Block Manager

在Spark中，将数据抽象为Block（不论是shuffle数据，还是节点本身存储的数据），而每个driver/executor中的block都是由`BlockManager`这个类来负责管理的。对于block实际的读取，`BlockManager`根据block存储位置的不同是交由`ShuffleManager`， `MemoryStore`或`DiskStore`来实际处理的。`BlockManager`管理的block可能是shuffle后的文件，也可能是缓存的数据。对于shuffle文件中的block是通过`ShuffleManager`来管理的。对于节点缓存的数据，对于保存在内存中的block，由`MemoryStore`来管理，对于保存在磁盘的block，由`DiskStore`来管理。Spark在不开启`spark.shuffle.service.enabled`（设为false）配置的情况下，结构如下：

在开启`spark.shuffle.service.enabled`（设为true）配置的情况下，结构如下：

可见在Spark中，每一个driver/executor节点都有一个`BlockManager`与之对应，用来管理节点数据以及向其他节点请求/返回数据。`BlockManager`中主要与两类节点进行通信：一种是executor中的`BlockManager`需要与driver节点通信，来上报executor中`BlockManager`管理的block，同时接受来自driver节点操作executor上block的指令（图中与executor与driver之间的连线）。另一种是executor节点之间的`BlockManager`需要相互通信，来从彼此获取需要的block（图中executor之间，以及executor与`ExternalShuffleService`之间的连线）。

数据结构

在正式介绍Spark的存储结构之前，先来了解一下Spark存储结构中的数据结构，为下文的介绍打下基础。

BlockManagerId

在Spark中，每个`BlockManager`都有一个唯一的id与之对应，而这个id不是一个普通的string或者long型，而是一个特殊的数据结构`BlockManagerId`：

class BlockManagerId private (
    private var executorId_ : String,
    private var host_ : String,
    private var port_ : Int)

可见`BlockManagerId`中保存了executorId（executor节点的唯一标识），host（executor节点的地址），port（`NettyBlockTransferService`的端口（`NettyBlockTransferService`在`BlockManager`中称为ShuffleClient，是用来向其他节点请求/提供Block数据的server，关于`NettyBlockTransferService`的分析见下文））

BlockManagerInfo

`BlockManagerInfo`用来记录`BlockManager`的元数据：

class BlockManagerInfo(
    val blockManagerId: BlockManagerId,
    timeMs: Long,
    val maxMem: Long,
    val slaveEndpoint: RpcEndpointRef)

其中blockManagerId为上文介绍的`BlockManagerId`类型，timeMs为`BlockManager`注册到driver的时间，maxMem为`BlockManager`中`MemoryManager`管理的最大可用的堆内Storage内存大小（关于`MemoryManager`的分析见【Spark内存管理】），slaveEndpoint为`BlockManager`的`BlockManagerSlaveEndpoint`对应的句柄`RpcEndpointRef`（`BlockManagerSlaveEndpoint`分析见下文）。

BlockId

`BlockId`用来唯一标识Spark中的一个Block：

sealed abstract class BlockId {
  // 全局唯一的块标识符，用来序列化/反序列化块
  def name: String

  // convenience methods
  def asRDDId: Option[RDDBlockId] = if (isRDD) Some(asInstanceOf[RDDBlockId]) else None
  def isRDD: Boolean = isInstanceOf[RDDBlockId]
  def isShuffle: Boolean = isInstanceOf[ShuffleBlockId]
  def isBroadcast: Boolean = isInstanceOf[BroadcastBlockId]

  override def toString: String = name
  override def hashCode: Int = name.hashCode
  override def equals(other: Any): Boolean = other match {
    case o: BlockId => getClass == o.getClass && name.equals(o.name)
    case _ => false
  }
}

这个类是一个抽象类，在Spark中有10种类型的BlockId，如`RDDBlockId`，`ShuffleBlockId`，`TaskResultBlockId`等。这些子类都继承了`BlockId`并重写了name字段。在Spark中实际就是靠name字段的不同来区分不同类型的`BlockId`。

BlockInfo

`BlockInfo`用来保存Block的元数据：

class BlockInfo(
    val level: StorageLevel,
    val classTag: ClassTag[_],
    val tellMaster: Boolean)

