缓冲区溢写时会将数据排序并写入小文件，然后归并成一个大的分区文件。一个ReducerTask主机会到所有MapTask主机上拉取对应的分区文件，归并所有分区文件后会对相同的key进行合并，再执行reduce方法。
4. reduce()：在父类Reducer的run()方法中会调用子类重写的reduce()方法。相同的key只会调用一次reduce()方法，reduce()方法的参数中：key为相同key合并后的第一个key，与map()的输出key类型相同；values为相同key的value列表，类型是Iterable<map()的输出value类型>。与Mapper类类似，子类在继承Reducer时输入的<K, V>类型是Mapper输出的<K, V>类型、Reducer输出的<K, V>类型是context.write(K, V)中<K, V>的类型。reduce中的context.write(K, V)最终会写入到输出文件中，就是这次MapReduce的结果。