[Hadoop] Hadoop学习历程 [持续更新中…]

Posted 2020-06-13

1. Hadoop FS Shell

　　Hadoop之所以可以实现分布式计算，主要的原因之一是因为其背后的分布式文件系统（HDFS）。所以，对于Hadoop的文件操作需要有一套全新的shell指令来完成，而这就是Hadoop FS Shell。它主要是用于对Hadoop平台进行文件系统的管理。

　　有关HDFS的介绍博客请移步：Hadoop学习笔记之Hadoop基础。

　　有关Hadoop FS Shell的学习文档：Hadoop FS Shell学习文档。

2. Hadoop Streaming

　　我们知道Hadoop集群上的一些MapReduce代码一般是利用Java来进行开发的，那么对于很多像博主一样的不会Java的同学该怎么办呢，是不是我们必须要在使用Hadoop之前要学会Java呢？当然，如果Java对你没有什么帮助的话，你是完全没有必要额外为了Hadoop来学习Java的。Hadoop Streaming就是Hadoop为了帮助用户创建和运行一些特殊的map/reduce作业而开发的一个工具，它可以被看做是一个API，可以使用户很方便地利用一些脚本语言（比如，bash shell或者Python）来写Mapper和Reducer。

　　下面是Hadoop Streaming的学习文档：Hadoop Streaming学习文档。

3. Hadoop的输入和输出

　　Hadoop的输入和输出分别为标准输入和标准输出，这是在学习hadoop时首先要记住的。对于第一次编写hadoop job的同学来说，如果没有认识到这点的重要性的话，可能都不知道hadoop如何在本地进行测试。Hadoop的输入输出是基于标准输入和标准输出的，那么我们在本地测试的时候就要利用bash命令来模拟这个过程，所以常见的unittest形式如下：

cat input | mapper | sort | reducer > output

　　其中的sort命令的左右是在模拟reducer输入的过程。对于数据流而言，具有相同key的数据流会聚合在一起（但是value是无序的），而且会被分发给同一个reducer，所以sort命令主要是在模拟这个过程，关于这个问题在下边的combiner和partitioner部分会进行详细介绍。

4. Hadoop MapReduce & Shuffler

　　我们学习Hadoop实际上就是在学习一种全新的计算框架，它基于分布式的技术存储，利用MapReduce思想实现海量数据处理的目的。在没有实际接触Hadoop时，很多参考书上都这样说：MapReduce主要为两个阶段：Map阶段和Reduce阶段。这句话确实没有错，但是如果想完全的理解整个MapReduce思想，除了认识上述两个阶段还要深刻理解一个很重要的中间过程——shuffler，其中shuffler包含了combiner和partitioner。

　　下图为MapReduce的整体框架，其中shuffler部分的操作介于Mapper和Reducer之间，它的主要功能为处理Mapper的输出并为Reducer提供相应的输入文件，主要操作为combiner和partitioner。

　　我们可以这样来理解上述的三种中间操作：

　　combiner：分为Mapper端和Reducer端，主要作用是将键值对中具有相同key的放在一起；

　　partitioner：把键值对按照key分配给reducer。

　　combiner和partitioner两者结合可以使得每一个Reducer的输入是按照key进行聚合的，而且同一个key所对应的数据流只会被分配到同一个Reducer，这就极大地简化了Reducer的任务。

　　下图为显示了combiner和partitioner两个中间操作的MapReduce框架图，这个例子是做词频统计：

 

　　我们可以看到combiner的作用就是按照key将Mapper的输出进行聚合，而partitioner会将所有combiner的结果按照key进行分发，分发给不同的Reducer进行数据的处理。我们在Reducer端可以看到两点：

　　第一，所有具有相同key的数据流均被分发到同一个Reducer；

　　第二，每个Reducer的输入中数据流是按照key进行聚合的，即具有相同key的数据流是连在一起的。

这样我们在Reducer端就可以很轻松的完成词频统计的任务，我们可以按照数据流的顺序进行词频的统计，如果当前数据流的key与上一个数据流的key相同，那么就将该key对应的词频进行累加，如果不同说明该key已经被统计完成，则进行下一个词的统计即可。

　　此外，在hadoop的配置中我们可以为partitioner配置相应的参数来控制partitioner按照不同的列来进行数据的切分，hadoop的默认设置是按照key进行数据的切分。

　　其实除了combiner和partitioner以外，还有一些中间操作也需要进行深刻的理解，比如hadoop的sort过程。在这里，我们可以简单了解一下Reducer端的sort，它其实是一种二次排序（secondary sort）。我们知道在hadoop中每个Reducer的输入数据流中，数据流都是按照key聚合好的，但是其对应value则是无序的，即同一个job运行多次，由于Mapper完成的顺序不同，Reducer收到的value的顺序则是不固定的，那么如何才能使得Reducer接收的value成为有序的呢？这就是secondary sort需要解决的问题，它的应用场景常见的有求每个key下的最小/最大value值等。

　　此外，我们也可以通过参数来控制secondary sort相应的作用域。

5. Hadoop常见操作

5.1 count操作

　　count(计数/统计)是hadoop最为常见的操作之一。它的基本思想是就是上述词频统计的例子所讲述的，由于每个Reducer的输入都是按照key进行聚合的，所以可以根据key来顺序的进行累加。

5.2 join操作

　　join（拼接）是hadoop中最为常见的操作之一，它的主要任务就是将多张数据表按照某个字段拼接成一个表。要想写出join操作需要考虑周全，否则会得到意想不到的结果。（PS：我在刚开始run第一个join job的时候，发现输出结果总是不对，检查了mapper和reducer的代码逻辑觉得都没有问题，一直不知道是哪里出问题，最后终于找到了原因，原来是partitioner切分部分参数设置的问题。）

　　join的思想有很多种，但是常用的一种可以这样来理解：

　　mapper阶段：由于数据流来自不同的数据表，所以mapper是将每一个数据流进行打标签（tag），由于区别不同表的数据流；

　　reducer阶段：根据mapper中的tag来区分数据流，并对于不同的数据流按照自己的业务需求设计不同的操作，最后将不同的表进行拼接。

　　上述的join思想被称为是reducer端拼接。

5.3 其他操作

　　除了上述的count和join两种常用的操作，hadoop还有很多操作，比如简单的字段处理操作。在简单的字段处理操作中，比如加/减某个字段，改写某个字段，抽取某些字段等等，我们只需要mapper就可以了，此时不需要reducer进行任何操作，这时候reducer直接输出mapper的结果就可以了，在streaming中reducer端实际上为一个cat命令。