如今我们来深入了解一下Hadoop的FileSystem类。

这个类是用来跟Hadoop的文件系统进行交互的。尽管我们这里主要是针对HDFS。可是我们还是应该让我们的代码仅仅使用抽象类FileSystem。这样我们的代码就能够跟不论什么一个Hadoop的文件系统交互了。在写測试代码时,我们能够用本地文件系统測试,部署时使用HDFS。仅仅需配置一下,不须要改动代码了。

在Hadoop 1.x以后的版本号中引入了一个新的文件系统接口叫FileContext,一个FileContext实例能够处理多种文件系统。并且接口更加清晰和统一。


用Hadoop URL来读取HDFS里的文件

在讨论Java API之前。先来看一个用Hadoop URL来读文件数据的方式。这样的方式从严格意义上讲不能算是Hadoop给Java的接口。应该说是用Java Net的方式来向HDFS发送一个网络请求然后读取返回流。
与通过URL去读取一个HTTP服务拿到一个流相似
InputStream in = null;
try {
in = new URL("hdfs://host/path").openStream();
//操作输入流in。能够读取到文件的内容
} finally {
IOUtils.closeStream(in);
}
这个方式有个小问题。Java虚拟机默认是不认识hdfs这个协议的,要想让它知道,须要通过
URL.setURLStreamHandlerFactory(new FsUrlStreamHandlerFactory());
来设置一个UrlStreamHandlerFactory,以便使其认识hdfs协议。
可是这种方法的调用是对整个虚拟机生效的,所以,假设程序中有其他部分,尤其是第三方框架,设置了这个工厂。那就会出现故障。因此这就成为了使用这样的方式来訪问HDFS的限制。

完整代码例如以下:
import java.io.InputStream;
import java.net.URL;
import org.apache.hadoop.fs.FsUrlStreamHandlerFactory;
import org.apache.hadoop.io.IOUtils; public class URLCat {
static {
URL.setURLStreamHandlerFactory(new FsUrlStreamHandlerFactory());
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
InputStream in = null;
try {
in = new URL(args[0]).openStream();
IOUtils.copyBytes(in, System.out, 4096, false);
} finally {
IOUtils.closeStream(in);
}
}
}
在这个程序里,先设置JVM的URLStreamHandlerFactory。然后通过url打开一个流,读取流,就得到了文件的内容,通过IOUtils.copyBytes()把读到的内容写出到标准输出流里。也就是控制台上,就实现了类似于Linux里的cat命令的功能。
最后把输入流关闭。

IOUtils是hadoop提供的一个工具类。copyBytes的后两个參数分别表示buffer大小和结束后是否关闭流,我们在后面手动关闭流。所以传false。

将程序打成jar包放到hadoop上去,运行:
$hadoop jar urlcat.jar hdfs://localhost/user/norris/weatherdata.txt
可将前一节放到hdfs上去的weatherdata.txt里的内容显示到控制台上。

运行hadoop jar的方法好像之前忘记写博客了,简单说一句,就是把程序打成jar包。能够指定一个可运行类,然后运行:
$hadoop jar xxx.jar
或者假设不打jar包。把class文件直接放上去。然后运行hadoop XxxClass也行,事实上说白了hadoop命令就是启动一个虚拟机,跟运行java XxxClass或者java -jar xxx.jar一样。仅仅只是用hadoop命令启动虚拟机。在启动前,hadoop命令自己主动把须要的类库增加到了CLASSPATH中。因此省去了自己去环境变量设置的麻烦。

值得注意的是,假设你把class放在了/home/norris/data/hadoop/bin/文件夹下,须要在$HADOOP_INSTALL/etc/hadoop/hadoop-env.sh最后一行加入
export HADOOP_CLASSPATH=$HADOOP_CLASSPATH:/home/norris/data/hadoop/bin/
把自己的class存放位置变成hadoop搜索class位置的一个选项。

