Hadoop三大组件之MapReduce

本文简单的介绍了mapreduce框架的原理以及工作流程，部分原理性的内容均增加了简单的案例，能够更加直观的理解其中的奥妙，欢迎大家指正。

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一、概述

Map/Reduce是一个分布式计算框架，基于Map/Reduce程序写出来的程序能够运行在由成千上万的机器组成的集群之上，并且，能高容错性的处理TB/PB级别的数据。

一个Map/Reduce程序会把一个文件分成若干独立的数据块，由map任务进行处理，处理之后将map端的输出结果进行排序后作为reduce端的输入，之后由reduce任务进行计算。通常，map/reduce端的输出结果都会被记录在文件系统中，以便于失败的时候重新进行计算。

Map/Reduce程序一般需要分成2个阶段：Map阶段和Reduce阶段。Map阶段中的各个Map任务是相互独立的，互不干扰。Reduce阶段中的各个Reduce任务是相互独立的，互不干扰，但是Reduce阶段的数据输入依赖于Map阶段的数据输出。

二、优缺点

• 优点：

  1. 易于编程：Map/Reduce框架中已经默认实现了大量的逻辑处理，用户只需要关注自身场景下的逻辑业务即可。
  2. 良好的扩展性：当集群的机器数量无法满足需要处理的任务数量后，可以通过动态的增加集群机器来满足。
  3. 高容错性：集群中的某一台机器故障后， 可将自身正在处理的任务转移至其他机器上进行处理，以保证任务的完整性。
  4. 高效性：适用于TB/PB级别的数据计算处理，并且多台机器之间协同处理计算，能够保证高效性。

• 缺点：

  1. 不擅长实时计算：Map/Reduce旨在处理海量数据，数据的计算任务可能会运行好长时间。
  2. 不擅长流式计算：不擅长数据一条一条的输入的计算。
  3. 不擅长DAG有向无环图计算：不擅长将前一个Map/Reduce任务的执行结果作为后续一个Map/Reduce任务的输入的计算。

三、官方WordCount源码解析：

public class WordCount {
    
    
    public WordCount() {
    
    
    }
	// drive的固定写法
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    
        // 获取hadoop配置对象
        Configuration conf = new Configuration();
        String[] otherArgs = (new GenericOptionsParser(conf, args)).getRemainingArgs();
        if (otherArgs.length < 2) {
    
    
            System.err.println("Usage: wordcount <in> [<in>...] <out>");
            System.exit(2);
        }
	    // 获取job对象
        Job job = Job.getInstance(conf, "word count");
        // 设置jar包路径
        job.setJarByClass(WordCount.class);
        // 设置自定义Mapper类
        job.setMapperClass(WordCount.TokenizerMapper.class);
        // 设置自定义Combiner类
        job.setCombinerClass(WordCount.IntSumReducer.class);
        // 设置自定义Reducer类
        job.setReducerClass(WordCount.IntSumReducer.class);
        // 设置最终输出的key的类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        // 设置最终输出的value的类型
        job.setOutputValueClass(IntWritable.class);
		// 设置输入文件，从参数中获取，可以有多个
        for(int i = 0; i < otherArgs.length - 1; ++i) {
    
    
            FileInputFormat.addInputPath(job, new Path(otherArgs[i]));
        }
		// 设置输出文件，从参数中获取
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(otherArgs[otherArgs.length - 1]));
        // 提交job
        System.exit(job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1);
    }

    // 自定义Reducer类,必须继承Reducer类
    public static class IntSumReducer extends Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable> {
    
    
        private IntWritable result = new IntWritable();
	
        public IntSumReducer() {
    
    
        }
		// 重写reduce方法，编写自定义业务逻辑
        public void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable>.Context context) throws IOException, InterruptedException {
    
    
            // 定义一个累加器
            int sum = 0;

            IntWritable val;
            // 进到reduce的数据，都是key相同的数据，所以直接循环values进行累加即可得到这个key出现的次数
            for(Iterator var5 = values.iterator(); var5.hasNext(); sum += val.get()) {
    
    
                val = (IntWritable)var5.next();
            }
			// 将sum封装成IntWritable
            this.result.set(sum);
            // 一个单词统计已经完成，输出
            context.write(key, this.result);
        }
    }