其中level保存了Block的存储级别（存储级别见[rdd-persistence](http://spark.apache.org/docs/latest/programming-guide.html\#rdd-persistence\)），classTag保存了Block用来序列化/反序列化的类型，tellMaster用来标示在Block状态发生变化时是否要上报给driver。

Block数据管理

Block数据管理，包括executor向driver上报`BlockManager`所管理的Block元数据，executor向driver请求获取/更新Block元数据，driver向executor发送指令来删除某个Block，driver向executor返回Block元数据信息等。可见Block数据管理是executor与driver间的相互通信。还记得我们在【Spark Rpc分析】中的介绍，Spark中应用程序要实现节点间的通信只需要实现`RpcEndpoint`类型即可，在这里也不例外。其中在driver节点负责通信的类为`BlockManagerMasterEndpoint`。而在executor节点负责通信的类为`BlockManagerSlaveEndpoint`。这两个类都是在driver/executor启动时注册到各自的`RpcEnv`中，并向其他节点暴露`RpcEndpointRef`句柄。这样executor就可以使用`BlockManagerMasterEndpoint`的`RpcEndpointRef`向driver发送请求，driver可以使用executor `BlockManagerSlaveEndpoint`的`RpcEndpointRef`向executor发送响应。需要注意的是，由于Spark只在driver节点才会建立`TransportServer`，而不会在executor建立`TransportServer`，所以driver是不会主动向executor建立连接发送请求。而只会executor主动向driver建立连接发送请求，driver在收到请求后利用建立的连接向executor发送请求/响应。下面详细分析一下Block数据管理中这两个核心的`RpcEndpoint`类型：

BlockManagerMasterEndpoint

`BlockManagerMasterEndpoint`类型是注册在driver节点上的。在`BlockManagerMasterEndpoint`中维护了几个map用来管理与Block相关的映射关系：

// 保存BlockManagerId到BlockManager的映射
private val blockManagerInfo = new mutable.HashMap[BlockManagerId, BlockManagerInfo]

// 保存executorId到BlockManagerId的映射
private val blockManagerIdByExecutor = new mutable.HashMap[String, BlockManagerId]

// 保存BlockId到BlockManagerId set的映射
private val blockLocations = new JHashMap[BlockId, mutable.HashSet[BlockManagerId]]

通过blockMangerInfo，driver可以根据`BlockManagerId`找到对应`BlockManager`的元数据`BlockManagerInfo`，而我们知道`BlockManagerInfo`中包含了`BlockManager`与driver通信的`RpcEndpointRef`句柄，driver就可以通过这个与executor的`BlockManager`进行通信。通过blockManagerIdByExecutor，driver可以根据executorId找到对应的`BlockManagerId`。通过blockLocations，driver维护了一个`BlockId`所有副本在集群中的位置，这样在executor发现自身没有某个Block时，可以从driver获取到集群中保存了这个缺少的Block的节点列表，之后executor就可以向保存了Block的节点发送请求来获取Block数据。

BlockManagerSlaveEndpoint

`BlockManagerSlaveEndpoint`类是executor或driver上的`BlockManager`用来接收来自driver `BlockManagerMasterEndpoint`发来的指令的类。主要用来删除`BlockManager`管理的Block，以及返回Block状态等，`BlockManagerSlaveEndpoint`可以处理的消息类型很多，这里我们以`RemoveBlock`消息为例：

override def receiveAndReply(context: RpcCallContext): PartialFunction[Any, Unit] = {
  case RemoveBlock(blockId) =>
    doAsync[Boolean]("removing block " + blockId, context) {
    blockManager.removeBlock(blockId)
    true
  }
}

private def doAsync[T](actionMessage: String, context: RpcCallContext)(body: => T) {
  val future = Future {
    logDebug(actionMessage)
    body
  }
  future.onSuccess { case response =>
    logDebug("Done " + actionMessage + ", response is " + response)
    context.reply(response)
    logDebug("Sent response: " + response + " to " + context.senderAddress)
  }
  future.onFailure { case t: Throwable =>
    logError("Error in " + actionMessage, t)
    context.sendFailure(t)
  }
}

