SPARK中关于HighlyCompressedMapStatus的说明（会造成运行时的数据不精确）

Posted 2023-02-19 鸿乃江边鸟

背景

本文基于spark 3.1.2

分析

HighlyCompressedMapStatus 是属于MapStatus的子类，也就是在每个ShuffleMapTask写完数据以后，会返回给Driver端的结果，以便记录该次MapTask的任务情况，以及shuffle数据在整个集群的分布情况。

MapStatus在Map任务怎么被写入的

在每个ShuffleMapTask结束以后，都会生成MapStatus的数据结构，如下：

/** Write a bunch of records to this task's output */
  override def write(records: Iterator[Product2[K, V]]): Unit = 
    mapStatus = MapStatus(blockManager.shuffleServerId, partitionLengths, mapId)

                                ||
                                \\/

 def apply(
      loc: BlockManagerId,
      uncompressedSizes: Array[Long],
      mapTaskId: Long): MapStatus = 
    if (uncompressedSizes.length > minPartitionsToUseHighlyCompressMapStatus) 
      HighlyCompressedMapStatus(loc, uncompressedSizes, mapTaskId)
     else 
      new CompressedMapStatus(loc, uncompressedSizes, mapTaskId)
    
  

其中minPartitionsToUseHighlyCompressMapStatus也就是spark.shuffle.minNumPartitionsToHighlyCompress,默认是2000，只要超过这个阈值，就会生成HighlyCompressedMapStatus实例，否则就是CompressedMapStatus
这是因为MapStatus的存储会占用driver端太多的内存，这在下文中会解释到。
我们转到HighlyCompressedMapStatus构造方法中，如下：

def apply(
      loc: BlockManagerId,
      uncompressedSizes: Array[Long],
      mapTaskId: Long): HighlyCompressedMapStatus = 
        ...
        val threshold = Option(SparkEnv.get)
      .map(_.conf.get(config.SHUFFLE_ACCURATE_BLOCK_THRESHOLD))
      .getOrElse(config.SHUFFLE_ACCURATE_BLOCK_THRESHOLD.defaultValue.get)
       val avgSize = if (numSmallBlocks > 0) 
      totalSmallBlockSize / numSmallBlocks
     else 
      0
    
    emptyBlocks.trim()
    emptyBlocks.runOptimize()
    new HighlyCompressedMapStatus(loc, numNonEmptyBlocks, emptyBlocks, avgSize,
      hugeBlockSizes, mapTaskId)

这里有个阈值判断SHUFFLE_ACCURATE_BLOCK_THRESHOLD，也就是spark.shuffle.accurateBlockThreshold,这是来map端任务记录精确分区的阈值，如果大于该阈值，则会记录真实的reduce数据的分区大小，如果小于则记录的是每个reduce大小的平均值（这导致会在reduce获取运行时的数据大小信息时数据不准确的问题，从而导致AQE的效果不是很理想）。

MapStatus在Driver端怎么被记录的

之前说过为啥下游reduce的个数超过2000时，就会生成压缩的MapStatus实例，这是跟MapStatus在Driver端的存储有关。
对于MapStatus的信息都会通过ExecutorBackend的statusUpdate方法传给driver，
最终是DAGScheduler的方法片段：

mapOutputTracker.registerMapOutput(
                shuffleStage.shuffleDep.shuffleId, smt.partitionId, status)

被mapOutputTracker所注册，保存在shuffleStatuses Map结构中，如果说CompressedMapStatus类型的数据结构的化，回导致CompressedMapStatus记录的信息很多，最终会导致Driver的OOM问题。
CompressedMapStatus的数据结构如下：

private[spark] class CompressedMapStatus(
    private[this] var loc: BlockManagerId,
    private[this] var compressedSizes: Array[Byte],
    private[this] var _mapTaskId: Long)
  extends MapStatus with Externalizable

而HighlyCompressedMapStatus采用的是对于数据量小的reduce分区数据采用公用平均值的方式，这在一定程度上能够减缓Driver OOM的概率，
HighlyCompressedMapStatus的数据结构如下：

private[spark] class HighlyCompressedMapStatus private (
    private[this] var loc: BlockManagerId,
    private[this] var numNonEmptyBlocks: Int,
    private[this] var emptyBlocks: RoaringBitmap,
    private[this] var avgSize: Long,
    private[this] var hugeBlockSizes: scala.collection.Map[Int, Byte],
    private[this] var _mapTaskId: Long)
  extends MapStatus with Externalizable

MapStatus在Driver端怎么被使用的

我们知道MapStatus的信息最终会被保存在MapOutputTrackerMaster中，这样下游的reduce任务如果需要获取上游MapTask的运行情况的时候就会最终调用到MapOutputTrackerMaster对应的方法中，最终会调用到MapStatus的getSizeForBlock方法，（当然AQE中的数据倾斜处理规则OptimizeSkewedJoin也会用到）
对于getSizeForBlock方法的实现对于不同的子类行为是不一样的：

• CompressedMapStatus

 override def getSizeForBlock(reduceId: Int): Long = 
    MapStatus.decompressSize(compressedSizes(reduceId))
  

CompressedMapStatus 直接返回每个reduce的真实数据大小

• HighlyCompressedMapStatus

 override def getSizeForBlock(reduceId: Int): Long = 
    assert(hugeBlockSizes != null)
    if (emptyBlocks.contains(reduceId)) 
      0
     else 
      hugeBlockSizes.get(reduceId) match 
        case Some(size) => MapStatus.decompressSize(size)
        case None => avgSize
      
    
  

HighlyCompressedMapStatus对于reduce数据量比较小的，就直接返回一个平均值(这会对数据统计造成误导)，对于数据量比较大的reduce分区(spark.shuffle.accurateBlockThreshold参数控制的，默认100MB)就会返回真实值。

为什么HighlyCompressedMapStatus更加节约存储

因为对于小数据量的分区，只需要存储一个平均值，而不像 CompressedMapStatus那样都会存储具体的数值(用map存储)