	// 自定义Mapper类,必须继承Mapper类
    public static class TokenizerMapper extends Mapper<Object, Text, Text, IntWritable> {
    
    
        private static final IntWritable one = new IntWritable(1);
        private Text word = new Text();

        public TokenizerMapper() {
    
    
        }
		
		// 重写reduce方法，编写自定义业务逻辑
        public void map(Object key, Text value, Mapper<Object, Text, Text, IntWritable>.Context context) throws IOException, InterruptedException {
    
    
        	// 进入到map的都是一行数据（默认按照行读取），通过调用StringTokenizer的函数将这一行数据按照“\t\n\r\f”切割成一个数组。
            StringTokenizer itr = new StringTokenizer(value.toString());
			// 循环遍历数组
            while(itr.hasMoreTokens()) {
    
    
            	// 将单词本身封装成Text
                this.word.set(itr.nextToken());
                // 一个单词出现一次标记一个1
                context.write(this.word, one);
            }
        }
    }
}

Map/Reduce编程规范：

• Map阶段：

  1. 用户自定义的Map必须继承org.apache.hadoop.mapred.Mapper类。
  2. map的输入输出都是以键值对（K/V）的形式存在，其中输入的键值对（K/V）中，K是当前文件的内容的偏移量，V是文件中的一行数据。输出的K/V依据具体的实际情况来定义。
  3. Map阶段的核心业务逻辑写在map()方法中。
  4. map()方法对每一个K/V调用一次。

• Reduce阶段：

  1. 用户自定义的Reduce必须继承org.apache.hadoop.mapred.Reducer类。
  2. reduce的输入输出都是以键值对（K/V）的形式存在，其中输入的键值对（K/V）是map阶段的输出键值对（K/V）。输出的K/V依据具体的实际情况来定义。
  3. Reduce阶段的核心业务逻辑写在reduce()方法中。
  4. reduce()方法对每一组相同K的K/V调用一次。

• Driver阶段（固定的写法）：

  1. 获取配置信息，获取Job实例对象。
  2. 指定程序运行的jar包所在的路径。
  3. 关联Mapper和Reduce业务类。
  4. 指定Mapper输出的K/V类型。
  5. 指定最终输出的K/V类型。
  6. 指定输入输出的文件路径（其中输出文件路径不能存在）。
  7. 提交作业。

  案例：

  实现wordcount功能。

  代码地址：

  wordcount功能

五、Mappr/Reduce框架原理

• Mapper阶段：自定义业务逻辑。

  1. maptask获取对应的切片上的数据。
  2. 数据通过InputFormat读入，默认TextInputFormat，按行读取，每次读取一行内容。

• Shuffle阶段：Map阶段之后，Reduce阶段之前的部分，它描述了数据从map task输出到reduce task输入的过程。

  1、每一个MapTask输出K/V都会被标记上分区标记后存放在一个环形缓冲区（可以理解为就是一个数组）中，环形缓冲区的默认大小为100M。
  2、环形缓冲区分为两部分，一部分用来存放数据索引信息，一部分存放分区后的数据。
  3、环形缓冲区有容量上限，所以当环形缓冲区中的内容超过总容量的80%的时候，就会发生溢写。此时会启动一个线程，将环形缓冲区中的数据写到磁盘上。
  4、在溢写的过程中，会先对数据的key按照key的索引进行排序，这里用的是快排算法。
  5、此时如果在客户端设置了Combiner，那么Combiner还会在数据写出之前进行归并处理，但是Combiner并不是适用于各种场景，需要视情况而定。
  6、溢写是由单独线程来完成，不影响往缓冲区写map结果的线程，因为此时还有20%的空间没有数据，写线程会在环形缓冲区中这20%的空间中反向逆写（可以理解为从数据组的最后一个位置向前写数据）。
  7、 溢写之后会产生两类文件，一种的索引文件，一种是数据文件，写出的数据也可以进行压缩处理，这样传到reduce端时，可以减少资源消耗。
  8、当某个MapTask执行完成后，ReduceTask开始。ReduceTask从MapTask处拉取属于自己分区的数据，拉取下来的数据首先存放在内存中，如果内存存不下，那么就会持久化在磁盘上。
  9、ReduceTask对拉取的文件进行归并排序，排序后进行分组处理，相同的Key的数据放在一起，最终将相同key的数据发送到reduce端进行处理。

