MapReduce编程模型详解

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

1.1 MapReduce是什么

　　Hadoop MapReduce是一个软件框架，基于该框架能够容易地编写应用程序，这些应用程序能够运行在由上千个商用机器组成的大集群上，并以一种可靠的，具有容错能力的方式并行地处理上TB级别的海量数据集。这个定义里面有着这些关键词，

一是软件框架，二是并行处理，三是可靠且容错，四是大规模集群，五是海量数据集。

1.2 MapReduce做什么

　　MapReduce擅长处理大数据，它为什么具有这种能力呢？这可由MapReduce的设计思想发觉。MapReduce的思想就是“分而治之”。

1）Mapper负责“分”，即把复杂的任务分解为若干个“简单的任务”来处理。“简单的任务”包含三层含义：

一是数据或计算的规模相对原任务要大大缩小；二是就近计算原则，即任务会分配到存放着所需数据的节点上进行计算；三是这些小任务可以并行计算，彼此间几乎没有依赖关系。

　　（2）Reducer负责对map阶段的结果进行汇总。至于需要多少个Reducer，用户可以根据具体问题，通过在mapred-site.xml配置文件里设置参数mapred.reduce.tasks的值，缺省值为1。

一个比较形象的语言解释MapReduce：　　

我们要数图书馆中的所有书。你数1号书架，我数2号书架。这就是“Map”。我们人越多，数书就更快。

现在我们到一起，把所有人的统计数加在一起。这就是“Reduce”。

1. 3. MapReduce运行流程

这里写图片描述

map任务处理：
读取输入文件内容，解析成key、value对。对输入文件的每一行，解析成key、value对。每一个键值对调用一次map函数。

写自己的逻辑，对输入的key、value处理，转换成新的key、value输出。

对输出的key、value进行分区。

对不同分区的数据，按照key进行排序、分组。相同key的value放到一个集合中。

(可选)分组后的数据进行归约。


reduce任务处理：
对多个map任务的输出，按照不同的分区，通过网络copy到不同的reduce节点。

对多个map任务的输出进行合并、排序。写reduce函数自己的逻辑，对输入的key、value处理，转换成新的key、value输出。

把reduce的输出保存到文件中。

3.讲述一下mapreduce的流程（shuffle的sort，partitions，group）

首先是 Mapreduce经过SplitInput 输入分片决定map的个数在用Record记录 key value。然后分为以下三个流程：

Map：

输入  key（long类型偏移量）  value（Text一行字符串）

输出  key value

Shuffle：、

   合并（merge）map输出时先输出到环形内存，当内存使用率达到60%时开始溢出写入到文件，溢出文件都是小文件，所以就要合并他们，在这个构成中就会排序，根据key值比较排序

   排序（sort）如果你自定义了key的数据类型要求你的类一定是WriteableCompartor的子类，不想继承WriteableCompartor，至少实现Writeable，这时你就必须在job上设置排序比较器job.setSortCmpartorClass(MyCompartor.class);而MyCompartor.class必须继承RawCompartor的类或子类

   分区（partition）会根据map输出的结果分成几个文件为reduce准备，有几个reducetask就分成几个文件，在job上设置分区器job.setPartitionerClass(MyPartition.class)Myrtition.class要继承Partitioner这个类

   分组（group）分区时会调用分组器，把同一分区中的相同key的数据对应的value制作成一个iterable，并且会在sort。在job上设置分组器。Job.setGroupCompartorClass(MyGroup.class)MyGroup.class必须继承RawCompartor的类跟子类

上面的结果储存到本地文件中，而不是hdfs上

上面只要有完成结果，reduce就开始复制上面的结果，通过http方式

Reduce

  输入key时map输出时的key value是分组器分的iterable

  输出 key value

  输出结果保存在hdfs上而不是本地文件中

  MapReduce的执行步骤：

1、Map任务处理

1.1 读取HDFS中的文件。每一行解析成一个<k,v>。每一个键值对调用一次map函数。                <0,hello you>   <10,hello me>

1.2 覆盖map()，接收1.1产生的<k,v>，进行处理，转换为新的<k,v>输出。　　　　　　　　　　<hello,1> <you,1> <hello,1> <me,1>

1.3 对1.2输出的<k,v>进行分区。默认分为一个区。详见《Partitioner》

1.4 对不同分区中的数据进行排序（按照k）、分组。分组指的是相同key的value放到一个集合中。　排序后：<hello,1> <hello,1> <me,1> <you,1>  分组后：<hello,{1,1}><me,{1}><you,{1}>

1.5 （可选）对分组后的数据进行归约。详见《Combiner》

2、Reduce任务处理

2.1 多个map任务的输出，按照不同的分区，通过网络copy到不同的reduce节点上。（shuffle）详见《shuffle过程分析》

2.2 对多个map的输出进行合并、排序。覆盖reduce函数，接收的是分组后的数据，实现自己的业务逻辑，　<hello,2> <me,1> <you,1>

　　　　处理后，产生新的<k,v>输出。

2.3 对reduce输出的<k,v>写到HDFS中。

MapReduce工作原理图文详解

1.MapReduce作业运行流程
2.Map、Reduce任务中Shuffle和排序的过程

正文：

1.MapReduce作业运行流程

流程分析：

1.在客户端启动一个作业。

2.向JobTracker请求一个Job ID。

3.将运行作业所需要的资源文件复制到HDFS上，包括MapReduce程序打包的JAR文件、配置文件和客户端计算所得的输入划分信息。这些文件都存放在JobTracker专门为该作业创建的文件夹中。文件夹名为该作业的Job ID。JAR文件默认会有10个副本（mapred.submit.replication属性控制）；输入划分信息告诉了JobTracker应该为这个作业启动多少个map任务等信息。

