【大数据入门笔记系列】第六节分布式计算框架MapReduce的工作流程

前言
MapReduce分布式运算
MapReduceApplication
MapTask
ReduceTask
split分片规则
MapReduce工作原理
后记
跳转

前言

经过上一节的操作，我们已经体验过了MapReduceApplication的运行流程，下面就先讲一下与运行过程相关的概念。

MapReduce分布式运算

什么是MapReduce分布式运算？
在集群中，以大量装载Map和Reduce的运算容器，并发地对数据进行读取、处理、交换、统计的运算过程称为MapReduce分布式运算。
MapReduce分布式运算程序有哪些构成部分？
就一个简单的MapReduce分布式运算程序来说，其统计过程至少分成两个阶段：

第一阶段各个节点独立完成所分得的计算任务，这个时候各节点保持着并发运行，这便是Map阶段；
第二阶段就是统计第一阶段的结果，统计实例根据统计内容可以为多个（有些统计只能有一个统计实例，而我们可以通过setNumberReduceTesks( )设置多个Reduce实例），这便是Reduce阶段；

而对于相对复杂的MapReduce分布式运算程序来说，一个Map/Reduce显然是搞不定的，因此在实际运算过程中，处理相对复杂的任务，往往是多组Map/Reduce连接使用的。

MapReduce分布式运算优、缺点体现在哪些方面？
由多组Map/Reduce连接使用的机制能够数据被分散开来，分阶段并发地进行运算，这能够满足对大批量并发处理的需求，但也从另一方面暴露了Map/Reduce的缺陷，即一个批次的运算只能有Map/Reduce这两个阶段，下一批次的Map/Reduce必须等到上一批次的Map/Reduce的输出才能进行运算，数据频繁落地、交换，十分消耗IO。

MapReduceApplication

什么是MapReduceApplication（mrApp）?
MapReduceApplication就可以简单理解成“MapReduce分布式运算程序”的计算任务分配者与调度者（这里的调度指的是规划数据在整个框架中的走向流程，即谁来计算当前数据，谁来承接当前数据的计算结果，实际上MapReduceApplication是在yarn的资源调度细则支撑下，完成了整个任务的资源与数据走向调度，需要注意的是，尽管yarn为MapReduceApplication提供了调度支持，但是yarn和MapReduce之间是没有耦合的）”；
MapReduceApplication做了什么？
在MapTask和ReduceTask未开启前，由MapReduceApplication来负责启动，它负责给MapTask分配任务（即数据），告知ReduceTask去哪些MapTask那里拿运算结果，如果哪个MapTask失败了，MapReduceApplication就会再寻找另一些有那些数据的机器上开启MapTask。

在上一节【大数据入门笔记系列】第五节 SpringBoot集成hadoop开发环境（复杂版的WordCount）中，当我们我们将项目启动，最后是通过一个GET请求来触发我们的程序向集群提交MapReduceApplication程序，这里贴一下那么URL：

http://localhost:8080/WordCountController/wordCount?jobName=jack_roy_word_count&inputPath=/0000/00001

可以看到，这段URL中包含了两个参数，它们的含义及作用如下：

第一个参数jobName为我们的作业名称，该名称伴随作业的整个生命历程，出现在WebUi等地方；
第二个参数inputPath是我们的测试数据路径；它告诉了我们程序数据源的位置，然后我们的程序才能向yarn递交规划信息，yarn根据规划信息启动驱动程序（称之为Driver），Driver程序再启动MapTask来装载任务；

MapTask

影响MapTask个数的因素？
影响MapTask个数的因素大致有三个：
1. 文件大小：当Hdfs dfs.block.size设置为256M时，如果输入文件为256M，会被划分为1个split切片，当块为257M，会被划分为2个split（超过即分割）；
2. 文件的个数：FileInputFormat分割split的规则是将大于Hdfs dfs.block.size限制的文件进行分割，对于一个10G的大文件，如果我们的Hdfs dfs.block.size设置为256M，则分割过后的split切片数至少为40个；
3. splitSize的大小：split分片splitszie的设定进行分割，不设定默认情况下等同于dfs.block.size值（作业工具类JobUtils中我们分别设定了切片最小和最大的分割限制）。