• Reducer阶段：ReduceTask 的个数 = 0，表示没有Reduce阶段，输出的文件个数和MapTask的个数一致。ReduceTask 的个数 默认为1，所以默认输出文件为一个。如果数据分布不均匀，就有可能在Reduce阶段产生数据倾斜，比如某个文件中的数据特别多，其他文件中的数据却特别少。

  1. reduce端的输入是map端的输出结果，mapTask完成之后就会通知reduceTask，reduceTask开始主动拉取数据。
  2. 每一个reduceTask只拉去属于自己分区的数据，每个分区内部数据有序，但是多个分区就需要再次进行合并排序。
  3. 进入reduce方法之前，还会按照key进行分组，所以进入reduce的数据都是key相同的数据。
  4. 最终reduce的输出数据经过OutputFormat写出。

5.1、Job提交流程

// 自定义Driver中的job提交的入口
final boolean wait = job.waitForCompletion(true);

public boolean waitForCompletion(boolean verbose) throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
    
    
        if (this.state == Job.JobState.DEFINE) {
    
    
            // 提交入口
            this.submit();
        }

    	// verbose为true，就能在打印更多的日志信息
        if (verbose) {
    
    
         …………………………省略部分代码………………………………
        }
    	// 最终结果中有一个_SUCCESS空文件，就是在这里。
        return this.isSuccessful();
    }


public void submit() throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
    
    
    	// 这里再次确认job的运行状态
        this.ensureState(Job.JobState.DEFINE);
    	// 新旧FI的API兼容处理
        this.setUseNewAPI();
    	// 获取客户端链接：这里有两种客户端模式，一种LocalCient，一种是YarnClient。如果是在本地运行，那么最终就用的是LocalCient，如果用的是集群模式，那么最终用就是YarnClient。
        this.connect();
        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 {
    
    
                // job的内部正式的提交流程
                return submitter.submitJobInternal(Job.this, Job.this.cluster);
            }
        });
    	// job提交完毕之后看，job的运行状态变为RUNNING
        this.state = Job.JobState.RUNNING;
        LOG.info("The url to track the job: " + this.getTrackingURL());
    }

JobStatus submitJobInternal(Job job, Cluster cluster) throws ClassNotFoundException, InterruptedException, IOException {
    
    
        // 检查输出路径，存在或者为null，都会直接报错。
        this.checkSpecs(job);
    	// 获取job运行的默认配置信息。
        Configuration conf = job.getConfiguration();
        addMRFrameworkToDistributedCache(conf);
        // 生成有一个临时文件路径：hadoop所在盘的跟目录下：/tmp/hadoop/mapred/staging/用户名/.staging，这个路径要关注下，最中会在后边拼接一个jobID，在这个路径下，会生成一些必要的文件，比如：job.split（切片信息文件）、job.xml（整个job运行时的配置信息）、jar包（如果是集群模式，会将jar上传到集群上，本地模式的话，不需要提交jar）
        Path jobStagingArea = JobSubmissionFiles.getStagingDir(cluster, conf);
    	// 获取本机的IP和本机名称。
        InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
        if (ip != null) {
    
    
            this.submitHostAddress = ip.getHostAddress();
            this.submitHostName = ip.getHostName();
            // 将本机的IP和本机名设置到job运行配置中。
            conf.set("mapreduce.job.submithostname", this.submitHostName);
            conf.set("mapreduce.job.submithostaddress", this.submitHostAddress);
        }

​```java
	// 创建jobID，每一个job都有一个唯一的jobID。
    JobID jobId = this.submitClient.getNewJobID();
    job.setJobID(jobId);
	// 前边的临时路径后边增加一个jobID。
    Path submitJobDir = new Path(jobStagingArea, jobId.toString());
    JobStatus status = null;

