Hadoop详解(三)——MapReduce原理和执行过程,远程Debug,Writable序列化接口,MapReduce程序编写

MapReduce概述

MapReduce是一种分布式计算模型,由Google提出,主要用于搜索领域,解决海量数据的计算问题。
MR由两个阶段组成:Map和Reduce,用户只需要实现map()和Reduce()两个函数,即可实现分布式计算。
这两个函数的形参是key、Value对,表示函数的输入信息。
MapReduce的老大是JobTracker 小弟叫TaskTracker相当于小组长 执行具体任务的是Map任务和reduce任务
在Hadoop 0.23版本之后 JobTracker—>ResourceManager(RM)   TaskTracker—>NodeManager(NM)
RM和NM只存在于Hadoop 2.0之后的版本中 JobTracker和TaskTracker只存在Hadoop1.0以下 除了0.23版本
有了Yarn之后 完全转为RM和NM YARN不仅仅可以运行MapReduce

MapReduce的大致流程

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① Client将业务逻辑代码(计算逻辑)打成jar包 上传到Linux运行。
② client然后向RM发出提交作业的请求(使用RPC协议),RM根据任务请求 获取jar包的信息,然后向客户端发送元数据信息(在HDFS上的jar包位置即存放jar包的路径 和一个jobid) ,
③ 客户端Client拿到RM返回的信息 为避免重复,将信息里存放jar包的路径作为前缀,jobid作为后缀进行拼接作为唯一标识在HDFS上存放此jar包的路径,得到唯一路径后,将此jar包写入到HDFS中(Client中持有FileSystem对象的引用)。一般手动上传文件默认是保存3份(伪分布式配置为1份),为了减轻计算压力 jar包(map和reducer)会在HSDF上保存10份,运行完成一段时间后就会删除。
④ 写入成功完成后,客户端会将jar包的存储位置,jobid 作为参数以RPC的方式传递给RM。
⑤、⑥ RM就会存储此作业的描述信息。然后RM就会使用任务调度器(默认的调度器是队列调度器(job queue) 以先进先出(FIFO)的方式执行)来执行任务。
⑦ 一旦作业被放入调度器内,NM就会通过心跳机制领取任务,由RM根据NM的机器状况决定是否将任务分配给NM。
⑧、⑨NM领取到任务后就会从HDFS上下载jar包,并启动独立于自己的子进程(MapTask从HDFS读取数据。
10、ReduceTask计算结果并写入到HDFS中)执行任务
注意:这里所谓的心跳机制就是每隔一段时间,NM会向RM回报信息并自动向RM询问申请任务,然后RM就会将元数据信息发送给NM,NM根据元数据信息从HDFS上现在对应的jar包数据并运行。

Hadoop1.0版本中任务执行的详细步骤如下:
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MR执行流程可以概括为以下步骤:
(1).客户端提交一个mr的jar包给JobClient(提交方式:hadoop jar ...)
(2).JobClient通过RPC和JobTracker进行通信,返回一个存放jar包的地址(HDFS)和jobId
(3).client将jar包写入到HDFS当中(path = hdfs上的地址 + jobId)
(4).开始提交任务(任务的描述信息,不是jar, 包括jobid,jar存放的位置,配置信息等等)
(5).JobTracker进行初始化任务
(6).读取HDFS上的要处理的文件,开始计算输入分片,每一个分片对应一个MapperTask
(7).TaskTracker通过心跳机制领取任务(任务的描述信息)
(8).下载所需的jar,配置文件等
(9).TaskTracker启动一个java child子进程,用来执行具体的任务(MapperTask或ReducerTask)
(10).将结果写入到HDFS当中

MapReduce原理

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JobTracker 功能是资源分配 由它根据机器性能决定在哪台机器上运行几个Mapper和几个Reducer
同时它还进行任务的监控,如果检测到某执行任务的机器宕机了 JobTracker会将该任务进行转移
InputSplit 输入切片  一个InputSplit对应一个Mapper
Mapper的任务执行完成后  Mapper的输出会作为Reducer的输入进行运算,Reducer任务完成后会将结果输出到HDFS中。

