spark学习之作业优化

Posted 2022-04-09 柳小葱

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了spark学习之作业优化相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

💅在前面的spark优化学习中，我们学习了spark的语法、资源调度、sql语法优化和数据倾斜的技巧，今天我们来学习spark中的作业优化，也就是job优化。对往期内容感兴趣的同学可以参考👇:

🙈关于spark的作业优化，主要是对map端和reduce端作业这两个部分进行优化，优化的内容可能和处理数据倾斜时的内容有点重复，重复的部分就当作复习啦。

1. map端优化

1.1 map端预聚合

map-side 预聚合：就是在每个节点本地对相同的 key 进行一次聚合操作，类似于MapReduce 中的本地 combiner。map-side 预聚合之后，每个节点本地就只会有一条相同的key，因为多条相同的 key 都被聚合起来了。其他节点在拉取所有节点上的相同 key 时，就会大大减少需要拉取的数据数量，从而也就减少了磁盘 IO 以及网络传输开销。（使用sparksql时，会自动使用HashAggregte 实现本地预聚合+全局聚合）

操作RDD ：建议使用 reduceByKey 或者 aggregateByKey 算子来替代掉 groupByKey 算子。因为 reduceByKey 和 aggregateByKey 算子都会使用用户自定义的函数对每个节点本地的相同 key 进行预聚合。而 groupByKey 算子是不会进行预聚合的，全量的数据会在集群的各个节点之间分发和传输，性能相对来说比较差。

1.1 读取小文件

读取的数据源有很多小文件，会造成查询性能的损耗，大量的数据分片信息以及对应产生的 Task 元信息也会给 Spark Driver 的内存造成压力，带来单点问题。

hive的处理方式：在hive中，我们在map端执行前合并小文件，使用的是combinerhiveinputformat方法，对小文件进行合并，而hiveinputformat没有对小文件合并的功能。

#设置方法如下：
set hive.input.format=org.apche.hadoop.hive.sq.io.CombinerHiveInputFormat

spark的处理方式：spark也可以通过设置参数，设置多个小文件读取到同一个分区中，达到小文件合并的目的。

#设置一个分区的最大字节数
spark.sql.files.maxPartitionBytes=128MB #默认 128m
#设置打开一个文件的开销
spark.files.openCostInBytes=4194304 #默认 4m

这里我们解释一下这两个参数的作用：

对于一个小文件的大小，他的组成有2部分：自身的文件大小和打开文件的开销，即： $文件大小 = 文件自身大小 + 打开文件开销（ o p e n C o s t I n B y t e s ）$
合并多个小文件时，考虑的是满足以下关系才能进行合并： $(文件 1 大小) + (文件 2 大小) + (文件 3 大小) + . . . . . . < m a x P a r t i t i o n B y t e s$

1.2 增加map 溢写时输出流 buffer

map端任务执行的流程图：

增加map端的缓冲区大小也能提高效率，缓冲区的参数主要有以下几个：

map 端 Shuffle Write 有一个缓冲区（类似hadoop的collect），初始阈值 5m，超过会尝试增加到 2当前使用内存。如果申请不到内存，则进行溢写。（比如，我的缓冲文件大小为6m>5m,则申请内存的大小为：26-5=7m，但我们无法设置该大小）
溢写时使用输出流缓冲区默认 32k，这些缓冲区减少了磁盘搜索和系统调用次数，适当提高可以提升溢写效率。（这个参数是将缓冲区文件写出的大小，即传输缓冲区文件每次可传输多大的文件）
Shuffle 文件涉及到序列化，是采取批的方式读写，默认按照每批次 1 万条去读写。设置得太低会导致在序列化时过度复制，因为一些序列化器通过增长和复制的方式来翻倍内部数据结构（这个参数用户也无法指定）

综上可知，我们只能通过设置输出流缓冲区的大小来提高效率：

spark.shuffle.file.buffer=64 #将输出流缓冲区大小从32k调整到64k

2. reduce端优化

2.1 合理设置 Reduce 数

关于这个部分，主要是对cpu资源的分配，并发度、并行度等的设置，大家可以参考下面的文章：

链接: spark学习之资源调度.