    JobStatus var25;
    try {
    
    
        // job运行配置中设置一写其他的参数
        conf.set("mapreduce.job.user.name", UserGroupInformation.getCurrentUser().getShortUserName());
        conf.set("hadoop.http.filter.initializers", "org.apache.hadoop.yarn.server.webproxy.amfilter.AmFilterInitializer");
        conf.set("mapreduce.job.dir", submitJobDir.toString());
        LOG.debug("Configuring job " + jobId + " with " + submitJobDir + " as the submit dir");
        …………………………省略部分代码………………………………
         
       // 向集群中提交信息，如果是集群模式，会将jar上传到集群上，本地模式的话，不需要提交jar。
       this.copyAndConfigureFiles(job, submitJobDir);
        
        LOG.debug("Creating splits at " + this.jtFs.makeQualified(submitJobDir));
        // 文件切片开始
        int maps = this.writeSplits(job, submitJobDir);
        // 有几个切片就开启几个mapTask
        conf.setInt("mapreduce.job.maps", maps);
        LOG.info("number of splits:" + maps);
        …………………………省略部分代码………………………………
		
        // job.xml（整个job运行时的配置信息）写入临时文件目录
        this.writeConf(conf, submitJobFile);
        this.printTokens(jobId, job.getCredentials());
       …………………………省略部分代码………………………………

    return var25;
}   

5.2、MapTask流程：

1、自定义Mapper类中的map方法：
protected void map(LongWritable key, Text value, Mapper<LongWritable, Text, Text, JoinEntity>.Context context) throws IOException, InterruptedException {
    
    
   …………………………省略部分代码………………………………
    // MapTask入口
    context.write(text, joinEntity);
}

2、最终会进入MapTask中的write方法：
@Override
public void write(K key, V value) throws IOException, InterruptedException {
    
    
   // 每一条数据都会先标记上分区信息，然后进入环形缓冲区。
   collector.collect(key, value,
                        partitioner.getPartition(key, value, partitions));
} 

3、最终会进入MapTask中的collect方法：
public synchronized void collect(K key, V value, final int partition
                                     ) throws IOException {
    
    
	  …………………………省略部分代码………………………………
      try {
    
    
        // 环形缓冲区中的信息，key要支持序列化
        int keystart = bufindex;
        keySerializer.serialize(key);
        …………………………省略部分代码………………………………
          // 环形缓冲区中的信息，数据要在网络中传输，所以value也要支持序列化
        final int valstart = bufindex;
        valSerializer.serialize(value);
		…………………………省略部分代码………………………………
        // 索引信息存放到kvmeta中
        kvmeta.put(kvindex + PARTITION, partition);
        kvmeta.put(kvindex + KEYSTART, keystart);
        kvmeta.put(kvindex + VALSTART, valstart);
        kvmeta.put(kvindex + VALLEN, distanceTo(valstart, valend));
        // 计算kindex
        kvindex = (kvindex - NMETA + kvmeta.capacity()) % kvmeta.capacity();
      } catch (MapBufferTooSmallException e) {
    
    
       …………………………省略部分代码………………………………
      }
    }

4、map方法执行完成后，会执行MapTask中的close方法，在close之前，会将环形缓冲区中的数据进行溢写collector.flush()
public void close(TaskAttemptContext context
                      ) throws IOException,InterruptedException {
    
    
      try {
    
    
        collector.flush();
      } catch (ClassNotFoundException cnf) {
    
    
        throw new IOException("can't find class ", cnf);
      }
      collector.close();
}

5、MapTask中的flush方法
public void flush() throws IOException, ClassNotFoundException,
           InterruptedException {
    
    
     …………………………省略部分代码………………………………
      try {
    
    
       …………………………省略部分代码………………………………
           // 排序并溢写
          sortAndSpill();
        }
      …………………………省略部分代码………………………………
      // 合并
      mergeParts();
      …………………………省略部分代码………………………………
    }

6、MapTask中的sortAndSpill方法
private void sortAndSpill() throws IOException, ClassNotFoundException,
                                       InterruptedException {
    
    
        // 排序，实际上就是快排逻辑
        sorter.sort(MapOutputBuffer.this, mstart, mend, reporter);
        int spindex = mstart;
        final IndexRecord rec = new IndexRecord();
        final InMemValBytes value = new InMemValBytes();
        // 开始循环分区， 将这些分区中的数据写出到split0.out文件中                                
        for (int i = 0; i < partitions; ++i) {
    
