Spark 实践

1.1 避免使用 GroupByKey

  让我们看一下使用两种不同的方式去计算单词的个数，第一种方式使用 reduceByKey， 另外一种方式使用 groupByKey：

val words = Array("one", "two", "two", "three", "three", "three")
val wordPairsRDD = sc.parallelize(words).map(word => (word, 1))
//reduce
val wordCountsWithReduce = wordPairsRDD
  .reduceByKey(_ + _)
  .collect()
//group
val wordCountsWithGroup = wordPairsRDD
  .groupByKey()
  .map(t => (t._1, t._2.sum))
  .collect()

  虽然两个函数都能得出正确的结果，reduceByKey 更适合使用在大数据集上。 这是因为 Spark 知道它可以在每个分区shuffle数据之前，聚合key值相同的数据。

  借助下图可以理解在 reduceByKey 里发生了什么。 注意在数据对被shuffle前同一机器上同样 key的数据是怎样被组合的(reduceByKey 中的 lamdba 函数)。然后 lamdba 函数在每个区上被再次调用来将所有值 reduce 成一个最终结果。

  但是，当调用 groupByKey 时，所有的键值对(key-value pair) 都会被shuffle。在网络上传输这些数据非常没有必要。

  为了确定将数据对shuffle到哪台主机，Spark 会对数据对的 key 调用一个分区函数。 当shuffle的数据量大于单台执行机器内存总量时，Spark 会把数据保存到磁盘上。 不过在保存时每次只会处理一个 key 的数据，所以当单个 key 的键值对超过内存容量会存在内存溢出的可能。 我们应避免将数据保存到磁盘上，这会严重影响性能。

  你可以想象一个非常大的数据集，在使用 reduceByKey 和 groupByKey 时他们的差别会被放大更多倍。

  以下函数应该优先于 groupByKey ：

• combineByKey 组合数据，但是组合之后的数据类型与输入时值的类型不一样。

• foldByKey 合并每一个 key 的所有值，在级联函数和“零值”中使用。

1.2 不要将大型 RDD 的所有元素拷贝到driver

  如果你的driver内存容量不能容纳一个大型 RDD 里面的所有数据，不要做以下操作：

val values = myVeryLargeRDD.collect()

  Collect 操作会试图将 RDD 里面的每一条数据复制到driver上，这时候会发生内存溢出和崩溃。相反，你可以调用 take 或者 takeSample 来确保数据大小的上限。或者在你的 RDD 中使用过滤或抽样。 同样，要谨慎使用下面的操作，除非你能确保数据集小到足以存储在内存中：

• countByKey

• countByValue

• collectAsMap

  如果你确实需要将 RDD 里面的大量数据保存在内存中，你可以将 RDD 写成一个文件或者把 RDD 导出到一个容量足够大的数据库中。

1.3 优雅地处理坏的输入数据

  当处理大量的数据的时候，一个常见的问题是有些数据格式不对或者内容有误。使用filter方法可以很容易丢弃坏的输入或者使用map方法可以修复可能修复的坏的数据。当你尝试着修复坏的数据，但是丢弃无法被修复的数据时， flatMap函数是最好的选择。让我们考虑下面的输入json串。

input_rdd = sc.parallelize(["{\"value\": 1}",  # Good
                            "bad_json",  # Bad
                            "{\"value\": 2}",  # Good
                            "{\"value\": 3"  # Missing an ending brace.
                            ])

  当我们尝试着在SqlContext中使用这个输入串时，很明显它会因为格式不对而报错。

sqlContext.jsonRDD(input_rdd).registerTempTable("valueTable")
# The above command will throw an error.