可见其中的很多方法都调用了`BlockManagerSlaveEndpoint.doAsync`方法，用来实现异步调用，在处理完成时，调用对应的`Future.onSuccess`或`Future.onFailure`方法向driver上报处理结果。

BlockManagerMaster

在Spark中，executor/driver的`BlockManager`在向driver的`BlockManagerMasterEndpoint`发送请求时，不是直接使用`BlockManagerMasterEndpoint`的句柄`RpcEndpointRef`来发送，而是调用了`BlockManagerMaster`这个类来发送请求。`BlockManagerMaster`可以看做是对发送方法做了一层封装，其中的方法绝大部分是阻塞请求，即在发送请求后需要等待driver返回响应才会返回。

总结一下Block数据管理，Block数据管理是executor/driver中的`BlockManager`需要将管理的Block信息上报给driver，在driver中维护了集群中所有Block与executor对应关系，Block所在位置等信息。集群中节点都是通过driver保存的Block信息来实现集群Block相互发现的。Block数据管理主要是网络通信，其中`BlockManager`使用`BlockManagerMaster`来向driver发送请求。driver使用`BlockManagerMasterEndpoint`来接收来自`BlockManager`的请求，以及向`BlockManager`发送响应/指令。`BlockManager`使用`BlockManagerSlaveEndpoint`来接收来自driver的指令。他们的关系如下图所示：

`BlockManager`通过`BlockManagerMaster`将Block元数据上报给driver的`BlockManagerMasterEndpoint`，driver使用`BlockManagerSlaveEndpoint`的句柄向`BlockManager`发送指令。需要注意的是driver不会主动与executor的`BlockManager`建立连接，只有当executor的`BlockManager`主动与driver建立连接发送请求后，driver才可以使用这个建立的连接向executor的`BlockManager`发送指令。

Block数据传输

`BlockManager`管理的Block按照产生来源可以分为两大类：一类是缓存类型的数据（不论是存在内存中还是磁盘上），一类是在进行map-reduce操作时，map阶段生成的shuffle数据。对于缓存类型的Block，可以保存在内存中，也可以保存在磁盘上。而对于shuffle类型的Block，都是保存在磁盘上。Spark使用`MemoryStore`来管理保存在内存的数据（数据的增删改查），使用`DiskStore`来管理保存在磁盘的数据（数据的增删改查）。`BlockManager`针对Block的在内存或磁盘的管理实质上都是委托给`MemoryStore`和`DiskStore`来实现的。

ShuffleClient

在Spark的`BlockManager`中`ShuffleClient`是executor用来从其他executor获取shuffle后的map文件。

`ShuffleClient`是一个抽象类，在Spark中有两种实现：`NettyBlockTransferService`和`ExternalShuffleClient`。还记得我们之前所说，`BlockManager`管理了两类数据：缓存数据和shuffle数据。其中`NettyBlockTransferService`不仅是可以请求/返回shuffle数据，还用来请求/返回缓存数据（如果整个action都没有进行缓存，则最终会触发从数据源获取数据）。而`ExternalShuffleClient`是与`ExternalShuffleService`搭配使用的。 `ExternalShuffleClient`只用来向`ExternalShuffleService`请求shuffle数据。而`ExternalShuffleService`是每台机器在启动时启动的server，用来管理这台机器上所有executor产生的shuffle数据。

那么Spark中为何要实现这两种`ShuffleClient`呢，都是用`NettyBlockTransferService`不就好了？这里我们要说明一下，`NettyBlockTransferService`的生命周期与其所在的executor的生命周期相同，也就是说当executor退出时，`NettyBlockTransferService`也就退出了，不能再向其他节点返回其所管理的shuffle数据或缓存数据。而`ExternalShuffleClient`只是用来向`ExternalShuffleService`请求数据的客户端，虽然`ExternalShuffleClient`随着executor的退出而退出，但是由于shuffle数据是单独由独立于executor的`ExternalShuffleService`管理的，所以其他节点的`ExternalShuffleClient`还可以向`ExternalShuffleService`来获取数据。也就是说`NettyBlockTransferService`可以看做是内嵌在executor中的一个服务器，而`ExternalShuffleClient`配套使用的`ExternalShuffleService`可以看做是独立于executor的服务器，可以在executor退出后依旧提供服务。这里可能读者会有疑问了，executor难道不都是在整个job执行完成后退出的吗，executor退出了，job不也执行完成了吗，使用独立于executor的服务器的意义何在呢？