    
           …………………………省略部分代码………………………………
        }
        …………………………省略部分代码………………………………
    }

7、MapTask中的mergeParts方法
   private void mergeParts() throws IOException, InterruptedException, 
                                     ClassNotFoundException {
    
    
     …………………………省略部分代码………………………………
      // 循环分区文件，准备进行合并
      for(int i = 0; i < numSpills; i++) {
    
    
        filename[i] = mapOutputFile.getSpillFile(i);
        finalOutFileSize += rfs.getFileStatus(filename[i]).getLen();
      }
      // 如果分区文件只有一个，那么该分区文件就就是最终的输出文件                                  
      if (numSpills == 1) {
    
     //the spill is the final output
        …………………………省略部分代码………………………………
        // 还会写出一个spilt0.out.index文件，reduce通过该文件取spilt0.out中的数据
        if (indexCacheList.size() == 0) {
    
    
          Path indexFilePath = mapOutputFile.getSpillIndexFile(0);
          IntermediateEncryptedStream.validateSpillIndexFile(
              indexFilePath, job);
          sameVolRename(indexFilePath, indexFileOutput);
        } else {
    
    
          indexCacheList.get(0).writeToFile(indexFileOutput, job);
        }
        return;
      }
     …………………………省略部分代码………………………………
    }

8、至此，MapTask流程结束，接下来会直接进入ReduceTask流程。

总结：

1. 一个Job的Map阶段由客户端提交Job时的切片决定。
2. 每一个切片都会分配一个MaopTask，多个MapTask之间并行执行。
3. 默认情况下，切片大小等于BlockSize。
4. 切片时，不考虑单个整体数据的大小，而是对单个文件逐一进行切片。

5.3、ReduceTask流程：

1、MapTask流程结束，直接进入ReduceTask流程。
public void run(JobConf job, final TaskUmbilicalProtocol umbilical)
  throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
    
    
  job.setBoolean(JobContext.SKIP_RECORDS, isSkipping());

  // ReduceTask的三个阶段：copy->sort->reduce
  if (isMapOrReduce()) {
    
    
    copyPhase = getProgress().addPhase("copy");
    sortPhase  = getProgress().addPhase("sort");
    reducePhase = getProgress().addPhase("reduce");
  }
  // 抓取数据之前的一些初始化工作
  initialize(job, getJobID(), reporter, useNewApi);
 …………………………省略部分代码………………………………
 // 抓取数据之前的一些初始化工作
  shuffleConsumerPlugin.init(shuffleContext);

   // 完成了copy阶段的工作
  rIter = shuffleConsumerPlugin.run();

  // sort阶段完成，即将进去reduce阶段。
  sortPhase.complete();                         // sort is complete
  setPhase(TaskStatus.Phase.REDUCE); 

  // 进入reduce阶段。
  if (useNewApi) {
    
    
    runNewReducer(job, umbilical, reporter, rIter, comparator, 
                  keyClass, valueClass);
  } else {
    
    
    runOldReducer(job, umbilical, reporter, rIter, comparator, 
                  keyClass, valueClass);
  }
}

2、在ReduceTask类中的run()方法中，通过shuffleConsumerPlugin.init(shuffleContext)进入到MergeManagerImpl的构造器中
public MergeManagerImpl(TaskAttemptID reduceId, JobConf jobConf, 
                      FileSystem localFS,
                      LocalDirAllocator localDirAllocator,  
                      Reporter reporter,
                      CompressionCodec codec,
                      Class<? extends Reducer> combinerClass,
                      CombineOutputCollector<K,V> combineCollector,
                      Counters.Counter spilledRecordsCounter,
                      Counters.Counter reduceCombineInputCounter,
                      Counters.Counter mergedMapOutputsCounter,
                      ExceptionReporter exceptionReporter,
                      Progress mergePhase, MapOutputFile mapOutputFile) {
    
    
    
