spark基础知识四

围绕spark的其他特性和应用。主要包括以下几个方面

1. spark自定义分区

2. spark中的共享变量

3. spark程序的序列化问题

4. spark中的application/job/stage/task之间的关系

5. spark on yarn原理和机制

6. spark的资源分配方式

1. spark自定义分区

1.1 自定义分区说明

• 在对RDD数据进行分区时，默认使用的是HashPartitioner
  

• 该函数对key进行哈希，然后对分区总数取模，取模结果相同的就会被分到同一个partition中

  HashPartitioner分区逻辑：
      key.hashcode % 分区总数 = 分区号

• 如果嫌HashPartitioner功能单一，可以自定义partitioner

1.2 自定义partitioner

• 实现自定义partitioner大致分为3个步骤

  • 1、继承org.apache.spark.Partitioner

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  • 2、重写numPartitions方法

  • 3、重写getPartition方法

1.3 案例实战

• 需求

  • 后期要想根据rdd的key的长度进行分区，相同key的长度进入到同一个分区中
    

• 代码开发

  • TestPartitionerMain 主类

    package com.lowi.partitioner
    import org.apache.spark.rdd.RDD
    import org.apache.spark.{SparkConf, SparkContext}
    ​
    //todo:使用自己实现的自定义分区
    object TestPartitionerMain {
      def main(args: Array[String]): Unit = {
        //1、构建SparkConf
        val sparkConf: SparkConf = new SparkConf().setAppName("TestPartitionerMain").setMaster("local[2]")
        //2、构建SparkContext
        val sc = new SparkContext(sparkConf)
        sc.setLogLevel("warn")
        //3、构建数据源
        val data: RDD[String] = sc.parallelize(List("hadoop","hdfs","hive","spark","flume","kafka","flink","azkaban"))
        //4、获取每一个元素的长度，封装成一个元组
        val wordLengthRDD: RDD[(String, Int)] = data.map(x=>(x,x.length))
        //5、对应上面的rdd数据进行自定义分区
        val result: RDD[(String, Int)] = wordLengthRDD.partitionBy(new MyPartitioner(3))
        //6、保存结果数据到文件
        result.saveAsTextFile("./data")
        sc.stop()
      }
    }

  • 自定义分区MyPartitioner

    package com.kaikeba.partitioner
    import org.apache.spark.Partitioner
    //自定义分区
    class MyPartitioner(num:Int) extends Partitioner{
      //指定rdd的总的分区数
      override def numPartitions: Int = {
        num
      }
      //消息按照key的某种规则进入到指定的分区号中
      override def getPartition(key: Any): Int ={
        //这里的key就是单词
        val length: Int = key.toString.length
        length match {
          case 4 =>0
          case 5 =>1
          case 6 =>2
          case _ =>0
        }
      }
    }

2. spark的共享变量

2.1 spark的广播变量(broadcast variable)

• ​ Spark中分布式执行的代码需要传递到各个Executor的Task上运行。对于一些只读、固定的数据(比如从DB中读出的数据),每次都需要Driver广播到各个Task上，这样效率低下。

• ​ 广播变量允许将变量只广播给各个Executor。该Executor上的各个Task再从所在节点的BlockManager获取变量，而不是从Driver获取变量，以减少通信的成本，减少内存的占用，从而提升了效率。

2.1.1 广播变量原理

2.1.2 广播变量使用

(1) 通过对一个类型T的对象调用 SparkContext.broadcast创建出一个Broadcast[T]对象。
    任何可序列化的类型都可以这么实现
(2) 通过 value 属性访问该对象的值
(3) 变量只会被发到各个节点一次，应作为只读值处理（修改这个值不会影响到别的节点）

• 不使用广播变量代码示例

val conf = new SparkConf().setMaster("local[2]").setAppName("brocast")
val rdd1=sc.textFile("/words.txt")
val word="spark"
val rdd2=rdd1.flatMap(_.split(" ")).filter(x=>x.equals(word))
rdd2.foreach(x=>println(x))
​
//这里的word单词为在每一个task中进行传输

• 使用广播变量代码示例

val conf = new SparkConf().setMaster("local[2]").setAppName("brocast")
val sc=new SparkContext(conf)
val rdd1=sc.textFile("/words.txt")
val word="spark"
//通过调用sparkContext对象的broadcast方法把数据广播出去
val broadCast = sc.broadcast(word)
​
//在executor中通过调用广播变量的value属性获取广播变量的值
val rdd2=rdd1.flatMap(_.split(" ")).filter(x=>x.equals(broadCast.value))
rdd2.foreach(x=>println(x))

