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深入理解MapReduce的架构和原理
1. MapReduce 定义
Hadoop 中的 MapReduce是一个使用简单的软件框架，基于它写出来的应用程序能够运行在由上千个商用机器组成的大型集群上，并以一种可靠容错式并行处理TB级别的数据集
2. MapReduce 特点
MapReduce 为什么如此受欢迎？尤其现在互联网+时代，互联网+公司都在使用 MapReduce。MapReduce 之所以如此受欢迎，它主要有以下几个特点。
- MapReduce 易于编程。它简单的实现一些接口，就可以完成一个分布式程序，这个分布式程序可以分布到大量廉价的 PC 机器运行。也就是说你写一个分布式程序，跟写一个简单的串行程序是一模一样的。 就是因为这个特点使得 MapReduce 编程变得非常流行。
- 良好的扩展性。当你的计算资源不能得到满足的时候，你可以通过简单的增加机器来扩展它的计算能力。
- 高容错性。MapReduce 设计的初衷就是使程序能够部署在廉价的 PC 机器上，这就要求它具有很高的容错性。比如其中一台机器挂了，它可以把上面的计算任务转移到另外一个节点上面上运行，不至于这个任务运行失败，而且这个过程不需要人工参与，而完全是由 hadoop 内部完成的。
- 适合 PB 级以上海量数据的离线处理。这里加红字体离线处理，说明它适合离线处理而不适合在线处理。比如像毫秒级别的返回一个结果，MapReduce 很难做到。
MapReduce 虽然具有很多的优势，但是它也有不擅长的地方。这里的不擅长不代表它不能做，而是在有些场景下实现的效果差，并不适合 MapReduce 来处理，主要表现在以下几个方面。
- 实时计算。MapReduce 无法像 MySQL 一样，在毫秒或者秒级内返回结果。
- 流式计算。流式计算的输入数据时动态的，而 MapReduce 的输入数据集是静态的，不能动态变化。这是因为 MapReduce 自身的设计特点决定了数据源必须是静态的。
- DAG（有向图）计算。多个应用程序存在依赖关系，后一个应用程序的输入为前一个的输出。在这种情况下，MapReduce 并不是不能做，而是使用后，每个MapReduce 作业的输出结果都会写入到磁盘，会造成大量的磁盘IO，导致性能非常的低下。
３. MapReduce的架构
和HDFS一样，MapReduce也是采用Master/Slave的架构，其架构图如下所示。
MapReduce包含四个组成部分，分别为Client、JobTracker、TaskTracker和Task，下面我们详细介绍这四个组成部分。
1）Client 客户端
每一个 Job 都会在用户端通过 Client 类将应用程序以及配置参数 Configuration 打包成 JAR 文件存储在 HDFS，并把路径提交到 JobTracker 的 master 服务，然后由 master 创建每一个 Task（即 MapTask 和 ReduceTask） 将它们分发到各个 TaskTracker 服务中去执行。
2）JobTracker
JobTracke负责资源监控和作业调度。JobTracker 监控所有TaskTracker 与job的健康状况，一旦发现失败，就将相应的任务转移到其他节点；同时，JobTracker 会跟踪任务的执行进度、资源使用量等信息，并将这些信息告诉任务调度器，而调度器会在资源出现空闲时，选择合适的任务使用这些资源。在Hadoop 中，任务调度器是一个可插拔的模块，用户可以根据自己的需要设计相应的调度器。
3）TaskTracker
TaskTracker 会周期性地通过Heartbeat 将本节点上资源的使用情况和任务的运行进度汇报给JobTracker，同时接收JobTracker 发送过来的命令并执行相应的操作（如启动新任务、杀死任务等）。TaskTracker 使用“slot”等量划分本节点上的资源量。“slot”代表计算资源（CPU、内存等）。一个Task 获取到一个slot 后才有机会运行，而Hadoop 调度器的作用就是将各个TaskTracker 上的空闲slot 分配给Task 使用。slot 分为Map slot 和Reduce slot 两种，分别供Map Task 和Reduce Task 使用。TaskTracker 通过slot 数目（可配置参数）限定Task 的并发度。
4）Task
Task 分为Map Task 和Reduce Task 两种，均由TaskTracker 启动。HDFS 以固定大小的block 为基本单位存储数据，而对于MapReduce 而言，其处理单位是split。
Map Task 执行过程如下图 所示：由该图可知，Map Task 先将对应的split 迭代解析成一个个key/value 对，依次调用用户 自定义的map() 函数进行处理，最终将临时结果存放到本地磁盘上, 其中临时数据被分成若干个partition，每个partition 将被一个Reduce Task 处理。
Reduce Task 执行过程下图所示。该过程分为三个阶段：
①从远程节点上读取Map Task 中间结果（称为“Shuffle 阶段”）；
②按照key 对key/value 对进行排序（称为“Sort 阶段”）；
③依次读取< key, value list>，调用用户自定义的reduce() 函数处理，并将最终结果存到HDFS 上（称为“Reduce 阶段”）。
４. MapReduce 内部逻辑
下面我们通过 MapReduce 的内部逻辑，来分析 MapReduce的数据处理过程。我们以WordCount为例，来看一下mapreduce 内部逻辑，如下图所示。
MapReduce 内部逻辑的大致流程主要由以下几步完成。
1、首先将 HDFS 中的数据以 Split 方式作为 MapReduce 的输入。前面我们提到，HDFS中的数据是以 block存储，这里怎么又变成了以Split 作为输入呢？其实 block 是 HDFS 中的术语，Split 是 MapReduce 中的术语。默认的情况下，一个 Split 可以对应一个 block，当然也可以对应多个block，它们之间的对应关系是由 InputFormat 决定的。默认情况下，使用的是 TextInputFormat，这时一个Split对应一个block。 假设这里有4个block，也就是4个Split，分别为Split0、Split1、Split2和Split3。这时通过 InputFormat 来读每个Split里面的数据，它会把数据解析成一个个的(key,value)，然后交给已经编写好的Mapper 函数来处理。
2、每个Mapper 将输入(key,value)数据解析成一个个的单词和词频，比如(a,1)、(b,1)和(c,1)等等。
4、在reduce阶段，每个reduce要进行 shuffle 读取它所对应的数据。当所有数据读取完之后，要经过Sort全排序，排序之后再交给 Reducer 做统计处理。比如，第一个Reducer读取了两个的(a,1)键值对数据，然后进行统计得出结果(a,2)。
5、将 Reducer 的处理结果，以OutputFormat数据格式输出到 HDFS 的各个文件路径下。这里的OutputFormat默认为TextOutputFormat，key为单词，value为词频数，key和value之间的分割符为”\tab”。 由上图所示，(a 2)输出到Part-0，(b 3)输出到Part-1，(c 3)输出到Part-2。
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