我们知道Spark的几种集群部署方式（standalone，yarn，mesos）都是支持资源的动态调整的（可以根据集群情况动态的增加或减少executor数量），也就是说在job没有执行完之前，之前使用的executor就可能退出了。这样就会遇到当集群资源充足需要回收executor时，导致executor上的数据丢失。对于executor的`BlockManager`中缓存的数据还好，可以在下次计算时从上游计算出来再次保存到新的executor上。而对于shuffle类型的数据，executor的退出导致shuffle数据的丢失对性能的影响就比较大了。我们知道map-reduce操作是一个极其耗时间的操作，如果有shuffle的文件丢失，会导致shuffle到这个退出节点的executor的操作重算。为了避免这种情况，Spark提供了独立于executor的外部shuffle管理器`ExternalShuffleService`（这个管理器在每个机器上启动一个，而不是每一个executor上，详见[dynamic-resource-allocation](http://spark.apache.org/docs/latest/job-scheduling.html\#dynamic-resource-allocation\)）。如果配置了\`spark.shuffle.service.enabled=true\`，则在\`BlockManager\`创建时，会将\`BlockManager\`的\`DiskStore\`管理的目录相关信息上报给机器上的\`ExternalShuffleService\`，目录信息最终会保存在\`ExternalShuffleBlockResolver\`的map中。调用链路如下：

BlockManager.registerWithExternalShuffleService -> ExternalShuffleClient.registerWithShuffleServer -> 向ExternalShuffleService发送RegisterExecutor消息 -> ExternalShuffleBlockHandler.receive -> ExternalShuffleBlockResovler.registerExecutor

最终消息是保存在`ExternalShuffleBlockResovler`中的executors这个map中：

final ConcurrentMap<AppExecId, ExecutorShuffleInfo> executors;

public static class AppExecId {
  public final String appId;
  public final String execId;
}

public class ExecutorShuffleInfo implements Encodable {
  /** The base set of local directories that the executor stores its shuffle files in. */
  public final String[] localDirs;
  /** Number of subdirectories created within each localDir. */
  public final int subDirsPerLocalDir;
  /** Shuffle manager (SortShuffleManager) that the executor is using. */
  public final String shuffleManager;
}

而在shuffle阶段，在执行reduce任务的executor会调用`BlockManager.shuffleClient`来向执行map任务的executor获取shuffle文件，这时就会根据`ShuffleClient`的不同，来决定是调用`NettyBlockTransferService`中的方法还是`ExternalShuffleClient`中的方法来从其他executor还是机器单独的`ExternalShuffleService`获取shuffle文件。

Block保存

在`BlockManager`中提供了序列化数据的保存方法：`putBytes`，非序列化数据的保存方法：`putIterator`以及Block数据的保存方法：`putBlockData`三种方法，其中`putBlockData`实际就是调用`putBytes`方法。

上文我们提到，Spark可以通过配置来设置数据的保存级别（详见[rdd-persistence](http://spark.apache.org/docs/latest/programming-guide.html\#rdd-persistence\)）