2.1.3 广播变量使用注意事项

1、不能将一个RDD使用广播变量广播出去
​
2、广播变量只能在Driver端定义，不能在Executor端定义
​
3、在Driver端可以修改广播变量的值，在Executor端无法修改广播变量的值
​
4、如果executor端用到了Driver的变量，如果不使用广播变量在Executor有多少task就有多少Driver端的变量副本
​
5、如果Executor端用到了Driver的变量，如果使用广播变量在每个Executor中只有一份Driver端的变量副本

2.2 spark的累加器(accumulator)

• 累加器（accumulator）是Spark中提供的一种分布式的变量机制，其原理类似于mapreduce，即分布式的改变，然后聚合这些改变。

• 累加器的一个常见用途是在调试时对作业执行过程中的事件进行计数。可以使用累加器来进行全局的计数。

2.2.1 累加器原理

2.2.2 累加器使用

• (1) 通过在driver中调用 SparkContext.accumulator(initialValue) 方法，创建出存有初始值的累加器。返回值为 org.apache.spark.Accumulator[T] 对象，其中 T 是初始值initialValue 的类型。

• (2) spark闭包（函数序列化）里的excutor代码可以使用累加器的 add 方法增加累加器的值。

• (3) driver程序可以调用累加器的 value 属性来访问累加器的值。

• 代码

object AccumulatorTest {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val conf = new SparkConf().setMaster("local").setAppName("accumulator")
    val sc = new SparkContext(conf)
      //创建accumulator并初始化为0
    val accumulator = sc.accumulator(0); 
      //读取一个有10条记录的文件
    val linesRDD = sc.textFile("/words.txt") 
    val result = linesRDD.map(s => {
      accumulator.add(1) //有一条数据就增加1
      s
    })
    result.collect(); //触发action操作
    println("words lines is :" + accumulator.value)
    sc.stop()
  }
}
//输出结果： words lines is : 10

3. spark程序的序列化问题

3.1 transformation操作为什么需要序列化

• spark是分布式执行引擎，其核心抽象是弹性分布式数据集RDD，其代表了分布在不同节点的数据。Spark的计算是在executor上分布式执行的，故用户开发的关于RDD的map，flatMap，reduceByKey等transformation 操作（闭包）有如下执行过程：

  • （1）代码中对象在driver本地序列化

  • （2）对象序列化后传输到远程executor节点

  • （3）远程executor节点反序列化对象

  • （4）最终远程节点执行

• 故对象在执行中需要序列化通过网络传输，则必须经过序列化过程。

3.2 spark的任务序列化异常

• 在编写spark程序中，由于在map，foreachPartition等算子内部使用了外部定义的变量和函数，从而引发Task未序列化问题。

• 然而spark算子在计算过程中使用外部变量在许多情形下确实在所难免，比如在filter算子根据外部指定的条件进行过滤，map根据相应的配置进行变换。

• 经常会出现“org.apache.spark.SparkException: Task not serializable”这个错误

  • 其原因就在于这些算子使用了外部的变量，但是这个变量不能序列化。

  • 当前类使用了“extends Serializable”声明支持序列化，但是由于某些字段不支持序列化，仍然会导致整个类序列化时出现问题，最终导致出现Task未序列化问题。

3.3 spark中解决序列化的办法

• (1) 如果函数中使用了该类对象，该类要实现序列化

  • 类 extends Serializable
    

• (2) 如果函数中使用了该类对象的成员变量，该类除了要实现序列化之外，所有的成员变量必须要实现序列化

• (3) 对于不能序列化的成员变量使用“@transient”标注，告诉编译器不需要序列化

• (4) 也可将依赖的变量独立放到一个小的class中，让这个class支持序列化，这样做可以减少网络传输量，提高效率。

• (5) 可以把对象的创建直接在该函数中构建这样避免需要序列化

4. application、job、stage、task之间的关系

• 一个application就是一个应用程序，包含了客户端所有的代码和计算资源

• 一个action操作对应一个DAG有向无环图，即一个action操作就是一个job

• 一个job中包含了大量的宽依赖，按照宽依赖进行stage划分，一个job产生了很多个stage

• 一个stage中有很多分区，一个分区就是一个task，即一个stage中有很多个task

• 总结
  

  • 一个application包含了很多个job

  • 一个job包含了很多个stage

  • 一个stage包含了很多个task

5. spark on yarn

• 可以把spark程序提交到yarn中去运行，此时spark任务所需要的计算资源由yarn中的老大ResourceManager去分配

• 官网资料地址

  • http://spark.apache.org/docs/2.3.3/running-on-yarn.html

• 环境准备

  • 1、安装hadoop集群

  • 2、安装spark环境

    • 注意这里不需要安装spark集群

      • 只需要解压spark安装包到任意一台服务器

        • 修改文件 spark-env.sh

          export JAVA_HOME=/opt/bigdata/jdk
          export HADOOP_CONF_DIR=/opt/bigdata/hadoop/etc/hadoop