  让我妈用下面的python代码修复输入数据。

def try_correct_json(json_string):
  try:
    # First check if the json is okay.
    json.loads(json_string)
    return [json_string]
  except ValueError:
    try:
      # If not, try correcting it by adding a ending brace.
      try_to_correct_json = json_string + "}"
      json.loads(try_to_correct_json)
      return [try_to_correct_json]
    except ValueError:
      # The malformed json input can't be recovered, drop this input.
      return []

  经过上面函数的处理之后，我们就可以使用这些数据了。

corrected_input_rdd = input_rdd.flatMap(try_correct_json)
sqlContext.jsonRDD(corrected_input_rdd).registerTempTable("valueTable")
sqlContext.sql("select * from valueTable").collect()
# Returns [Row(value=1), Row(value=2), Row(value=3)]

2 常规故障处理

2.1 Job aborted due to stage failure: Task not serializable

  如果你看到以下错误：

org.apache.spark.SparkException: Job aborted due to stage failure:
Task not serializable: java.io.NotSerializableException: ...

  上述的错误在这种情况下会发生：当你在 master 上初始化一个变量，但是试图在 worker 上使用。 在这个示例中， Spark Streaming 试图将对象序列化之后发送到 worker 上，如果这个对象不能被序列化就会失败。思考下面的代码片段：

NotSerializable notSerializable = new NotSerializable();
JavaRDD<String> rdd = sc.textFile("/tmp/myfile");
rdd.map(s -> notSerializable.doSomething(s)).collect();

  这段代码会触发上面的错误。这里有一些建议修复这个错误：

• 让 class 实现序列化
• 在作为参数传递给 map 方法的 lambda 表达式内部声明实例
• 在每一台机器上创建一个 NotSerializable 的静态实例
• 调用 rdd.forEachPartition 并且像下面这样创建 NotSerializable 对象：

rdd.forEachPartition(iter -> {
  NotSerializable notSerializable = new NotSerializable();
  // ...Now process iter
});

2.2 缺失依赖

  在默认状态下，Maven 在 build 的时候不会包含所依赖的 jar 包。当运行一个 Spark 任务时，如果 Spark worker 机器上没有包含所依赖的 jar 包会发生类无法找到的错误(ClassNotFoundException)。

  有一个简单的方式，在 Maven 打包的时候创建 shaded 或 uber 任务可以让那些依赖的 jar 包很好地打包进去。

  使用 <scope>provided</scope> 可以排除那些没有必要打包进去的依赖，对 Spark 的依赖必须使用 provided 标记，因为这些依赖已经包含在 Spark cluster中。在你的 worker 机器上已经安装的 jar 包你同样需要排除掉它们。

  下面是一个 Maven pom.xml 的例子，工程了包含了一些需要的依赖，但是 Spark 的 libraries 不会被打包进去，因为它使用了 provided：

<project>
    <groupId>com.databricks.apps.logs</groupId>
    <artifactId>log-analyzer</artifactId>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <name>Databricks Spark Logs Analyzer</name>
    <packaging>jar</packaging>
    <version>1.0</version>
    <repositories>
        <repository>
            <id>Akka repository</id>
            <url>http://repo.akka.io/releases</url>
        </repository>
    </repositories>
    <dependencies>
        <dependency> <!-- Spark -->
            <groupId>org.apache.spark</groupId>
            <artifactId>spark-core_2.10</artifactId>
            <version>1.1.0</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>
        <dependency> <!-- Spark SQL -->
            <groupId>org.apache.spark</groupId>
            <artifactId>spark-sql_2.10</artifactId>
            <version>1.1.0</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>
        <dependency> <!-- Spark Streaming -->
            <groupId>org.apache.spark</groupId>
            <artifactId>spark-streaming_2.10</artifactId>
            <version>1.1.0</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>
        <dependency> <!-- Command Line Parsing -->
            <groupId>commons-cli</groupId>
            <artifactId>commons-cli</artifactId>
            <version>1.2</version>
        </dependency>
    </dependencies>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>2.3.2</version>
                <configuration>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                </configuration>
            </plugin>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-shade-plugin</artifactId>
                <version>2.3</version>
                <executions>
                    <execution>
                        <phase>package</phase>
                        <goals>
                            <goal>shade</goal>
                        </goals>
                    </execution>
                </executions>
                <configuration>
                    <filters>
                        <filter>
                            <artifact>*:*</artifact>
                            <excludes>
                                <exclude>META-INF/*.SF</exclude>
                                <exclude>META-INF/*.DSA</exclude>
                                <exclude>META-INF/*.RSA</exclude>
                            </excludes>
                        </filter>
                    </filters>
                    <finalName>uber-${project.artifactId}-${project.version}</finalName>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