4.JobTracker接收到作业后，将其放在一个作业队列里，等待作业调度器对其进行调度（这里是不是很像微机中的进程调度呢，呵呵），当作业调度器根据自己的调度算法调度到该作业时，会根据输入划分信息为每个划分创建一个map任务，并将map任务分配给TaskTracker执行。对于map和reduce任务，TaskTracker根据主机核的数量和内存的大小有固定数量的map槽和reduce槽。这里需要强调的是：map任务不是随随便便地分配给某个TaskTracker的，这里有个概念叫：数据本地化（Data-Local）。意思是：将map任务分配给含有该map处理的数据块的TaskTracker上，同时将程序JAR包复制到该TaskTracker上来运行，这叫“运算移动，数据不移动”。而分配reduce任务时并不考虑数据本地化。

5.TaskTracker每隔一段时间会给JobTracker发送一个心跳，告诉JobTracker它依然在运行，同时心跳中还携带着很多的信息，比如当前map任务完成的进度等信息。当JobTracker收到作业的最后一个任务完成信息时，便把该作业设置成“成功”。当JobClient查询状态时，它将得知任务已完成，便显示一条消息给用户。

以上是在客户端、JobTracker、TaskTracker的层次来分析MapReduce的工作原理的，下面我们再细致一点，从map任务和reduce任务的层次来分析分析吧。

2.Map、Reduce任务中Shuffle和排序的过程

同样贴出我在visio中画出的流程示意图：

流程分析：

Map端：

1．每个输入分片会让一个map任务来处理，默认情况下，以HDFS的一个块的大小（默认为64M）为一个分片，当然我们也可以设置块的大小。map输出的结果会暂且放在一个环形内存缓冲区中（该缓冲区的大小默认为100M，由io.sort.mb属性控制），当该缓冲区快要溢出时（默认为缓冲区大小的80%，由io.sort.spill.percent属性控制），会在本地文件系统中创建一个溢出文件，将该缓冲区中的数据写入这个文件。

2．在写入磁盘之前，线程首先根据reduce任务的数目将数据划分为相同数目的分区，也就是一个reduce任务对应一个分区的数据。这样做是为了避免有些reduce任务分配到大量数据，而有些reduce任务却分到很少数据，甚至没有分到数据的尴尬局面。其实分区就是对数据进行hash的过程。然后对每个分区中的数据进行排序，如果此时设置了Combiner，将排序后的结果进行Combia操作，这样做的目的是让尽可能少的数据写入到磁盘。

3．当map任务输出最后一个记录时，可能会有很多的溢出文件，这时需要将这些文件合并。合并的过程中会不断地进行排序和combia操作，目的有两个：1.尽量减少每次写入磁盘的数据量；2.尽量减少下一复制阶段网络传输的数据量。最后合并成了一个已分区且已排序的文件。为了减少网络传输的数据量，这里可以将数据压缩，只要将mapred.compress.map.out设置为true就可以了。

4．将分区中的数据拷贝给相对应的reduce任务。有人可能会问：分区中的数据怎么知道它对应的reduce是哪个呢？其实map任务一直和其父TaskTracker保持联系，而TaskTracker又一直和JobTracker保持心跳。所以JobTracker中保存了整个集群中的宏观信息。只要reduce任务向JobTracker获取对应的map输出位置就ok了哦。

到这里，map端就分析完了。那到底什么是Shuffle呢？Shuffle的中文意思是“洗牌”，如果我们这样看：一个map产生的数据，结果通过hash过程分区却分配给了不同的reduce任务，是不是一个对数据洗牌的过程呢？呵呵。

Reduce端：

1．Reduce会接收到不同map任务传来的数据，并且每个map传来的数据都是有序的。如果reduce端接受的数据量相当小，则直接存储在内存中（缓冲区大小由mapred.job.shuffle.input.buffer.percent属性控制，表示用作此用途的堆空间的百分比），如果数据量超过了该缓冲区大小的一定比例（由mapred.job.shuffle.merge.percent决定），则对数据合并后溢写到磁盘中。

2．随着溢写文件的增多，后台线程会将它们合并成一个更大的有序的文件，这样做是为了给后面的合并节省时间。其实不管在map端还是reduce端，MapReduce都是反复地执行排序，合并操作，现在终于明白了有些人为什么会说：排序是hadoop的灵魂。

3．合并的过程中会产生许多的中间文件（写入磁盘了），但MapReduce会让写入磁盘的数据尽可能地少，并且最后一次合并的结果并没有写入磁盘，而是直接输入到reduce函数。