其中第三条挑出来讲一下，之前在我们的作业工具类JobUtils中我们进行了作业相关信息的配置，这其中有关于split切片大小的设定，设置如下：

/* 4M */
CombineTextInputFormat.setMaxInputSplitSize(job, 4 * 1024 * 1024);
/* 2M */
CombineTextInputFormat.setMinInputSplitSize(job, 2 * 1024 * 1024);

这些配置在工具类JobUtils中初始化以后，通过waitForCompletion(boolean verbose)方法提交给客户端：

/* 提交作业并等待完成 */
job.waitForCompletion(true);

其中，waitForCompletion(boolean verbose)方法内部调用了submit()方法：

public boolean waitForCompletion(boolean verbose) throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
	if (this.state == Job.JobState.DEFINE) {
		/* 提交作业 */
	    this.submit();
	}
/* verbose为true表明要打印运行进度，为false就不打印运行日志*/
	if (verbose) {
		this.monitorAndPrintJob();
	} else {
		int completionPollIntervalMillis = getCompletionPollInterval(this.cluster.getConf());

	while(!this.isComplete()) {
		try {
				Thread.sleep((long)completionPollIntervalMillis);
			} catch (InterruptedException var4) {
 			}
		}
	}
	/* 返回判断作业是否成功结果 */
	return this.isSuccessful();
}

而submit()无非是帮我们初始化提交器，然后提交器提交任务，最后返回一下job信息：

public void submit() throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
		/* 判断作业状态 */
        this.ensureState(Job.JobState.DEFINE);
        /* mapred.mapper.new-api（旧） / mapred.reducer.new-api（新），因为兼容问题设置为新API */
        this.setUseNewAPI();
        /* 初始化一个cluster实例，用来和ResourceManager通信 */
        this.connect();
        /* 构建提交器，本地提交还是集群提交，我们选的是提交至yarn */
        final JobSubmitter submitter = this.getJobSubmitter(this.cluster.getFileSystem(), this.cluster.getClient());
        this.status = (JobStatus)this.ugi.doAs(new PrivilegedExceptionAction<JobStatus>() {
            public JobStatus run() throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
            	/* 提交任务 */
                return submitter.submitJobInternal(Job.this, Job.this.cluster);
            }
        });
        this.state = Job.JobState.RUNNING;
        LOG.info("The url to track the job: " + this.getTrackingURL());
    }

以WordCount为例，说说Map的过程：

任务通过提交器提交以后，yarn根据规划信息告知Driver需要几台MapTask，且由Driver通知各个机器开启MapTask；
各个MapTask拿到任务，查找自己分得的切片在哪些机器上（通常来说MapTask与文件切片所在的DataNode共属一台机器，除非资源不足，则两者分离）；
MapTask找到切片之后开始一行一行地读取，每读一行调用一个map获得一个<key,value>（拿WordCount来说，此时的key就是一行字符），再通过分词器IKSegmenter进行分词，切成一个个单词的<key,value>，整个过程由for循环一行行读取实现；
被切成单个单词的<key,value>会被收集器收集，写入一个个分区且排序的文件，文件的每一个分区对应一个ReduceTask。

ReduceTask

以WordCount为例，说说Reduce的过程：

等各个MapTask均执行完成，会生成一个个分区且排序的文件之后，由ReduceTask前去这些分区且排序的文件分区中拿属于自身的数据，这个过程各个ReduceTask拿到的分区内容不会重复；
ReduceTask拿到分区数据以后再调用迭代方法来计算词频，最后提交结果。

split分片规则

前面交代=影响MapTask个数的因素时，我们提到其中很重要的一点是split分片规则，分片这个事情是在FileInputStream类的getSplit()方法中实现的，其细则主要有下：