2.3 执行 start-all.sh 错误: Connection refused

  如果是使用 Mac 操作系统运行 start-all.sh 发生下面错误时：

% sh start-all.sh
starting org.apache.spark.deploy.master.Master, logging to ...
localhost: ssh: connect to host localhost port 22: Connection refused

  你需要在你的电脑上打开 “远程登录” 功能。进入 系统偏好设置 ---> 共享 勾选打开 远程登录。

2.4 Spark 组件之间的网络连接问题

  Spark 组件之间的网络连接问题会导致各式各样的警告或错误：

• SparkContext <-> Spark Standalone Master

  如果 SparkContext 不能连接到 Spark standalone master，会显示下面的错误:

ERROR AppClient$ClientActor: All masters are unresponsive! Giving up.
ERROR SparkDeploySchedulerBackend: Spark cluster looks dead, giving up.
ERROR TaskSchedulerImpl: Exiting due to error from cluster scheduler:
Spark cluster looks down

  如果 driver 能够连接到 master 但是 master 不能回连到 driver，这时 Master 的日志会记录多次尝试连接 driver失败并且会报告不能连接：

INFO Master: Registering app SparkPi
INFO Master: Registered app SparkPi with ID app-XXX-0000
INFO: Master: Removing app app-app-XXX-0000
[...]
INFO Master: Registering app SparkPi
INFO Master: Registered app SparkPi with ID app-YYY-0000
INFO: Master: Removing app app-YYY-0000
[...]

  在这样的情况下，master 报告应用已经被成功地注册了。但是注册成功的通知 driver 接收失败了， 这时 driver 会自动尝试几次重新连接直到失败的次数太多而放弃重试。 其结果是 Master web UI 会报告多个失败的应用，即使只有一个 SparkContext 被创建。

  如果你遇到上述的错误，有两条可以遵循的建议：

• 检查 workers 和 drivers 配置的 Spark master 的地址
• 设置 driver，master，worker 的 SPARK_LOCAL_IP 为集群的可寻地址主机名。

配置 hostname/port

  这节将描述我们如何绑定 Spark 组件的网络接口和端口。在每节里，配置会按照优先级降序的方式排列。如果前面所有配置没有提供则使用最后一条作为默认配置。

SparkContext actor system:

Hostname:

• spark.driver.host 属性
• 如果 SPARK_LOCAL_IP 环境变量的设置是主机名(hostname)，就会使用设置时的主机名。如果 SPARK_LOCAL_IP 设置的是一个 IP 地址，这个 IP 地址会被解析为主机名。
• 使用默认的 IP 地址，这个 IP 地址是Java 接口 InetAddress.getLocalHost 方法的返回值。

Port:

• spark.driver.port 属性。
• 从操作系统(OS)选择一个临时端口。

Spark Standalone Master / Worker actor systems:

Hostname:

• 当 Master 或 Worker 进程启动时使用 --host 或 -h 选项(或是过期的选项 --ip 或 -i)。
• SPARK_MASTER_HOST 环境变量(仅应用在 Master 上)。
• 如果 SPARK_LOCAL_IP 环境变量的设置是主机名(hostname)，就会使用设置时的主机名。如果 SPARK_LOCAL_IP 设置的是一个 IP 地址，这个 IP 地址会被解析为主机名。
• 使用默认的 IP 地址，这个 IP 地址是Java 接口 InetAddress.getLocalHost 方法的返回值.