    …………………………省略部分代码………………………………
    // 提前开辟内存和磁盘空间，ReduceTask拉取过来的数据，优先存放在内存中，如果内存不足，则存放在磁盘上。
    this.inMemoryMerger = createInMemoryMerger();
    this.inMemoryMerger.start();
    
    this.onDiskMerger = new OnDiskMerger(this);
    this.onDiskMerger.start();
    
    this.mergePhase = mergePhase;
  }

3、在ReduceTask类中的run()方法中，通shuffleConsumerPlugin.run()进入到Shuffle的run()方法中
  @Override
  public RawKeyValueIterator run() throws IOException, InterruptedException {
    
    
    …………………………省略部分代码………………………………
    // ReduceTask开始主动拉取数据
    eventFetcher.start();
    
    …………………………省略部分代码………………………………
    // 拉取数据结束,即将进入sort阶段。
    copyPhase.complete(); // copy is already complete
    taskStatus.setPhase(TaskStatus.Phase.SORT);
    reduceTask.statusUpdate(umbilical);
  }

4、在ReduceTask类中的run()方法中，进入到runNewReducer()方法中，即将开启reduce。
private <INKEY,INVALUE,OUTKEY,OUTVALUE>
  void runNewReducer(JobConf job,
                     final TaskUmbilicalProtocol umbilical,
                     final TaskReporter reporter,
                     RawKeyValueIterator rIter,
                     RawComparator<INKEY> comparator,
                     Class<INKEY> keyClass,
                     Class<INVALUE> valueClass
                     ) throws IOException,InterruptedException, 
                              ClassNotFoundException {
    
    
  
    try {
    
    
      // 进入reduce的run方法中，即将开启reduce。
      reducer.run(reducerContext);
    } finally {
    
    
      trackedRW.close(reducerContext);
    }
  }

5、在ReduceTask类中的runNewReducer()方法中，进入到Reducer的run方法中，进入自定义的reduce方法。
public void run(Context context) throws IOException, InterruptedException {
    
    
    setup(context);
    try {
    
    
      while (context.nextKey()) {
    
    
         // 自定义的reduce方法
        reduce(context.getCurrentKey(), context.getValues(), context);
      }
        …………………………省略部分代码………………………………
  }
    
6、进入自定义的reduce方法
protected void reduce(SortEntity key, Iterable<Text> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
    
    
        for (Text value : values) {
    
    
            key.setTotle();
            // 写出数据
            context.write(NullWritable.get(), key);
        }
    }

7、从自定义的reduce方法写出数据，默认使用TextOutputFormat的write方法写出数据
 public synchronized void write(K key, V value)
      throws IOException {
    
    
 …………………………省略部分代码………………………………
     // 先写出key
      if (!nullKey) {
    
    
        writeObject(key);
      }
      if (!(nullKey || nullValue)) {
    
    
        out.write(keyValueSeparator);
      }
     // 写出value，如果自定义了toString方法，这里会使用自定义的toString方法写出数据。
      if (!nullValue) {
    
    
        writeObject(value);
      }
      out.write(NEWLINE);
    }
    
 8、bean对象自定义的toString方法。
    public String toString() {
    
    
        return  no + '\t' + name + '\t' + classes + '\t' +
                chiness + "\t" + math +
                "\t" + english +
                "\t" + history +
                "\t" + physics +
                "\t" + totle;
    }
 
 9、至此，reduce段的一次流程完成，如果有多个reduce，将会重复上述流程。

5.4、切片流程，默认按照文本切片，TextInputFormat

public List<InputSplit> getSplits(JobContext job) throws IOException {
    
    
    StopWatch sw = (new StopWatch()).start();
    // 这里最小的切片信息取决于两个参数设置：this.getFormatMinSplitSize()，默认值就是1；mapreduce.input.fileinputformat.split.minsize默认值是0，缺省值是1。
    long minSize = Math.max(this.getFormatMinSplitSize(), getMinSplitSize(job));
    // 这里最大的切片信息取决于参数设置：mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize默认值为null，缺省值为long的最大值。
    long maxSize = getMaxSplitSize(job);
    …………………………省略部分代码………………………………
               Path path = file.getPath();
                long length = file.getLen();
                if (length != 0L) {
    
    
                    …………………………省略部分代码………………………………
				  // 判断文件支不支持切片，即时文件再大，如果不支持切片，那么也就不会进行切片逻辑。
                    if (this.isSplitable(job, path)) {
    