用FileSystem(org.apache.hadoop.fs.FileSystem)类来读取HDFS里的文件

有个类叫Path(org.apache.hadoop.fs.Path),这个类的实例代表HDFS里的一个文件(或文件夹),能够把它理解成java.io.File,跟这个File类是一样的。仅仅只是File这个名字听起来就像是一个本地文件系统的类,所以为了差别。取名为Path。也能够把Path理解成一个HDFS上的URI,比方hdfs://localhost/user/norris/weatherdata.txt。
FileSystem类是一个抽象类。代表全部能够执行在Hadoop上的文件系统,我们这里尽管在讨论HDFS,但事实上FileSystem类能够代表如本地文件系统等的不论什么能够执行于Hadoop上的文件系统。我们敲代码也应该针对FileSystem来写,而不是org.apache.hadoop.hdfs.DistributedFileSystem,以便方便移植到其它文件系统上去。

第一步,先要拿到一个FileSystem实例。通过以下API能够获取到实例:
public static FileSystem get(Configuration conf) throws IOException;
public static FileSystem get(URI uri, Configuration conf) throws IOException;
public static FileSystem get(final URI uri, final Configuration conf, final String user) throws IOException, InterruptedException;
当中,
Configuration(org.apache.hadoop.conf.Configuration)是指Hadoop的配置,假设用默认的构造函数构造出Configuration,就是指core-site.xml里的配置。前面《配置Hadoop》(http://blog.csdn.net/norriszhang/article/details/38659321)一节讲到了该配置。把fs配置成了hdfs。所以依据这个配置Hadoop就知道该取到一个DistributedFileSystem(org.apache.hadoop.hdfs.DistributedFileSystem)实例。
URI是指文件在HDFS里存放的路径。
String user这个參数,将在《安全》章节讨论。
即使在操作HDFS。你可能也同一时候希望訪问本地文件系统。能够通过以下API方便地获取:
public static LocalFileSystem getLocal(Configuration conf)  throws IOException;

通过调用FileSystem实例的open方法能够得到一个输入流:
public FSDataInputStream open(Path f) throws IOException;
public abstract FSDataInputStream open(Path f, int bufferSize) throws IOException;
当中的int bufferSize是缓冲区大小。假设不传这个參数,默认大小是4K。
以下是使用FileSystem读取HDFS中文件内容的完整程序:
import java.net.URI;
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FSDataInputStream;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.IOUtils;
public class FileSystemCat {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String uri = args[0];
Configuration conf = new Configuration();
FileSystem fs = FileSystem.get(URI.create(uri), conf);
//System.out.println(fs.getClass().getName()); //这里能够看到得到的实例是DistributedFileSystem,由于core-site.xml里配的是hdfs
FSDataInputStream in = null;
try {
in = fs.open(new Path(uri));
IOUtils.copyBytes(in, System.out, 4096, false);
} finally {
IOUtils.closeStream(in);
}
}
}
打成jar包放到hadoop上去执行:
$hadoop jar filesystemcat.jar hdfs://localhost/user/norris/weatherdata.txt
在控制台输出了weatherdata.txt文件里的内容。


大家看一下API,fs.open方法的返回值是FSDataInputStream。而不是java.io包里的流。
这个流继承自java.io.DataInputStream,同一时候实现Seekable(org.apache.hadoop.fs.Seekable)。也就是说能够调用seek()方法读取文件的任何位置数据。
比如上面程序加两行:
in.seek(0);
IOUtils.copyBytes(in, System.out, 4096, false);
就能够实现把文件内容打印两遍。

另外。FSDataInputStream类同一时候也实现了PositionedReadable(org.apache.hadoop.fs.PositionedReadable)接口,接口中定义的三个方法同意在任何位置读取文件内容:
public int read(long position, byte[] buffer, int offset, int length) throws IOException;
public void readFully(long position, byte[] buffer, int offset, int length) throws IOException;
public void readFully(long position, byte[] buffer) throws IOException;
而且,这些方法是线程安全的,可是FSDataInputStream不是线程安全的,仅仅是说不同的FSDataInputStream实例在不同的线程里读文件内容是安全的。可是一个FSDataInputStream实例被不同的线程调用是不安全的。所以,应该为每一个线程创建各自的FSDataInputStream实例。
最后,调用seek()方法的开销是相当巨大的。应该尽量少调用,你的程序应该设计成尽量流式获取文件内容。


