【Spark】Spark九： 深入Spark RDD第二部分RDD依赖与运行时

在Spark中， RDD是有依赖关系的，这种依赖关系有两种类型

• 窄依赖(Narrow Dependency)
• 宽依赖(Wide Dependency)

以下图说明RDD的窄依赖和宽依赖

 

窄依赖

窄依赖指父RDD的每一个分区最多被一个子RDD的分区所用，表现为

• 一个父RDD的分区对应于一个子RDD的分区
• 两个父RDD的分区对应于一个子RDD 的分区。

如上面的map,filter,union属于第一类窄依赖，而join with inputs co-partitioned（对输入进行协同划分的join操作）则为第二类窄依赖

如果有多个父RDD的分区对应于同一个子RDD的分区不能称之为窄依赖？

宽窄依赖与容错性(2015.1.5)

Spark基于lineage的容错性是值，如果一个RDD出错，那么可以从它的所有父RDD重新计算所得，如果一个RDD仅有一个父RDD（即窄依赖）,那么这种重新计算的代价会非常小。

Spark基于Checkpoint(物化)的容错机制何解？在上图中，宽依赖得到的结果(经历过Shuffle过程）是很昂贵的，因此，Spark将此结果物化到磁盘上了，以备后面使用

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宽依赖

宽依赖指子RDD的每个分区都要依赖于父RDD的所有分区，这是shuffle类操作，上图中的groupByKey和对输入未协同划分的join操作就是宽依赖。

窄依赖细说

窄依赖对优化很有利。逻辑上，每个RDD的算子都是一个fork/join（此join非上文的join算子，而是指同步多个并行任务的barrier）： 把计算fork到每个分区，算完后join，然后fork/join下一个RDD的算子。如果直接翻译到物理实现，是很不经济的：一是每一个RDD（即使 是中间结果）都需要物化到内存或存储中，费时费空间；二是join作为全局的barrier，是很昂贵的，会被最慢的那个节点拖死。如果子RDD的分区到 父RDD的分区是窄依赖，就可以实施经典的fusion优化，把两个fork/join合为一个；如果连续的变换算子序列都是窄依赖，就可以把很多个 fork/join并为一个，不但减少了大量的全局barrier，而且无需物化很多中间结果RDD，这将极大地提升性能。Spark把这个叫做流水线 （pipeline）优化。

 

Spark流水线优化：

 

 

宽依赖细说

变换算子序列一碰上shuffle类操作，宽依赖就发生了，流水线优化终止。在具体实现 中，DAGScheduler从当前算子往前回溯依赖图，一碰到宽依赖，就生成一个stage来容纳已遍历的算子序列。在这个stage里，可以安全地实施流水线优化。然后，又从那个宽依赖开始继续回溯，生成下一个stage。

分区划分规则与首选位置

要深究两个问题：一，分区如何划分；二，分区该放到集群内哪个节点。这正好对应于RDD结构中另外两个域：分区划分器（partitioner）和首选位置（preferred locations）。

 

分区划分

分区划分对于shuffle类操作很关键，它决定了该操作的父RDD和子RDD之间的依赖类型。上文提到，同一个join算子，如果协同划分的话，两个父 RDD之间、父RDD与子RDD之间能形成一致的分区安排，即同一个key保证被映射到同一个分区，这样就能形成窄依赖。反之，如果没有协同划分，导致宽依赖。

所谓协同划分，就是指定分区划分器以产生前后一致的分区安排。Pregel和HaLoop把这个作为系统内置的一部分；而Spark 默认提供两种划分器：HashPartitioner和RangePartitioner，允许程序通过partitionBy算子指定。注意，HashPartitioner能够发挥作用，要求key的hashCode是有效的，即同样内容的key产生同样的hashCode。这对 String是成立的，但对数组就不成立（因为数组的hashCode是由它的标识，而非内容，生成）。这种情况下，Spark允许用户自定义 ArrayHashPartitioner。

首选位置

第二个问题是分区放置的节点，这关乎数据本地性：本地性好，网络通信就少。有些RDD产生时就 有首选位置，如HadoopRDD分区的首选位置就是HDFS块所在的节点。有些RDD或分区被缓存了，那计算就应该送到缓存分区所在的节点进行。再不然，就回溯RDD的lineage一直找到具有首选位置属性的父RDD，并据此决定子RDD的放置。

宽/窄依赖的概念不止用在调度中，对容错也很有用。如果一个节点宕机了，而且运算是窄依赖，那只要把丢失的父RDD分区重算即可，跟其他节点没有依赖。而宽依赖需要父RDD的所有分区都存在， 重算就很昂贵了。所以如果使用checkpoint算子来做检查点，不仅要考虑lineage是否足够长，也要考虑是否有宽依赖，对宽依赖加检查点是最物有所值的。