任务逻辑代码(jar) 上传到HDFS 被物理切分成多个Block
通过记录文件偏移量将任务逻辑切分成多个任务切片(split) 
每个TaskSplit对应一个Mapper
Mapper和Reducer和输入输出都是以的形式存在的
Shuffle (****)非常重要 主要完成Mapper输出的排序和分组 进行合并
框架已经完成了分区排序和分组,如果想实现MapReduce模型,只需重写Map方法和Reduce方法实现具体的业务逻辑即可。

MapReduce相关的类简介:

(一) FIleInputFormat:
FileInputFormat是所有以文件为数据源的InputFormat实现的基类,FileInputFormat保存作为job输入的所有文件,并实现了对输入文件计算splits的方法。至于获得记录的方法是有不同的子类——TextInputFormat进行实现的。
(二) InputFormat:
InputFormat负责处理MR的输入部分。
有三个作用:
① 验证作业的输入是否规范。
② 将输入文件切分成InputSplit。
③ 提供RecordReader的实现类,将InputSplit读到Mapper中进行处理。
(三) InputSplit
① 在执行MapReduce之前,原始数据被切割成若干个split,每个split作为一个map任务的输入,在map执行过程中split会被分解成一个个记录(key-value对),map会依次处理每一个记录。
② FileInputFormat只划分比HDFS Block大的文件,所以FileInputFormat划分的结果就是这个文件或者是这个文件中的一部分。
③ 如果一个文件的大小比Block小,将不会被划分,这也就是Hadoop处理大文件的效率要比处理很多小文件的效率高的原因。
④ 当Hadoop处理很多小文件(文件大小小于HDFS Block大小)的时候,由于FileInputFormat不会对小文件进行划分,所以每一个小文件都会被当做一个split并分配一个map任务,导致效率低下。
例如:一个G的文件,会被划分成8个128MB的split,并分配8个map任务处理,而10000个100KB的文件会被10000个map任务处理。
(四) TextInputFormat
TextInputFormat是默认的处理类,处理普通文本文件。
文件每一行作为一个记录,它将每一行在文件中的起始偏移量作为key,每一行的内容作为Value。
默认以\n或者回车键作为一行记录
TextInputFormat继承了FileInputFormat
(五)其它输入类
◆ CombineFileInputFormat
相对于大量的小文件来说,hadoop更合适处理少量的大文件。
CombineFileInputFormat可以缓解这个问题,它是针对小文件而设计的。
◆ KeyValueTextInputFormat
当输入数据的每一行是两列,并用tab分离的形式的时候,KeyValueTextInputformat处理这种格式的文件非常适合。
◆ NLineInputformat NLineInputformat可以控制在每个split中数据的行数。
◆ SequenceFileInputformat  
当输入文件格式是sequencefile的时候,要使用SequenceFileInputformat作为输入。
(六) 自定义输入格式
1)继承FileInputFormat基类。
2)重写里面的getSplits(JobContext context)方法。
3)重写createRecordReader(InputSplit split,TaskAttemptContext context)方法。
(七) Hadoop的输出
◆ TextOutputformat 
默认的输出格式,key和value中间值用tab隔开的。 
◆ SequenceFileOutputformat 
将key和value以sequencefile格式输出。 
◆ SequenceFileAsOutputFormat 
将key和value以原始二进制的格式输出。 
◆ MapFileOutputFormat 
将key和value写入MapFile中。由于MapFile中的key是有序的,所以写入的时候必须保证记录是按key值顺序写入的。 
◆ MultipleOutputFormat 
默认情况下一个reducer会产生一个输出,但是有些时候我们想一个reducer产生多个输出,MultipleOutputFormat和MultipleOutputs可以实现这个功能。

