由于Spark的计算本质是基于内存的，所以Spark性能程序的性能可能因为集群中的任何因素出现瓶颈：CPU、网络带宽、或者是内存。如果内存能够容纳得下所有的数据，那么网络传输和通信就会导致性能出现瓶颈。但是如果内存比较紧张，不足以放下所有的数据（比如在针对10亿以上的数据量进行计算时），还是需要对内存的使用进行性能优化的，比如说使用一些手段来减少内存的消耗。
Spark性能优化，其实主要就是在于对内存的使用进行调优。因为通常情况下来说，如果你的Spark应用程序计算的数据量比较小，并且你的内存足够使用，那么只要运维可以保障网络通常，一般是不会有大的性能问题的。但是Spark应用程序的性能问题往往出现在针对大数据量（比如10亿级别）进行计算时出现，因此通常来说，Spark性能优化，主要是对内存进行性能优化。当然，除了内存调优之外，还有很多手段可以优化Spark应用程序的性能。
Spark的性能优化，主要手段包括：
1、使用高性能序列化类库
2、优化数据结构
3、对多次使用的RDD进行持久化 / Checkpoint
4、使用序列化的持久化级别
5、Java虚拟机垃圾回收调优
6、提高并行度
7、广播共享数据
8、数据本地化
9、reduceByKey和groupByKey的合理使用
10、Shuffle调优（核心中的核心，重中之重）
实际上Spark到目前为止，在大数据业界的影响力和覆盖度，还远没有达到Hadoop的水平，——虽然说，我们之前一再强调，Spark Core、Spark SQL、Spark Streaming，可以替代MapReduce、Hive查询引擎、Storm。但是事实就是，Spark还没有达到已经替代了它们的地步。
根据我在研究Spark，并且在一线使用Spark，与大量行业内的大数据相关从业人员沟通的情况来看。Spark最大的优点，其实也是它目前最大的问题——基于内存的计算模型。Spark由于使用了基于内存的计算模型，因此导致了其稳定性，远远不如Hadoop。虽然我也很喜欢和热爱Spark，但是这就是事实，Spark的速度的确达到了hadoop的几倍、几十倍、甚至上百倍（极端情况）。但是基于内存的模型，导致它经常出现各种OOM（内存溢出）、内部异常等问题。
说一个亲身经历的例子，曾经用Spark改写几个复杂的MapReduce程序，虽然MapReduce很慢，但是它很稳定，至少慢慢跑，是可以跑出来数据的。但是用Spark Core很快就改写完了程序，问题是，在整整半个月之内，Spark程序根本跑不起来，因为数据量太大，10亿+。导致它出现了各种各样的问题，包括OOM、文件丢失、task lost、内部异常等等各种问题。最后耗费了大量时间，最一个spark程序进行了大量的性能调优，才最终让它可以跑起来。
的确，用了Spark，比MapReduce的速度快了十倍，但是付出的代价是惨痛的，花了整整一个月的时间做这个事情。
1、诊断内存消耗
每个java对象，对象头会占用16个字节，主要包括一些对象的元信息。Java的String对象，内部使用char数组来保存字符，需要保存数组长度等信息，用utf-16编码，每个字符两个字节，10个字符的string，需要占用60个字节。Java中集合类型，比如HashMap和LinkedList，内部使用的是链表结构，所以对链表的每一个数据，都使用了Entry对象封装，Entry有对象头，还有指向下一个的指针，占用8个字节。封装类型。
这里有一个非常简单的办法来判断，你的spark程序消耗了多少内存。
1、首先，自己设置RDD的并行度，有两种方式：要不然，在parallelize()、textFile()等方法中，传入第二个参数，设置RDD的task / partition的数量；要不然，用SparkConf.set()方法，设置一个参数，spark.default.parallelism，可以统一设置这个application所有RDD的partition数量。
2、其次，在程序中将RDD cache到内存中，调用RDD.cache()方法即可。
3、最后，观察Driver的log，你会发现类似于：“INFO BlockManagerMasterActor: Added rdd_0_1 in memory on mbk.local:50311 (size: 717.5 KB, free: 332.3 MB)”的日志信息。这就显示了每个partition占用了多少内存。