Spark中关于Dependency的源代码

/*
 * Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one or more
 * contributor license agreements.  See the NOTICE file distributed with
 * this work for additional information regarding copyright ownership.
 * The ASF licenses this file to You under the Apache License, Version 2.0
 * (the "License"); you may not use this file except in compliance with
 * the License.  You may obtain a copy of the License at
 *
 *    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

package org.apache.spark

import org.apache.spark.annotation.DeveloperApi
import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.serializer.Serializer
import org.apache.spark.shuffle.ShuffleHandle

/**
 * :: DeveloperApi ::
 * Base class for dependencies.
 */
@DeveloperApi
abstract class Dependency[T] extends Serializable {
  def rdd: RDD[T]
}


/**
 * :: DeveloperApi ::
 * Base class for dependencies where each partition of the child RDD depends on a small number
 * of partitions of the parent RDD. Narrow dependencies allow for pipelined execution.
 */
////这里是说，窄依赖是指子RDD的每个Partition只依赖于父RDD很少部分的的RDD,文档明显说的不对！窄依赖起码需要，父RDD的每个Partition只被一个子RDD的Partition依赖
@DeveloperApi
abstract class NarrowDependency[T](_rdd: RDD[T]) extends Dependency[T] {
  /**
   * Get the parent partitions for a child partition.
   * @param partitionId a partition of the child RDD
   * @return the partitions of the parent RDD that the child partition depends upon
   */
  def getParents(partitionId: Int): Seq[Int]

  override def rdd: RDD[T] = _rdd
}

//ShuffleDependency指的是，子RDD的partition部分依赖于父RDD的每个Partition
//部分依赖被称为 ShuffleDependency。其实 ShuffleDependency 跟 MapReduce 中 shuffle 的数据依赖相同（mapper 将其 output 进行 partition，然后每个 reducer 会将所有 mapper 输出中属于自己的 partition 通过 HTTP fetch 得到）。
/**
 * :: DeveloperApi ::
 * Represents a dependency on the output of a shuffle stage. Note that in the case of shuffle,
 * the RDD is transient since we don't need it on the executor side.
 *
 * @param _rdd the parent RDD
 * @param partitioner partitioner used to partition the shuffle output
 * @param serializer [[org.apache.spark.serializer.Serializer Serializer]] to use. If set to None,
 *                   the default serializer, as specified by `spark.serializer` config option, will
 *                   be used.
 */
@DeveloperApi
class ShuffleDependency[K, V, C](
    @transient _rdd: RDD[_ <: Product2[K, V]],
    val partitioner: Partitioner,
    val serializer: Option[Serializer] = None,
    val keyOrdering: Option[Ordering[K]] = None,
    val aggregator: Option[Aggregator[K, V, C]] = None,
    val mapSideCombine: Boolean = false)
  extends Dependency[Product2[K, V]] {

  override def rdd = _rdd.asInstanceOf[RDD[Product2[K, V]]]

  val shuffleId: Int = _rdd.context.newShuffleId()

  val shuffleHandle: ShuffleHandle = _rdd.context.env.shuffleManager.registerShuffle(
    shuffleId, _rdd.partitions.size, this)

  _rdd.sparkContext.cleaner.foreach(_.registerShuffleForCleanup(this))
}


/**
 * :: DeveloperApi ::
 * Represents a one-to-one dependency between partitions of the parent and child RDDs.
 */
@DeveloperApi
class OneToOneDependency[T](rdd: RDD[T]) extends NarrowDependency[T](rdd) {
  override def getParents(partitionId: Int) = List(partitionId)
}


/**
 * :: DeveloperApi ::
 * Represents a one-to-one dependency between ranges of partitions in the parent and child RDDs.
 * @param rdd the parent RDD
 * @param inStart the start of the range in the parent RDD
 * @param outStart the start of the range in the child RDD
 * @param length the length of the range
 */
@DeveloperApi
class RangeDependency[T](rdd: RDD[T], inStart: Int, outStart: Int, length: Int)
  extends NarrowDependency[T](rdd) {

  override def getParents(partitionId: Int) = {
    if (partitionId >= outStart && partitionId < outStart + length) {
      List(partitionId - outStart + inStart)
    } else {
      Nil
    }
  }
}

 ShuffleDependency的参数说明：

1.RDD数据集合中的元素需要是(K,V)类型，因为一般需要依据key进行shuffle，所以数据结构往往是key-value；同时Shuffle需要根据K做shuffle output的partition。

2.Partitioner，按照K进行分区的算法，比如HashPartitioner

3.Serializer，因为Shuffle过程需要有数据的网络传输，因此需要序列化，Serializer即是指定序列化算法

4.keyOrdering

5.aggregator，mapSideCombine用于map端的combine

6.shuffleId：每个shuffle操作都有一个唯一的ID

参考：http://blog.csdn.net/likika2012/article/details/38751393