spark中join不产生shuffle的操作方式

大数据处理中多表join常转为多个两表连接问题。两表Join常用map - side join和reduce - side join算法。Map - side join适用于大表和可加载到内存的小表连接,将Join算子执行在Mapper端,无需Shuffle和reduce阶段,实现时先广播小表到各Executor,再用map查找大表记录。

(注:来源,spark大数据商业实战三部曲)

在大数据处理场景中,多表join是常见的一类运算。为了便于求解,通常会将多表Join问题转为多个两表连接的问题。两表Join的实现算法非常多,一般我们会根据两表的数据特点选取不同的Join算法,其中,最常用的两个算法是map-side join和reduce-side join。map-side join也就是join不产生shuffle。

Map-side join使用场景是一个大表和一个小表的连接操作。小表的定义为:可加载到内存的表。该算法将Join算子执行在Mapper端,无需经理Shuffle和reduce等阶段,因此效率非常高。

实现时,首先将小表广播到各个Executor上,然后通过map对大表的每条记录查找是否在小表中,在则输出,否则跳过。

#scala实现
#table1 小表
#table2 大表
var table1 = sc.textFile(args(1))
var table2 = sc.textFile(args(2))

var pairs = table1.map{ x =>
var pos = x.indexOf(',')
    (x.substring(0,pos),x.substring(pos+1))
}.collectAsMap
var broadCastMap = sc.broadcast(pairs)

var result = table2.map { x=>
    var pos = x.indexOf(',')(
    (x.substring(0,pos),x.substring(pos+1))
}.mapPartitions({ iter =>
var m = broadCastMap.value
for {
    (key,value) <- iter 
if (m.contains(key))
} yield (key,(values,m.get(key).getOrElse("")))
})

result.saveAsTextFile(args(3))

 

### 优化 Spark Shuffle 操作的最佳实践和方法 优化 Spark Shuffle 操作是提升大数据处理性能的关键之一。以下是一些有效的优化策略,涵盖了分区、内存管理、广播变量以及数据倾斜等多个方面。 #### 调整分区数 Spark 默认的分区数可能适合所有场景。对于 DataFrame 和 Spark SQL,可以通过设置 `spark.sql.shuffle.partitions` 来调整 Shuffle 的分区数[^3]。通常建议将分区数设置为任务核心数的 2 到 3 倍,以充分利用集群资源。此外,如果 Shuffle 数据量较大或计算复杂度较高,可以适当增加分区数以减少每个分区的数据量。 ```python # 设置 Shuffle 分区数 spark.conf.set("spark.sql.shuffle.partitions", "2000") ``` #### 使用 SortShuffleManager 从 Spark 1.2 开始,默认的 ShuffleManager 是 SortShuffleManager。相比 HashShuffleManager,SortShuffleManager 在 Shuffle 写入阶段会将多个临时文件合并成一个磁盘文件,从而减少磁盘 I/O 操作[^1]。这种机制在 Shuffle Read Task 拉取数据时更加高效,因为只需读取部分数据即可完成任务。 #### 启用 Bypass Merge 机制 当 Shuffle 数据量较小时,可以启用 Bypass Merge 机制。在这种情况下,每个 Map Task 仍然会为下游的每个 Reduce Task 生成一个文件,但最后会进行归并操作,将所有文件合并为一个磁盘文件[^5]。这种方式可以有效减少小规模 Shuffle 场景下的磁盘开销。 ```python # 启用 Bypass Merge 机制 spark.conf.set("spark.shuffle.manager", "sort") spark.conf.set("spark.shuffle.sort.bypassMergeThreshold", "200") ``` #### 减少 Shuffle 数据量 在 Shuffle 前过滤掉必要的数据,只选取需要的字段进行处理。例如,在 Join 或 Group By 操作之前,可以通过 Filter 算子剔除无关记录,从而减少 Shuffle 数据量[^3]。 ```python # 过滤掉需要的数据 filtered_rdd = rdd.filter(lambda x: x[1] > 0) ``` #### 广播小表以避免 ShuffleJoin 操作中,如果其中一个表较小,可以使用广播变量将其分发到每个 Executor 中,从而避免 Shuffle 操作[^3]。通过设置 `spark.sql.autoBroadcastJoinThreshold` 参数,可以控制广播变量的大小阈值(默认为 10 MB)。 ```python # 使用广播变量优化 Join 操作 from pyspark.sql.functions import broadcast result = large_df.join(broadcast(small_df), "key") ``` #### 提高 Executor 内存 Shuffle 操作需要大量内存来存储中间数据。如果内存足,可能会导致数据溢写到磁盘,从而降低性能。因此,建议根据任务需求适当提高 Executor 的内存分配,通过设置 `spark.executor.memory` 参数实现[^3]。 ```python # 设置 Executor 内存 spark.conf.set("spark.executor.memory", "8g") ``` #### 处理数据倾斜问题 数据倾斜是指某些 Key 对应的数据量远大于其他 Key,导致部分 Task 执行时间过长。为了解决这一问题,可以考虑以下方法: - **预先聚合**:在 Shuffle 前对数据进行局部聚合,减少每个 Key 的数据量。 - **自定义分区器**:为倾斜 Key 设计专门的分区规则,确保其均匀分布。 - **添加随机前缀**:为倾斜 Key 添加随机前缀,分散其负载。 ```python # 预先聚合示例 rdd.mapValues(lambda v: (v, 1)).reduceByKey(lambda a, b: (a[0] + b[0], a[1] + b[1])) ``` #### 性能测试与校验 在大规模数据处理场景下,Shuffle 校验机制可能对性能产生一定影响。然而,经过优化的 Shuffle 校验算法会显著降低 Spark 的执行效率,并且在某些情况下还能带来轻微的性能提升[^4]。 ---
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