MR中shuffle机制

MR中shuffle机制

  1. 概述
    ●mapreduce中,map阶段处理的数据如何传递给reduce阶段,是mapreduce框架中最关键的一个流程,这个流程就叫shuffle;
    ●shuffle: 洗牌、发牌——(核心机制:数据分区,排序,缓存)
    ●具体来说:就是将maptask输出的处理结果数据,分发给reducetask,并在分发的过程中,对数据按key进行了分区和排序;

  2. 主要流程
    shuffle是MR处理流程中的一个过程,它的每一个处理步骤是分散在各个map task和reduce task节点上完成的,整体来看,分为3个操作:

    1、分区partition
    2、Sort根据key排序
    3、Combiner进行局部value的合并

  3. 详细流程

    1、maptask收集我们的map()方法输出的kv对,先进入分区方法,把数据标记好分区,然后把数据发送到内存缓冲区(默认100M)中

    2、当环形缓冲区达到80%时,进行溢写,从内存缓冲区不断溢出本地磁盘文件,可能会溢出多个文件 (溢写前对数据进行快速排序,排序按照key的索引进行字典顺序排序)

    3、多个溢出文件会被合并成大的溢出文件(归并排序算法),对溢写的文件也可以进行combiner操作,前提是汇总操作,求平均值不行。

    4、在溢出过程中,及合并的过程中,都要调用partitoner进行分组和针对key进行排序

    5、reducetask根据自己的分区号,去各个maptask机器上取相应的结果分区数据,拉取的数据先存储在内存中,内存不够了,再存储到磁盘。

    6、reducetask会取到同一个分区的来自不同maptask的结果文件,reducetask会将这些文件再进行合并(归并排序)

    7、合并成大文件后,shuffle的过程也就结束了,后面进入reducetask的逻辑运算过程(从文件中取出一个一个的键值对group,调用用户自定义的reduce()方法)

    Shuffle中的缓冲区大小会影响到mapreduce程序的执行效率,原则上说,缓冲区越大,磁盘io的次数越少,执行速度就越快
    缓冲区的大小可以通过参数调整, 参数:io.sort.mb 默认100M

### Spark 和 MapReduceShuffle 过程的区别 #### 数据处理阶段划分 在 Spark 中,Shuffle write 类似于 MapReduce 的 map 阶段,负责数据的初步加工和分区;而 Shuffle read 则对应着 reduce 阶段,用于聚合来自不同节点的数据并执行最终计算[^1]。 #### 性能影响因素 鉴于 Shuffle 操作涉及到大量的磁盘 I/O 以及跨网络的数据交换,这一步骤成为决定作业执行速度的关键环节之一。因此,Shuffle 效率直接关系到整个应用程序的表现效果[^2]。 #### 设计理念差异 相较于传统意义上的 MapReduce,Spark 对 Shuffle 流程进行了多方面改进,旨在减少中间文件的数量及其大小,并通过内存缓存机制加速数据传递流程。这种设计使得 Spark 能够更好地应对大规模分布式环境下的复杂运算需求[^4]。 #### 容错性考量 尽管 Spark 提供了更为出色的灵活性与效能表现,但在面对特定类型的全局排序任务时,MapReduce 凭借其严谨的设计思路仍然保持着一定优势。这是因为后者特别强调系统的稳定性和错误恢复能力,在这方面做得相对更好一些[^3]。 ```python # Python伪代码展示简单的Shuffle操作对比 def spark_shuffle(data): # 基于RDD或其他结构化API实现更高效的Shuffle逻辑 partitions = data.partitionBy(num_partitions).persist() result = partitions.reduceByKey(lambda a, b: a + b) return result.collect() def mr_shuffle(data): # 使用传统的Mapper/Reducer模式完成相同功能 mapper_output = [] for key_value in data: k, v = process(key_value) mapper_output.append((k,v)) reducer_input = sort_and_group(mapper_output) final_result = {} for group in reducer_input: reduced_val = combine(group.values()) final_result[group.key()] = reduced_val return list(final_result.items()) ```
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