    
                        // 获取块大小，本地模式下默认32M，集群模式下128M或者256M。
                        long blockSize = file.getBlockSize();
                        // 切片计算：Math.max(minSize, Math.min(maxSize, blockSize))，所以要想控制切片大小，可以通过控制minSize、maxSize来达到效果，也就是间接设置mapreduce.input.fileinputformat.split.minsize和mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize这两个参数的值。
                        long splitSize = this.computeSplitSize(blockSize, minSize, maxSize);

                        long bytesRemaining;
                        int blkIndex;
                        // 如果文件大小是32.1M，这里其实只分一片（(double)bytesRemaining / (double)splitSize > 1.1D），因为文件大小必须大于切片的1.1倍。
                        for(bytesRemaining = length; (double)bytesRemaining / (double)splitSize > 1.1D; bytesRemaining -= splitSize) {
    
    
                            blkIndex = this.getBlockIndex(blkLocations, length - bytesRemaining);
                            splits.add(this.makeSplit(path, length - bytesRemaining, splitSize, blkLocations[blkIndex].getHosts(), blkLocations[blkIndex].getCachedHosts()));
                        }

                        // 切片之后，处理不够1.1倍的文件
                        if (bytesRemaining != 0L) {
    
    
                            blkIndex = this.getBlockIndex(blkLocations, length - bytesRemaining);
                            splits.add(this.makeSplit(path, length - bytesRemaining, bytesRemaining, blkLocations[blkIndex].getHosts(), blkLocations[blkIndex].getCachedHosts()));
                        }
                    …………………………省略部分代码………………………………
}

总结：

1. 程序先找到数据存储目录。
2. 开始遍历目录下的每一个文件。
3. 遍历到第一个文件时：
   1. 获取文件大小：long length = file.getLen()。
   2. 计算切片大小：Math.max(minSize, Math.min(maxSize, blockSize))。默认默认情况下，切片大小等于blocksize=128M。
   3. 开始切片，形成切片信息：第一个切片0_{128M，第二个切片128}256M……每次切片后，剩余的部分要判断下是否大于切片大小的1.1倍，如果是，继续切片，否则直接划分为一片。
   4. 将切片信息保存在切片规划文件中。
   5. 并将切片信息封装在InputSplit中，放在LIst集合中。InputSplit中保存了切片信息的起始位置，结束位置，以及切片所在节点信息等。
4. 最后，提交切片规划文件到Yarn上，Yarn会根据切片规划工具开启MapTask。

5.5、序列化

hadoop由属于自己的一套序列化的方案，不套用JAVA的序列化的原因有以下几点：

• 节省空间：JAVA中的序列化属于重量级的序列化，包含大量的信息，而对于hadoop来说，数据传输时，并不需要那么多的信息。
• 传输速率快：hadoop中的序列化内容仅包含了必要信息和少量的检验信息，会提高传输效率。
• 互操作性：经过序列化之后的内容，在不同的语言之间也可以进行序列化和反序列化。

hadoop中bean序列化的步骤：

1. 继承Writable接口。
2. 重写序列化方法。
3. 重写反序列化方法。
4. 序列化和反序列的顺序要一致。
5. 重写toString()方法。
6. 如果bean对象作为key，那么还需要实现Comparable接口，因为hadoop默认要对key能进行排序。

案例：

全年级的学生成绩，计算出来每个学生的总成绩。

代码地址：

序列化

5.6、Parttition分区

• 如果设置ReduceTasks的个数大于1，比如2，那么就是2个ReduceTask，默认使用HashPartitioner分区，最终会产生两个文件。

public class HashPartitioner<K, V> extends Partitioner<K, V> {
    public HashPartitioner() {
    }

    public int getPartition(K key, V value, int numReduceTasks) {
        // (key的hash值 & Interger的最大值) % ReduceTasks的个数
        return (key.hashCode() & 2147483647) % numReduceTasks;
    }
}