4、将这个内存信息乘以partition数量，即可得出RDD的内存占用量。
2、高性能序列化类库优化
在任何分布式系统中，序列化都是扮演着一个重要的角色的。如果使用的序列化技术，在执行序列化操作的时候很慢，或者是序列化后的数据还是很大，那么会让分布式应用程序的性能下降很多。所以，进行Spark性能优化的第一步，就是进行序列化的性能优化。
Spark自身默认就会在一些地方对数据进行序列化，比如Shuffle。还有就是，如果我们的算子函数使用到了外部的数据（比如Java内置类型，或者自定义类型），那么也需要让其可序列化。
而Spark自身对于序列化的便捷性和性能进行了一个取舍和权衡。默认，Spark倾向于序列化的便捷性，使用了Java自身提供的序列化机制——基于ObjectInputStream和ObjectOutputStream的序列化机制。因为这种方式是Java原生提供的，很方便使用。
但是问题是，Java序列化机制的性能并不高。序列化的速度相对较慢，而且序列化以后的数据，还是相对来说比较大，还是比较占用内存空间。因此，如果你的Spark应用程序对内存很敏感，那么，实际上默认的Java序列化机制并不是最好的选择。
Spark实际上提供了两种序列化机制，它只是默认使用了第一种：
1、Java序列化机制：默认情况下，Spark使用Java自身的ObjectInputStream和ObjectOutputStream机制进行对象的序列化。只要你的类实现了Serializable接口，那么都是可以序列化的。而且Java序列化机制是提供了自定义序列化支持的，只要你实现Externalizable接口即可实现自己的更高性能的序列化算法。Java序列化机制的速度比较慢，而且序列化后的数据占用的内存空间比较大。
2、Kryo序列化机制：Spark也支持使用Kryo类库来进行序列化。Kryo序列化机制比Java序列化机制更快，而且序列化后的数据占用的空间更小，通常比Java序列化的数据占用的空间要小10倍。Kryo序列化机制之所以不是默认序列化机制的原因是，有些类型虽然实现了Seriralizable接口，但是它也不一定能够进行序列化；此外，如果你要得到最佳的性能，Kryo还要求你在Spark应用程序中，对所有你需要序列化的类型都进行注册。
如果要使用Kryo序列化机制，首先要用SparkConf设置一个参数，使用new SparkConf().set("spark.serializer", "org.apache.spark.serializer.KryoSerializer")即可，即将Spark的序列化器设置为KryoSerializer。这样，Spark在内部的一些操作，比如Shuffle，进行序列化时，就会使用Kryo类库进行高性能、快速、更低内存占用量的序列化了。
使用Kryo时，它要求是需要序列化的类，是要预先进行注册的，以获得最佳性能——如果不注册的话，那么Kryo必须时刻保存类型的全限定名，反而占用不少内存。Spark默认是对Scala中常用的类型自动注册了Kryo的，都在AllScalaRegistry类中。
但是，比如自己的算子中，使用了外部的自定义类型的对象，那么还是需要将其进行注册。
（实际上，下面的写法是错误的，因为counter不是共享的，所以累加的功能是无法实现的）
val counter = new Counter();
val numbers = sc.parallelize(Array(1, 2, 3, 4, 5))
numbers.foreach(num => counter.add(num));
如果要注册自定义的类型，那么就使用如下的代码，即可：
Scala版本：
val conf = new SparkConf().setMaster(...).setAppName(...)
conf.registerKryoClasses(Array(classOf[Counter] ))
val sc = new SparkContext(conf)
Java版本：
SparkConf conf = new SparkConf().setMaster(...).setAppName(...)