在保存序列化数据的方法`putBytes`方法中，直接调用了`doPutBytes`，所以让我们直接看一下`doPutBytes`方法：

private def doPutBytes[T](
      blockId: BlockId,
      bytes: ChunkedByteBuffer,
      level: StorageLevel,
      classTag: ClassTag[T],
      tellMaster: Boolean = true,
      keepReadLock: Boolean = false): Boolean = {
  // 省略非关键代码和异常检查
  doPut(blockId, level, classTag, tellMaster = tellMaster, keepReadLock = keepReadLock) { info =>
    // 由于存储的是bytes（序列化的数据），这里在将数据存储到本地之前就将副本写出
    // 由于数据已经是序列化的，所以发送数据会很快
    val replicationFuture = if (level.replication > 1) {
      Future {
        replicate(blockId, bytes, level, classTag)
      }(futureExecutionContext)
    } else {
      null
    }
    val size = bytes.size
    // 存储级别使用内存存储
    if (level.useMemory) {
      // Put it in memory first, even if it also has useDisk set to true;
      // We will drop it to disk later if the memory store can't hold it.
      // 如果存储时需要反序列化，则首先反序列化数据，并调用memoryStore的putIteratorAsValues方法
      val putSucceeded = if (level.deserialized) {
        val values = serializerManager.dataDeserializeStream(blockId, bytes.toInputStream())(classTag)
        memoryStore.putIteratorAsValues(blockId, values, classTag) match {
          case Right(_) => true
          case Left(iter) =>
            // If putting deserialized values in memory failed, we will put the bytes directly to
            // disk, so we don't need this iterator and can close it to free resources earlier.
            iter.close()
            false
          }
        } else {
          // 不需要反序列化则调用memoryStore的putBytes直接存储
          memoryStore.putBytes(blockId, size, level.memoryMode, () => bytes)
        }
      // 如果保存到内存上失败，并且存储级别包括磁盘，则将数据直接存到磁盘上（序列化的数据）
      if (!putSucceeded && level.useDisk) {
        diskStore.putBytes(blockId, bytes)
      }
    } else if (level.useDisk) {
      // 如果存储级别只包括磁盘，则直接存到磁盘上
      diskStore.putBytes(blockId, bytes)
    }
    // 获取存储状态，如果成功向master会报存储状态
    val putBlockStatus = getCurrentBlockStatus(blockId, info)
    val blockWasSuccessfullyStored = putBlockStatus.storageLevel.isValid
    if (blockWasSuccessfullyStored) {
      info.size = size
      if (tellMaster) {
        reportBlockStatus(blockId, info, putBlockStatus)
      }
    }
    // 如果需要写副本，则在这里等待上文调用方法的回调
    if (level.replication > 1) {
      // Wait for asynchronous replication to finish
        Await.ready(replicationFuture, Duration.Inf)
    }
  }.isEmpty
}

可见`doPutBytes`流程如下：

1. 如果当前配置的存储级别为需要副本，则首先启动一个异步线程在集群中随机选取另一个节点，将数据备份到另一个节点上

2. 如果当前配置的存储级别包含内存存储，则首先尝试将数据保存到内存中。如果数据在内存中需要以非序列化形式保存，则要先将数据反序列化。如果保存到内存失败（如内存空间不足），且存储级别包含磁盘存储，则将数据保存到磁盘上

