Spark Shuffle详解之HashShuffle

概述

所谓Shuffle就是将不同节点上相同的Key拉取到一个节点的过程。这之中涉及到各种IO,所以执行时间势必会较长,Spark的Shuffle在1.2之前默认的计算引擎是HashShuffleManager,不过HashShuffleManager有一个十分严重的弊端,就是会产生大量的中间文件。在1.2之后默认Shuffle改为SortShuffleManager,相对于之前,在每个Task虽然也会产生大量中间文件,但是最后会将所有的临时文件合并(merge)成一个文件。因此Shuffle read只需要读取时,根据索引拿到每个磁盘的部分数据就可以了

测试条件

  • 每个Executor只有一个CUP(core),同一时间每个Executor只能执行一个task

HashShuffleManager

未优化版本

首先从shuffle write阶段,主要是在一个stage结束后,为了下一个stage可以执行shuffle,将每一个task的数据按照key进行分类,对key进行hash算法,从而使相同的key写入同一个文件,每个磁盘文件都由下游stage的一个task读取。在写入磁盘时,先将数据写入内存缓冲,当内存缓冲填满后,才会溢写到磁盘文件(似乎所以写文件都需要写入先写入缓冲区,然后再溢写,防止频繁IO)

我们可以先算一下当前stage的一个task会为下一个stage创建多少个磁盘文件。若下一个stage有100个task,则当前stage的每一个task都将创建100个文件,若当前stage要处理的task为50个,共有10个Executor,也就是说每个Executor共执行5个task,5x100x10=1000。也就是说这么一个小规模的操作会生产5000个文件。这是相当可观的。

而shuffle read 通常是一个stage一开始要做的事情。此时stage的每一个task去将上一个stage的计算结果的所有相同的key从不同节点拉到自己所在节点。进行聚合或join操作。在shuffle write过程,每个task给下游的每个task都创建了一个磁盘文件。在read过程task只需要去上游stage的task中拉取属于自己的磁盘文件。

shuffle read是边拉取边聚合。每一个read task都有一个buffer缓冲,然后通过内存中的Map进行聚合,每次只拉取buffer大小的数据,放到缓冲区中聚合,直到所有数据都拉取完。

这里写图片描述

优化版本

这里说的优化,是指我们可以设置一个参数,spark.shuffle.consolidateFiles。该参数默认值为false,将其设置为true即可开启优化机制。通常来说,如果我们使用HashShuffleManager,那么都建议开启这个选项。

开启这个机制之后,在shuffle write时,task并不是为下游的每一个task创建一个磁盘文件。引入了shuffleFileGroup的概念,每个shuffleFileGroup都对应一批磁盘文件。磁盘文件数量与下游task相同。只是仅仅第一批执行的task会创建一个shuffleFIleGroup,将数据写入到对应磁盘文件。

在执行下一批的task时,会复用已经创建好的shuffleFIleGroup和磁盘文件,即数据会继续写入到已有的磁盘文件。该机制会允许不同task复用同一个磁盘文件,对于多个task进行了一定程度的合并,大幅度减少shuffle write时,文件的数量,提升性能。

相对于优化前,每个Executor之前需要创建五百个磁盘文件,因为之前需要5个task线性执行,而使用参数优化之后,就每个Executor只需要100个就可以了,这样10个Executor就是1000个文件,这比优化前整整减少了4000个文件。

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