用FileSystem类来向HDFS里写文件

FileSystem类里提供了一大堆API用来在创建文件。当中最简单的一个是:
public FSDataOutputStream create(Path f) throws IOException;
创建一个Path类代表的文件。并返回一个输出流。
这种方法有一大堆的重载方法。能够用来设置是否覆盖已有文件,该文件复制的份数,写入时的缓冲区大小,文件块大小(block),权限等。
假设该Path代表的文件的父文件夹(甚至爷爷文件夹)不存在。这些文件夹会被自己主动创建,这样确时在非常多情况下提供了方便。可是有时却与我们的需求不相符,假设你确实希望当父文件夹不存在时不要创建。应该自己推断其父文件夹是否存在。原来的API中有个createNonRecursive方法,假设父文件夹不存在会失败。但如今这一组方法已经被废弃。不建议使用了。
create方法的一个重要重载方法是:
public FSDataOutputStream create(Path f, Progressable progress) throws IOException;
Progressable接口的progress方法能够用来当有数据写入时回调。
public interface Progressable {
public void progress();
}
假设不想新建一个文件,而是希望向已有文件追加内容,能够调用:
public FSDataOutputStream append(Path f) throws IOException;
该方法是可选实现方法,也就是说不是全部的Hadoop FileSystem都实现了该方法,比如。HDFS实现了。而S3文件系统就没有实现。而且。HDFS在1.x以后的版本号中的实现才是稳定的实现,之前的实现是有问题的。

以下这个程序把一个本地文件上传到HDFS上。而且在每次progress方法被调用时输出一个点(.)
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.URI; import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.IOUtils;
import org.apache.hadoop.util.Progressable; public class FileCopyWithProgress {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String localSrc = args[0];
String dst = args[1]; InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(localSrc)); Configuration conf = new Configuration();
FileSystem fs = FileSystem.get(URI.create(dst), conf);
OutputStream out = fs.create(new Path(dst), new Progressable() {
@Override
public void progress() {
System.out.print(".");
// try {
// Thread.sleep(1000);
// } catch (Exception e) {
// e.printStackTrace();
// }
}
});
IOUtils.copyBytes(in, out, 4096, true);
System.out.println();
System.out.println("end.");
}
}
程序中的progress什么条件下被调用呢?这个API并没有说明,也就是说你不能如果它在某时会被调用。实际的測试结果是大概写入64K时会被调用一次,但多次測试也不一致,尤其在文件小时,更加不可预知。
假设打开上面程序的Thread.sleep()的凝视,会发现,事实上在progress在被调用时,主程序是等待的。假设把主线程的ID和调用progress方法的线程ID打印出来发现。每次调用progress的线程都是同一个线程,但不是主线程。可是,主线程的"end."确实是在全部点(.)都输出后才输出的。
我复制的文件是4743680字节,即大概4.5M,打出73个点。平均64K一个点。

到眼下为止,仅仅有HDFS在写入文件时回调progress,其他文件系统都没有实现回调progress,在后面做MapReduce程序时会发现,这一回调很实用。

FileSystem里的create方法返回的FSDataOutputStream类有一个方法:
public long getPos() throws IOException;
能够查询当前在往文件的哪个位置写,一个写入的偏移量。
可是与FSDataInputStream不同,FSDataOutputStream没有seek方法,由于HDFS仅仅同意顺序写,对于一个打开的文件。仅仅同意向尾部追加,不同意在任何位置写,因此也就没有必要提供seek方法了。


创建文件夹

FileSystem中的创建文件夹的方法:
public boolean mkdirs(Path f) throws IOException;
与java.io.File.mkdirs方法一样,创建文件夹,并同一时候创建缺失的父文件夹。
我们一般不须要创建文件夹,由于创建文件时,默认就把所需的文件夹都创建好了。

查询文件元信息:FileStatus(org.apache.hadoop.fs.FileStatus)

FileSystem类中的getFileStatus()方法返回一个FileStatus实例。该FileStatus实例中包括了该Path(文件或文件夹)的元信息:文件大小,block大小,复制的份数,最后改动时间。全部者。权限等。