3. 如果当前配置的存储级别只包含磁盘存储，则直接将数据写到磁盘上

4. 在保存成功后，如果需要向driver节点上报保存结果，则需要将保存的Block信息上报给driver

5. 如果当前配置的存储级别为需要副本，则在方法返回前需要等待数据备份的完成

在保存非序列化的方法`putIterator`中，实际是调用`doPutIterator`方法：

private def doPutIterator[T](
      blockId: BlockId,
      iterator: () => Iterator[T],
      level: StorageLevel,
      classTag: ClassTag[T],
      tellMaster: Boolean = true,
      keepReadLock: Boolean = false): Option[PartiallyUnrolledIterator[T]] = {
  // 省略非关键代码和异常检查
  doPut(blockId, level, classTag, tellMaster = tellMaster, keepReadLock = keepReadLock) { info =>
    var iteratorFromFailedMemoryStorePut: Option[PartiallyUnrolledIterator[T]] = None
    // Size of the block in bytes
    var size = 0L
    if (level.useMemory) {
      // Put it in memory first, even if it also has useDisk set to true;
      // We will drop it to disk later if the memory store can't hold it.
      if (level.deserialized) {
        memoryStore.putIteratorAsValues(blockId, iterator(), classTag) match {
          case Right(s) =>
            size = s
          case Left(iter) =>
            // Not enough space to unroll this block; drop to disk if applicable
            if (level.useDisk) {
              diskStore.put(blockId) { fileOutputStream =>
                  serializerManager.dataSerializeStream(blockId, fileOutputStream, iter)(classTag)
              }
              size = diskStore.getSize(blockId)
            } else {
              iteratorFromFailedMemoryStorePut = Some(iter)
            }
          }
      } else { // !level.deserialized
        // 如果需要序列化存储，则调用memoryStore的putIteratorAsBytes方法
        memoryStore.putIteratorAsBytes(blockId, iterator(), classTag, level.memoryMode) match {
          case Right(s) =>
              size = s
          case Left(partiallySerializedValues) =>
            // Not enough space to unroll this block; drop to disk if applicable
            if (level.useDisk) {
              diskStore.put(blockId) { fileOutputStream =>
                partiallySerializedValues.finishWritingToStream(fileOutputStream)
              }
              size = diskStore.getSize(blockId)
            } else {
              iteratorFromFailedMemoryStorePut = Some(partiallySerializedValues.valuesIterator)
            }
        }
      }
    } else if (level.useDisk) {
      // 首先将数据序列化，然后在存到磁盘上
      diskStore.put(blockId) { fileOutputStream =>
        serializerManager.dataSerializeStream(blockId, fileOutputStream, iterator())(classTag)
    }
      size = diskStore.getSize(blockId)
    }
    val putBlockStatus = getCurrentBlockStatus(blockId, info)
    val blockWasSuccessfullyStored = putBlockStatus.storageLevel.isValid
    if (blockWasSuccessfullyStored) {
      // Now that the block is in either the memory, externalBlockStore, or disk store,
      // tell the master about it.
      info.size = size
      if (tellMaster) {
        reportBlockStatus(blockId, info, putBlockStatus)
      }
      if (level.replication > 1) {
        val remoteStartTime = System.currentTimeMillis
        val bytesToReplicate = doGetLocalBytes(blockId, info)
        try {
          replicate(blockId, bytesToReplicate, level, classTag)
        } finally {
          bytesToReplicate.dispose()
        }
      }
    }
    iteratorFromFailedMemoryStorePut
  }
}

可见`doPutIterator`的流程如下：

1. 如果当前配置的存储级别包含内存存储，则首先尝试将数据保存到内存中。如果内存中数据需要序列化存储，则首先将数据序列化，否则直接尝试将数据保存到内存。如果保存失败（说明内存空间不足），且当前配置的存储级别包含磁盘存储，则首先将数据序列化后，再保存到磁盘

2. 如果当前存储级别只包含内存存储，则将数据序列化后保存到磁盘

3. 在数据保存成功后，如果需要将结果上报给driver，则将保存的Block信息上报给driver

4. 在数据保存成功后，如果配置的存储级别需要备份，则需要在集群中随机选择另一个节点，将数据备份到另一个节点上

无论是`doPutBytes`还是`doPutIterator`方法中，我们看到实际都是调用了`MemoryStore`或`DiskStore`类来保存数据。对于这两个类以及对应的内存存储/磁盘存储分析见文章【内存存储】和【磁盘存储】。存储级别详见[rdd-persistence](http://spark.apache.org/docs/latest/programming-guide.html\#rdd-persistence\)

Block读取

`BlockManager`提供了五种获取Block的方法：`getBlockData`（获取本地的Block数据），`getLocalValues`（获取本地的非序列化数据），`getLocalBytes`（获取本地的序列化数据），`getRemoteValues`（获取远端的非序列化数据），`getRemoteBytes`（获取远端的序列化数据）。其中`getBlockData`实际是调用了`getLocalBytes`方法，而`getRemoteValues`方法实际是在调用`getRemoteBytes`方法获取序列化数据后，进行反序列化并返回。所以下面我们主要看一下`getLocalValues`，`getLocalBytes`和`getRemoteBytes`这三个方法。