• 如果不设置ReduceTasks的个数，默认就是1个ReduceTask，使用默认Partitioner分区，分区号就是0。

NewOutputCollector(JobContext jobContext, JobConf job, TaskUmbilicalProtocol umbilical, TaskReporter reporter) throws IOException, ClassNotFoundException {
    this.collector = MapTask.this.createSortingCollector(job, reporter);
    this.partitions = jobContext.getNumReduceTasks();
    if (this.partitions > 1) {
        this.partitioner = (Partitioner)ReflectionUtils.newInstance(jobContext.getPartitionerClass(), job);
    } else {
        this.partitioner = new Partitioner<K, V>() {
            public int getPartition(K key, V value, int numPartitions) {
                // 默认分区号计算： 默认的ReduceTasks的个数 - 1
                return NewOutputCollector.this.partitions - 1;
            }
        };
    }
}

• 自定义Partitioner
  1. 自定义类继承Partitioner类。重写getPartition()方法。
  2. 在Job中设置自定义Partitioner类。
  3. 自定义Partitioner类后，需要设置ReduceTasks的个数，必须大于1才能走自定义的Partitioner分区。

案例：

全年级的学生成绩，计算出来每个学生的总成绩，并且按照每个班级单独输出一个文件。

代码地址：

Parttition分区

总结：

1. 如果ReduceTask的数量 > getPartition的结果，则会产生几个多余的空文件part-r-0000X。
2. 如果1 < ReduceTask的数量 < getPartition的结果，则会发生有一部分的分区文件没有ReduceTask来处理，报错IOException。
3. 如果ReduceTask的数量 = 1，不管有多少个分区，最终只会生成一个文件，因为当ReduceTask的数量 = 1的时候，压根就不会走自定义分区，而是采用默认的分区逻辑，最终只会计算得到一个0号分区。
4. 分区只能从0开始，依次累加。

5.7、Combiner合并

• Combiner是Mapper和Reducer之外的一种组件，可有可无。
• Combiner的父类就是Reduce。
• Conbiner和Reduce的区别：
  1. Combiner是在每一个MapTask输出结果之后执行，相当于每一个MapTask的输出结果都会经过一次Combiner。
  2. Reduce是接受 的MapTask的输出结果之后执行。
• Combiner存在的意义就是将每一个MapTask的输出结果再次进行合并汇总，减少网络传输。
• Combiner的前提是不能影响业务逻辑，一般对于平均值的业务不适用Combiner，而对于求和的业务，使用Combiner能大大减少Reduce端的压力。
• 如果没有Reducer阶段（ReduceTask的数量 = 0），那么就没必要写Combiner，写了也不会执行，因为Combiner必须是横跨Mapper和Reducer的一种存在。
• Reducer也可以当做Conbiner使用，也是推荐的有一种做法。

案例：

统计每个单词出现的次数，并且要求在reduce前进行combiner处理，减少网络传输带宽。

代码地址：

Combiner合并

5.8、Map/Reduce join

• join使用于大表和小表关联查询的情况下。
• join可以发生在mapper阶段，也可以发生在reduce阶段。
• 发生在mapper阶段就可以需要reduce阶段了，即设置ReduceTask 的个数 = 0。在mapper阶段处理，需要将小表缓存到内存中，可以有多个MapTask同时处理。
• 发生在reduce阶段就需要在mapper阶段标记每一个数据属于哪个表，最后在reduce阶段根据标记出料。

案例：

订单文件关联商品文件，最后输出一个包含订单ID、商品名称、订单数量的文件。

代码地址：

Map/Reduce join

5.8、ETL数据清洗

数据清洗一般涉及到以下一些内容：

• 数据缺失值处理
• 去除不需要的字段
• 数据格式判断：比如电话号码、电子邮件等。
• 数据正确性处理：比如个人信息中，按照身份证号码重新覆盖个人年龄等。

案例：

提取出文件中电话号码符合要求的人员信息。

代码地址：

ETL数据清洗

5.9、数据压缩

在hadoop中可以在三个地方采用数据压缩。

• mapper输入前：输入端采用压缩。输入端采用压缩的时候，无需指定压缩算法，Hadoop会根据文件的后缀名自动采用默认的压缩算法。hadoop中有三种默认的压缩算法：
• mapper输出之后：
• reduce输出之后：

案例：

设置最终输出文件为压缩格式。

代码地址：

数据压缩

总结

本文简单的介绍了mapreduce框架的原理以及工作流程，部分原理性的内容均增加了简单的案例，能够更加直观的理解其中的奥妙，欢迎大家指正。