2.2 输出产生小文件优化

2.2.1 join结果

当我们把几张表join之后的结果插入新表后，生成的文件数数等于 shuffle 并行度，默认就是 200 份文件插入到hdfs 上。
优化方式：

可以在插入表数据前进行缩小分区操作来解决小文件过多问题，如 coalesce、repartition 算子实现。
调整 shuffle 并行度，设置 reduce的个数spark.sql.shuffle.partitions

2.2.2 动态分区插入数据

没有 Shuffle 的情况下。最差的情况下，每个 Task 中都有表各个分区的记录，那文件数最终文件数将达到 Task 数量 * 表分区数。这种情况下是极易产生小文件的。
有 Shuffle 的情况下，上面的 Task 数量就变成了spark.sql.shuffle.partitions（默认值200）。那么最差情况就会有 spark.sql.shuffle.partitions * 表分区数，但是当spark.sql.shuffle.partitions 设置过大时，小文件问题就产生了；当spark.sql.shuffle.partitions 设置过小时，任务的并行度就下降了，性能随之受到影响。（有shuffle的情况容易产生数据倾斜）

解决方法：
将倾斜键单独加入动态分区

//1.非倾斜键部分
INSERT overwrite table A partition ( aa )
SELECT *
FROM B where aa != 大 key
distribute by aa;
//2.倾斜键部分
INSERT overwrite table A partition ( aa )
SELECT *
FROM B where aa = 大 key
distribute by cast(rand() * 5 as int);

2.3 增大 reduce 缓冲区，减少拉取次数

map端端缓冲区大小不可设置，只能是5m，但reduce端端buffer大小可以设置，shuffle reduce task 的 buffer 缓冲区大小决定了 reduce task 每次能够缓冲的数据量，也就是每次能够拉取的数据量，如果内存资源较为充足，适当增加拉取数据缓冲区的大小，可以减少拉取数据的次数，也就可以减少网络传输的次数，进而提升性能。
设置方式：

spark.reducer.maxSizeInFlight=48

2.4 调节 reduce 端拉取数据重试次数

reduce task 拉取属于自己的数据时，如果因为网络异常等原因导
致失败会自动进行重试。对于那些包含了特别耗时的 shuffle 操作的作业，建议增加重试最大次数（比如 60 次），以避免由于 JVM 的 full gc 或者网络不稳定等因素导致的数据拉取失败。reduce 端拉取数据重试次数可以通过

 spark.shuffle.io.maxRetries

参数进行设置，该参数就代表了可以重试的最大次数。如果在指定次数之内拉取还是没有成功，就可能会导致作业执行失败，默认为 3

2.5 调节 reduce 端拉取数据等待间隔

Spark Shuffle 过程中，reduce task 拉取属于自己的数据时，如果因为网络异常等原因导致失败会自动进行重试，在一次失败后，会等待一定的时间间隔再进行重试，可以通过加大间隔时长（比如 60s），以增加 shuffle 操作的稳定性。reduce 端拉取数据等待间隔可以通过

spark.shuffle.io.retryWait

参数进行设置，默认值为 5s。

2.6 合理利用 bypass

当 ShuffleManager 为 SortShuffleManager 时，如果 shuffle read task 的数量小于这个阈值（默认是 200）且不需要 map 端进行合并操作，则 shuffle write 过程中不会进行排序操作，使用 BypassMergeSortShuffleWriter 去写数据，但是最后会将每个 task 产生的所有临时磁盘文件都合并成一个文件，并会创建单独的索引文件。

当你使用 SortShuffleManager 时，如果确实不需要排序操作，那么建议将这个参数调大一些，大于 shuffle read task 的数量。那么此时就会自动启用 bypass 机制，map-side 就不会进行排序了，减少了排序的性能开销。但是这种方式下，依然会产生大量的磁盘文件，因此 shuffle write 性能有待提高。