需要得知文件所在目录（去哪里拿数据）；
开始变量目录下的文件（规划切片）；
遍历第一个文件X；
获知X文件的大小（fs.sizeOf(X)）；
计算切片大小，先以一个固定长度为偏移量a切分，然后判断剩下下的数据是否满足偏移量（偏移量a*1.1），若满足，则继续切，然后再判断，否则不切，直接以剩下的数据为一个切片。
将切片信息写入到规划文件中（供yarn使用）。

如果存在较为特殊的业务需求，普通的分片规则无法满足，或这些固有的规则对我们的任务性能影响过大时，可以通过重写Partitioner类设计自定义分割规则，以满足需求。

MapReduce工作原理

经过以上的铺垫，我们可以开始以图解的方式扒一扒MapReduce的工作流程。

在HDFS /0000/00001目录下上有一批待处理的数据，数据的内容都是一些诸如“as soon as”之类的单词语句。
当我们定义完文件输入路径（FileInputFormat.addInputPath(job, new Path(inputPath))）后，我们的客户端程序会初始化一个与yarn（集群模式下）的client，紧接着用client构造一个提交器，提交器申请提交任务；
在提交器提交作业的过程中，会先得到yarn返还回来的一个用来存放作业相关数据的路径；
拿到路径后，客户端通过hdfs接口获取数据源分片信息，将分片信息连同作业规划一同写在ResourceManager返回的地址中（作业会在其下建立一个子目录存放规划文件，其中子目录的命名方式是job ID），以我们上一节的WordCount为例，其上传的文件如下（包含jar、切片信息、切片元数据信息、作业规划）：
然后客户端答复yarn数据提交完成；
ResourceManager在内部将客户端请求初始化成一个任务，然后放入任务队列中；
由有资源的NodeManager3领取task任务;
领取到任务的NodeManager3前往hdfs下载规划文件等数据，并在该节点内部开启Container，装载MapReduceApplication；
根据规划文件，MapReduceApplication向ResourceManager申请资源（启动MapTask）；
ResourceManager收到请求后，MrApp的请求再次初始化成一个个task，并放入队列中（图中画不下了，就不画这一步了），NodeManager2、NodeManager2领取自己的task任务，并开启容器装载MapTask;
MapReduceApplication向各个MapTask发送启动配置，各个MapTask开始读取hdfs切片计算；
MapTask计算完成生成分区且排序文件；
MapReduceApplication向ResourceManager申请资源（启动ReduceTask）；

在这里插入图片描述
14) ResourceManager收到请求后，MrApp的请求再次初始化成一个个task，并放入队列中（图中画不下了，就不画这一步了），NodeManager4、NodeManager5领取自己的task任务，并开启容器装载ReduceTask ;

15) MapReduceApplication向各个ReduceTask发送相关参数（包含MapTask生成文件在各个NodeManager上的位置）；
16) 各个ReduceTask去拿MapTask的生成结果，各个ReduceTask拿到的分区不重复，然后开始计算；
在这里插入图片描述
17) ReduceTask经过计算后，将结果存储到我们定义好的输出路径中。

后记

这个章节从我的笔记里看记录的十分杂乱，可想而知当初学习的时候也是一头雾水，这篇博客的撰写也花费了近一天的时间，我踌躇了很久才从那些杂乱的记录中总结出上述的运行流程，过程很是艰辛，但这对我来说也是温故知新的过程，我也由此发现了MapReduce源码的魅力，决定下一节从源码的角度再度剖析MapReduce的细节，那么本节关于MapReduce的工作流程就介绍到这里，希望对你有所帮助。

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 【大数据入门笔记系列】第二节 Zookeeper简介
 【大数据入门笔记系列】第三节 Hdfs读、写数据处理流程
 【大数据入门笔记系列】第四节 NameNode元数据缓存机制
 【大数据入门笔记系列】第五节 SpringBoot集成hadoop开发环境（复杂版的WordCount）
【大数据入门笔记系列】第六节分布式计算框架MapReduce的工作流程

Jack_Roy

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