首先我们看一下`getLocalValues`方法：

def getLocalValues(blockId: BlockId): Option[BlockResult] = {
  // 省略非关键代码和异常检查
  val level = info.level
  if (level.useMemory && memoryStore.contains(blockId)) {
    val iter: Iterator[Any] = if (level.deserialized) {
      memoryStore.getValues(blockId).get
    } else {
      serializerManager.dataDeserializeStream(
          blockId, memoryStore.getBytes(blockId).get.toInputStream())(info.classTag)
    }
    val ci = CompletionIterator[Any, Iterator[Any]](iter, releaseLock(blockId))
    Some(new BlockResult(ci, DataReadMethod.Memory, info.size))
  } else if (level.useDisk && diskStore.contains(blockId)) {
    val iterToReturn: Iterator[Any] = {
      val diskBytes = diskStore.getBytes(blockId)
      if (level.deserialized) {
        val diskValues = serializerManager.dataDeserializeStream(
          blockId,
          diskBytes.toInputStream(dispose = true))(info.classTag)
        maybeCacheDiskValuesInMemory(info, blockId, level, diskValues)
      } else {
        val stream = maybeCacheDiskBytesInMemory(info, blockId, level, diskBytes)
          .map {_.toInputStream(dispose = false)}
          .getOrElse { diskBytes.toInputStream(dispose = true) }
        serializerManager.dataDeserializeStream(blockId, stream)(info.classTag)
      }
    }
    val ci = CompletionIterator[Any, Iterator[Any]](iterToReturn, releaseLock(blockId))
    Some(new BlockResult(ci, DataReadMethod.Disk, info.size))
  } else {
    handleLocalReadFailure(blockId)
  }
}

可见`getLocalValues`流程如下：

1. 如果配置的存储级别包含内存存储，且内存中存在查询的Block，则直接从内存查询。如果内存中的数据是以序列化方式保存的，则在返回之前需要反序列化数据，否则直接返回

2. 如果配置的存储级别只包含磁盘存储，且磁盘中存在查询的Block，则直接从磁盘查询。在查出数据后，需要将数据缓存到内存中。如果内存中的数据以非序列化的方式保存，则首先需要将查出的数据序列化，否则直接保存到内存中。最后将查出的数据反序列化后返回

让我们在看一下`getLocalBytes`方法：

def getLocalBytes(blockId: BlockId): Option[ChunkedByteBuffer] = {
  // 省略非关键代码和异常检查
  // As an optimization for map output fetches, if the block is for a shuffle, return it
  // without acquiring a lock; the disk store never deletes (recent) items so this should work
  if (blockId.isShuffle) {
    val shuffleBlockResolver = shuffleManager.shuffleBlockResolver
    // TODO: This should gracefully handle case where local block is not available. Currently
    // downstream code will throw an exception.
    Option(new ChunkedByteBuffer(
      shuffleBlockResolver.getBlockData(blockId.asInstanceOf[ShuffleBlockId]).nioByteBuffer()))
  } else {
    blockInfoManager.lockForReading(blockId).map { info => doGetLocalBytes(blockId, info) }
  }
}

private def doGetLocalBytes(blockId: BlockId, info: BlockInfo): ChunkedByteBuffer = {
  val level = info.level
  // In order, try to read the serialized bytes from memory, then from disk, then fall back to
  // serializing in-memory objects, and, finally, throw an exception if the block does not exist.
  if (level.deserialized) {
    // Try to avoid expensive serialization by reading a pre-serialized copy from disk:
    if (level.useDisk && diskStore.contains(blockId)) {
      // Note: we purposely do not try to put the block back into memory here. Since this branch
      // handles deserialized blocks, this block may only be cached in memory as objects, not
      // serialized bytes. Because the caller only requested bytes, it doesn't make sense to
      // cache the block's deserialized objects since that caching may not have a payoff.
      diskStore.getBytes(blockId)
    } else if (level.useMemory && memoryStore.contains(blockId)) {
      // The block was not found on disk, so serialize an in-memory copy:
      serializerManager.dataSerialize(blockId, memoryStore.getValues(blockId).get)
    } else {
      handleLocalReadFailure(blockId)
    }
  } else {  // storage level is serialized
    if (level.useMemory && memoryStore.contains(blockId)) {
      memoryStore.getBytes(blockId).get
    } else if (level.useDisk && diskStore.contains(blockId)) {
      val diskBytes = diskStore.getBytes(blockId)
      maybeCacheDiskBytesInMemory(info, blockId, level, diskBytes).getOrElse(diskBytes)
    } else {
      handleLocalReadFailure(blockId)
    }
  }
}

在`getLocalBytes`方法中首先会判断查询的Block是否是shuffle类型的Block。如果是shuffle类型的Block，则直接调用`IndexShuffleBlockResolver`来查询（关于`IndexShuffleBlockResolver`的详细介绍见文章【Shuffle详解】）。如果不是shuffle类型的Block，则调用`doGetLocalBytes`方法。`doGetLocalBytes`方法流程如下：