程序简单,先上代码,再解释一下
import static org.junit.Assert.*;
import static org.hamcrest.CoreMatchers.*;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileStatus;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.hdfs.MiniDFSCluster;
import org.junit.After;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;
public class ShowFileStatusTest {
private static final String SYSPROP_KEY = "test.build.data";
/** MiniDFSCluster类在hadoop-hdfs-2.4.1-tests.jar中,是一个专门用于測试的in-process HDFS集群 */
private MiniDFSCluster cluster;
private FileSystem fs;
@Before
public void setUp() throws IOException {
Configuration conf = new Configuration();
String sysprop = System.getProperty(SYSPROP_KEY);
if (sysprop == null) {
System.setProperty(SYSPROP_KEY, "/tmp");
}
cluster = new MiniDFSCluster(conf, 1, true, null);
fs = cluster.getFileSystem();
OutputStream out = fs.create(new Path("/dir/file"));
out.write("content".getBytes("UTF-8"));
out.close();
}
@After
public void tearDown() throws IOException {
if (fs != null) {
fs.close();
}
if (cluster != null) {
cluster.shutdown();
}
}
@Test(expected = FileNotFoundException.class)
public void throwsFileNotFoundForNonExistentFile() throws IOException {
fs.getFileStatus(new Path("no-such-file"));
}
@Test
public void fileStatusForFile() throws IOException {
Path file = new Path("/dir/file");
FileStatus stat = fs.getFileStatus(file); assertThat(stat.getPath().toUri().getPath(), is("/dir/file"));
assertThat(stat.isDirectory(), is(false));
assertThat(stat.getLen(), is(7L));
assertTrue(stat.getModificationTime() <= System.currentTimeMillis());
assertThat(stat.getReplication(), is((short)1));
assertThat(stat.getBlockSize(), is(64 * 1024 * 1024L));
assertThat(stat.getOwner(), is("norris"));
assertThat(stat.getGroup(), is("supergroup"));
assertThat(stat.getPermission().toString(), is("rw-r--r--"));
}
@Test
public void fileStatusForDirectory() throws IOException {
Path dir = new Path("/dir");
FileStatus stat = fs.getFileStatus(dir);
assertThat(stat.getPath().toUri().getPath(), is("/dir"));
assertThat(stat.isDirectory(), is(true));
assertThat(stat.getLen(), is(0L));
assertTrue(stat.getModificationTime() <= System.currentTimeMillis());
assertThat(stat.getReplication(), is((short)0));
assertThat(stat.getBlockSize(), is(0L));
assertThat(stat.getOwner(), is("norris"));
assertThat(stat.getGroup(), is("supergroup"));
assertThat(stat.getPermission().toString(), is("rwxr-xr-x"));
}
}
程序编译须要引入hadoop-hdfs-2.4.1-tests.jar和hadoop-hdfs-2.4.1.jar,在Hadoop的安装包中能够找到。
MiniDFSCluster类在hadoop-hdfs-2.4.1-tests.jar中,是一个专门用于測试的内存HDFS集群。
其他代码看名称都能够理解,仅仅是这个JUnit的assertThat方法让我整了好半天,不知道is方法是哪个类里的静态方法。找了网上都直接这样写。好像写了就能用似的,可是我却编译只是,后来才知道,是org.hamcrest.CoreMatchers类里的静态方法。须要静态引入该类。另外有个lessThanOrEqualTo方法,死活没找到在哪个类里,仅仅好用assertTrue方法取代了。

程序执行须要用JUnit启动,由于这是一个test case。
把junit.jar和org.hamcrest.core_1.3.0.v201303031735.jar放到server上。改动hadoop-env.sh。把我们刚才改动的最后一行:
export HADOOP_CLASSPATH=$HADOOP_CLASSPATH:/home/norris/data/hadoop/bin/
再追加上这两个jar。即:
export HADOOP_CLASSPATH=$HADOOP_CLASSPATH:/home/norris/data/hadoop/bin/:/home/norris/data/hadoop/lib/junit.jar:/home/norris/data/hadoop/lib/org.hamcrest.core_1.3.0.v201303031735.jar

然后执行时不是执行我们写的类,而是执行junit,然后让junit去test我们写的类:
$hadoop org.junit.runner.JUnitCore ShowFileStatusTest
执行结果发现,进行了三个測试。两个成功了,一个失败了,失败在
assertThat(stat.getBlockSize(), is(64 * 1024 * 1024L));这行
期望值是:67108864。也就是64M。实际值是:134217728,也就是128M。也就是说HDFS的block size的默认值是128M,这个我还没搞明确是由于新版的Hadoop改动了block size的默认值还是由于我又一次在64位系统下编译了Hadoop,假设在hdfs-site.xml中设置:
<property>
    <name>dfs.block.size</name>
    <value>67108864</value>
</property>
把block size设成64M,就三个都成功了。

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