• 按照Spark应用程序中的driver分布方式不同，Spark on YARN有两种模式： yarn-client模式、yarn-cluster模式。

5.1 yarn-cluster模式

• yarn-cluster模式下提交任务示例

spark-submit --class org.apache.spark.examples.SparkPi \
--master yarn \
--deploy-mode cluster \
--driver-memory 1g \
--executor-memory 1g \
--executor-cores 1 \
/opt/bigdata/spark/examples/jars/spark-examples_2.11-2.3.3.jar \
10

• 如果运行出现错误，可能是虚拟内存不足，可以添加参数

  • vim yarn-site.xml

  <!--容器是否会执行物理内存限制默认为True-->
  <property>
      <name>yarn.nodemanager.pmem-check-enabled</name>
      <value>false</value>
  </property>
  ​
  <!--容器是否会执行虚拟内存限制    默认为True-->
  <property>
      <name>yarn.nodemanager.vmem-check-enabled</name>
      <value>false</value>
  </property>

5.2 yarn-client模式

• yarn-client模式下提交任务示例

spark-submit --class org.apache.spark.examples.SparkPi \
--master yarn \
--deploy-mode client \
--driver-memory 1g \
--executor-memory 1g \
--executor-cores 1 \
/opt/bigdata/spark/examples/jars/spark-examples_2.11-2.3.3.jar \
10

5.3 两种模式的原理

• yarn-cluster模式

• yarn-client模式

5.4 两种模式的区别

• yarn-cluster模式

  • spark程序的Driver程序在YARN中运行，运行结果不能在客户端显示，并且客户端可以在启动应用程序后消失应用的。

  • 最好运行那些将结果最终保存在外部存储介质（如HDFS、Redis、Mysql），客户端的终端显示的仅是作为YARN的job的简单运行状况。

• yarn-client模式

  • spark程序的Driver运行在Client上，应用程序运行结果会在客户端显示，所有适合运行结果有输出的应用程序（如spark-shell）

• 总结

  最大的区别就是Driver端的位置不一样。
  ​
  yarn-cluster: Driver端运行在yarn集群中，与ApplicationMaster进程在一起。
  yarn-client:  Driver端运行在提交任务的客户端,与ApplicationMaster进程没关系,经常              用于进行测试

6. collect 算子操作剖析

• collect算子操作的作用

  • 1、它是一个action操作，会触发任务的运行

  • 2、它会把RDD的数据进行收集之后，以数组的形式返回给Driver端

• 总结：

  • 默认Driver端的内存大小为1G，由参数 spark.driver.memory 设置

  • 如果某个rdd的数据量超过了Driver端默认的1G内存，对rdd调用collect操作，这里会出现Driver端的内存溢出，所有这个collect操作存在一定的风险，实际开发代码一般不会使用。

  • 实际企业中一般都会把该参数调大，比如5G/10G等

    • 可以在代码中修改该参数，如下

      new SparkConf().set("spark.driver.memory","5G")

7. spark任务中资源参数剖析

• 通过开发工具开发好spark程序后达成jar包最后提交到集群中运行

  • 提交任务脚本如下

spark-submit \
--master spark://node1:7077,node2:7077 \
--class com.kaikeba.WordCountOnSpark \
--executor-memory 1g  \
--total-executor-cores 4 \
original-spark_class01-1.0-SNAPSHOT.jar \
/words.txt  /out

• --executor-memory
  

  • 表示每一个executor进程需要的内存大小，它决定了后期操作数据的速度

• --total-executor-cores

  • 表示任务运行需要总的cpu核数，它决定了任务并行运行的粒度

• 总结

      后期对于spark程序的优化，可以从这2个参数入手，无论你把哪一个参数调大，对程序运行的效率来说都会达到一定程度的提升
      加大计算资源它是最直接、最有效果的优化手段。
      在计算资源有限的情况下，可以考虑其他方面，比如说代码层面，JVM层面等