1. 如果内存中的存储级别为非序列化，且如果当前配置的存储级别包含磁盘存储，且磁盘中包含查询的Block，则直接从磁盘查询并返回（这里直接查磁盘，而不是内存是为了减少从内存读取时序列化数据的时间）

2. 如果内存中存储的级别为非序列化，且只有内存中包含查询的Block，则从内存中查询数据，并进行序列化后返回

3. 如果内存中的存储级别为序列化，且在内存中包含查询的Block，则直接读取内存中的数据并返回。否则如果存储级别包含磁盘存储，且磁盘中包含Block，则从磁盘中读取数据，并将数据缓存到内存中，并返回

最后让我们看一下`getRemoteBytes`方法：

def getRemoteBytes(blockId: BlockId): Option[ChunkedByteBuffer] = {
  // 省略非关键代码和异常检查
  var runningFailureCount = 0
  var totalFailureCount = 0
  val locations = getLocations(blockId)
  val maxFetchFailures = locations.size
  var locationIterator = locations.iterator
  while (locationIterator.hasNext) {
    val loc = locationIterator.next()
    // 直接通过一次网络请求获取到需要的blockId的数据
    val data = try {
      blockTransferService.fetchBlockSync(
        loc.host, loc.port, loc.executorId, blockId.toString).nioByteBuffer()
    } catch {
      case NonFatal(e) =>
        runningFailureCount += 1
        totalFailureCount += 1

        // 如果失败次数超过了含有块的地址数量，则直接抛出异常
        if (totalFailureCount >= maxFetchFailures) {
          // Give up trying anymore locations. Either we've tried all of the original locations,
          // or we've refreshed the list of locations from the master, and have still
          // hit failures after trying locations from the refreshed list.
          throw new BlockFetchException(s"Failed to fetch block after" +
            s" ${totalFailureCount} fetch failures. Most recent failure cause:", e)
        }
        // If there is a large number of executors then locations list can contain a
        // large number of stale entries causing a large number of retries that may
        // take a significant amount of time. To get rid of these stale entries
        // we refresh the block locations after a certain number of fetch failures
        // 如果失败次数超过了规定的最大尝试次数，则重新获取块的位置信息
        if (runningFailureCount >= maxFailuresBeforeLocationRefresh) {
          locationIterator = getLocations(blockId).iterator
          runningFailureCount = 0
        }
        // This location failed, so we retry fetch from a different one by returning null here
        null
      }
      if (data != null) {
        return Some(new ChunkedByteBuffer(data))
      }
    }
    None
  }

可见`getRemoteBytes`的执行流程如下：

1. 首先调用`getLocations`方法，从driver节点获取保存了查询的Block的节点列表，之后选择第一个节点调用`BlockTransferService.fetchBlockSync`方法向这个节点请求数据，如果请求成功则直接返回

2. 如果请求失败，重新向driver请求保存了查询的Block的节点列表，然后执行`BlockTransferService.fetchBlockSync`方法，请求数据

3. 如果重试次数超过重试上限，则直接返回空数据

总结一下Block数据传输：在Spark中，`BlockManager`管理两类的数据，即shuffle数据和缓存数据。其中shuffle数据来自Spark的shuffle操作（也称为map-reduce操作）中map阶段产生的shuffle文件，缓存数据来自用户程序中调用cache或checkpoint方法时将来自上游RDD计算出的数据缓存到本地内存或磁盘，以便在之后迭代时，无需再执行上游RDD生成数据的计算过程。由于`BlockManager`随着所在的executor退出而终止，所以在可以动态分配资源的集群中（如standalone，yarn，mesos），Spark可以在每台机器上启动一个专门管理shuffle数据的服务`ExternalShuffleService`，这样所有读取shuffle文件的操作实际都通过向`ExternalShuffleService`请求来获取的。在`BlockManager`中提供了对于非序列化数据/序列化数据的读写接口，并通过底层的`MemoryStore`和`DiskStore`来实际保存和读取数据。在`BlockManager`中如果设置了需要副本的存储级别，则在保存数据到本节点的同时，需要向集群的另外一个节点备份写入的数据。