Port:

• 当 Master 或 Worker 进程启动时使用 --port 或 -p 选项。
• SPARK_MASTER_PORT 或 SPARK_WORKER_PORT 环境变量(分别应用到 Master 和 Worker 上)。
• 从操作系统(OS)选择一个临时端口。

3 性能和优化

3.1 一个 RDD 有多少分区

  在调试和故障处理的时候，我们通常有必要知道 RDD 有多少个分区。这里有几个方法可以找到这些信息：

使用 UI 查看在分区上执行的任务数

  当 stage 执行的时候，你可以在 Spark UI 上看到这个 stage 上的分区数。 下面的例子中的简单任务在 4 个分区上创建了共 100 个元素的 RDD ，然后在这些元素被收集到 driver 之前分发一个 map 任务：

scala> val someRDD = sc.parallelize(1 to 100, 4)
someRDD: org.apache.spark.rdd.RDD[Int] = ParallelCollectionRDD[0] at parallelize at <console>:12
 
scala> someRDD.map(x => x).collect
res1: Array[Int] = Array(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59,
60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100)

  在 Spark的应用 UI 里，从下面截图上看到的 "Total Tasks" 代表了分区数。

使用 UI 查看分区缓存

  持久化 RDD 时通常需要知道有多少个分区被存储。下面的这个例子和之前的一样，除了现在我们要对 RDD 做缓存处理。操作完成之后，我们可以在 UI 上看到这个操作导致什么被我们存储了。

scala> someRDD.setName("toy").cache
res2: someRDD.type = toy ParallelCollectionRDD[0] at parallelize at <console>:12
 
scala> someRDD.map(x => x).collect
res3: Array[Int] = Array(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37,
38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59,
60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100)

  注意：下面的截图有 4 个分区被缓存。

编程查看 RDD 分区

  在 Scala API 里，RDD 持有一个分区数组的引用， 你可以使用它找到有多少个分区：

scala> val someRDD = sc.parallelize(1 to 100, 30)
someRDD: org.apache.spark.rdd.RDD[Int] = ParallelCollectionRDD[0] at parallelize at <console>:12
 
scala> someRDD.partitions.size
res0: Int = 30

  在 Python API 里, 有一个方法可以明确地列出有多少个分区：

In [1]: someRDD = sc.parallelize(range(101),30)
In [2]: someRDD.getNumPartitions()
Out[2]: 30

3.2 数据本地性

  Spark 是一个并行数据处理框架，这意味着任务应该在离数据尽可能近的地方执行(即最少的数据传输)。

检查本地性

  检查任务是否在本地运行的最好方式是在 Spark UI 上查看 stage 信息，注意下面截图中的 Locality Level 列显示任务运行在哪个地方。

调整本地性配置

  你可以调整 Spark 在每个数据本地性level(data local --> process local --> node local --> rack local --> Any)上等待的时长。更多详细的参数信息请查看程序配置文档的 Scheduling 章节里类似于 spark.locality.* 的配置。

4 Spark Streaming

ERROR OneForOneStrategy

  如果你在 Spark Streaming 里启用 checkpointing，forEachRDD 函数使用的对象都应该可以被序列化(Serializable)。否则会出现这样的异常 "ERROR OneForOneStrategy: ... java.io.NotSerializableException:"

JavaStreamingContext jssc = new JavaStreamingContext(sc, INTERVAL);
 
// This enables checkpointing.
jssc.checkpoint("/tmp/checkpoint_test");
 
JavaDStream<String> dStream = jssc.socketTextStream("localhost", 9999);
 
NotSerializable notSerializable = new NotSerializable();
dStream.foreachRDD(rdd -> {
      if (rdd.count() == 0) {
        return null;
      }
      String first = rdd.first();
 
      notSerializable.doSomething(first);
      return null;
    }
);
 
// This does not work!!!!

  按照下面的方式之一进行修改，上面的代码才能正常运行：

• 在配置文件里面删除 jssc.checkpoint 这一行关闭 checkpointing。
• 让对象能被序列化。
• 在 forEachRDD 函数里面声明 NotSerializable，下面的示例代码是可以正常运行的：

JavaStreamingContext jssc = new JavaStreamingContext(sc, INTERVAL);
 
jssc.checkpoint("/tmp/checkpoint_test");
 
JavaDStream<String> dStream = jssc.socketTextStream("localhost", 9999);
 
dStream.foreachRDD(rdd -> {
      if (rdd.count() == 0) {
        return null;
      }
      String first = rdd.first();
      NotSerializable notSerializable = new NotSerializable();
      notSerializable.doSomething(first);
      return null;
    }
);
 
// This code snippet is fine since the NotSerializable object
// is declared and only used within the forEachRDD function.