conf.registerKryoClasses(Counter.class)
JavaSparkContext sc = new JavaSparkContext(conf)
1、优化缓存大小
如果注册的要序列化的自定义的类型，本身特别大，比如包含了超过100个field。那么就会导致要序列化的对象过大。此时就需要对Kryo本身进行优化。因为Kryo内部的缓存可能不够存放那么大的class对象。此时就需要调用SparkConf.set()方法，设置spark.kryoserializer.buffer.mb参数的值，将其调大。
默认情况下它的值是2，就是说最大能缓存2M的对象，然后进行序列化。可以在必要时将其调大。比如设置为10。
2、预先注册自定义类型
虽然不注册自定义类型，Kryo类库也能正常工作，但是那样的话，对于它要序列化的每个对象，都会保存一份它的全限定类名。此时反而会耗费大量内存。因此通常都建议预先注册号要序列化的自定义的类。
首先，这里讨论的都是Spark的一些普通的场景，一些特殊的场景，比如RDD的持久化，在后面会讲解。这里先不说。
那么，这里针对的Kryo序列化类库的使用场景，就是算子函数使用到了外部的大数据的情况。比如说吧，我们在外部定义了一个封装了应用所有配置的对象，比如自定义了一个MyConfiguration对象，里面包含了100m的数据。然后，在算子函数里面，使用到了这个外部的大对象。
此时呢，如果默认情况下，让Spark用java序列化机制来序列化这种外部的大对象，那么就会导致，序列化速度缓慢，并且序列化以后的数据还是比较大，比较占用内存空间。
因此，在这种情况下，比较适合，切换到Kryo序列化类库，来对外部的大对象进行序列化操作。一是，序列化速度会变快；二是，会减少序列化后的数据占用的内存空间。
3、优化数据结构
要减少内存的消耗，除了使用高效的序列化类库以外，还有一个很重要的事情，就是优化数据结构。从而避免Java语法特性中所导致的额外内存的开销，比如基于指针的Java数据结构，以及包装类型。
有一个关键的问题，就是优化什么数据结构？其实主要就是优化你的算子函数，内部使用到的局部数据，或者是算子函数外部的数据。都可以进行数据结构的优化。优化之后，都会减少其对内存的消耗和占用。
1、优先使用数组以及字符串，而不是集合类。也就是说，优先用array，而不是ArrayList、LinkedList、HashMap等集合。
比如，有个List<Integer> list = new ArrayList<Integer>()，将其替换为int[] arr = new int[]。这样的话，array既比List少了额外信息的存储开销，还能使用原始数据类型（int）来存储数据，比List中用Integer这种包装类型存储数据，要节省内存的多。
还比如，通常企业级应用中的做法是，对于HashMap、List这种数据，统一用String拼接成特殊格式的字符串，比如Map<Integer, Person> persons = new HashMap<Integer, Person>()。可以优化为，特殊的字符串格式：id:name,address|id:name,address...。
2、避免使用多层嵌套的对象结构。比如说，public class Teacher { private List<Student> students = new ArrayList<Student>() }。就是非常不好的例子。因为Teacher类的内部又嵌套了大量的小Student对象。
比如说，对于上述例子，也完全可以使用特殊的字符串来进行数据的存储。比如，用json字符串来存储数据，就是一个很好的选择。
{"teacherId": 1, "teacherName": "leo", students:[{"studentId": 1, "studentName": "tom"},{"studentId":2, "studentName":"marry"}]}
3、对于有些能够避免的场景，尽量使用int替代String。因为String虽然比ArrayList、HashMap等数据结构高效多了，占用内存量少多了，但是之前分析过，还是有额外信息的消耗。比如之前用String表示id，那么现在完全可以用数字类型的int，来进行替代。
这里提醒，在spark应用中，id就不要用常用的uuid了，因为无法转成int，就用自增的int类型的id即可。（sdfsdfdf-234242342-sdfsfsfdfd）