Hadoop序列化

序列化概念

序列化(Serialization) 是指将结构化对象转化为字节流的过程。
反序列化(Deserization) 是指将字节流转化为结构化对象的过程。
Java序列化(java.io.Serializable)

Hadoop序列化特点

Hadoop序列化特点
① 紧凑:高效使用存储空间。
② 快速:读取数据时的额外开销小
③ 可扩展:可透明地读取老格式的数据
④ 互操作:支持多语言的交互
Hadoop的序列化格式:Writable
Java序列化的不足:
① 不精简。附加信息多。不大适合随机访问。
② 存储空间大。递归地输出类的超类描述直到不再有超类。序列化图对象,反序列化时为每个对象新建一个实例。相反。Writable对象可以重用。
③ 扩展性差。而Writable方便用户自定义
总结: 因为JDK自带的序列化接口序列化对象时需要保存其继承关系,会导致网络传输非常慢
Hadoop有两套序列化机制:一是自己的序列化机制,二是Google提供的Protobuf(protocol buffer)
Hadoop 框架中标已经使用自己的序列化机制对一些类型进行了包装
String —>Text   Long—>LongWritable

Hadoop序列化的作用

① 序列化在分布式环境的两大作用:进程间通讯,永久存储。
② Hadoop节点间通讯,如下图所示:
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Writable接口

① Writable接口,是根据 DataInputDataOutput实现的简单的、有效的序列化对象。
MR任意的key和Value必须实现Writable,官方源码如下:
package org.apache.hadoop.io;
import java.io.DataOutput;
import java.io.DataInput;
import java.io.IOException;
import org.apache.hadoop.classification.InterfaceAudience;
import org.apache.hadoop.classification.InterfaceStability;

@InterfaceAudience.Public
@InterfaceStability.Stable
public interface Writable {
   void write(DataOutput out) throws IOException;
   void readFields(DataInput in) throws IOException;
}
MR任意的key必须实现WritableComparable接口
官方源码如下:
package org.apache.hadoop.io;
import org.apache.hadoop.classification.InterfaceAudience;
import org.apache.hadoop.classification.InterfaceStability;
@InterfaceAudience.Public
@InterfaceStability.Stable
public interface WritableComparable extends Writable, Comparable {
}

WordCount测试和编写

测试Hadoop自带的wordCount程序

测试运行MapReduce
测试步骤1:首先启动HDFS 再启动Yarn
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测试步骤2:新建一个words文档,内容如下:
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测试步骤3:将words上传到HDFS

测试步骤4:进入到/cloud/hadoop-2.7.4/share/hadoop/mapreduce 使用示例jar进行测试
[root@hadoop1 mapreduce]# hadoop jar hadoop-mapreduce-examples-2.7.4.jar wordcount /word.txt /wcount  其中/word.txt 是输入内容 /wcount是输出内容

测试步骤5:查看输出内容
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分析Wordcount执行过程

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根据执行过程编写WordCount

① 编写Mapper类WCMapper
package liuxun.test.hadoop.mr;

import java.io.IOException;

import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;

public class WCMapper extends Mapper {

	@Override
	protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
		// 接收数据
		String line = value.toString();
		// 切分数据
		String[] words = line.split(" ");
		// 循环
		for (String w : words) {
			// 出现一次,记一个1
			context.write(new Text(w), new LongWritable(1));
		}
		
	}

}
② 编写Reducer类WCReducer
package liuxun.test.hadoop.mr;

import java.io.IOException;

import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;

public class WCReducer extends Reducer {

	@Override
	protected void reduce(Text k2, Iterable v2s, Context context)
			throws IOException, InterruptedException {
		// 接收数据
		Text k3 = k2;  // 这里仍将接收的key作为输出的key
		// 定义一个计数器
		long counter = 0;
		// 循环迭代v2s
		for (LongWritable i : v2s) {
			counter+= i.get();
		}
		// 输出
		context.write(k3, new LongWritable(counter));
	}
}
③ 编写主程序组装Mapper和Reducer
package liuxun.test.hadoop.mr;

import java.io.IOException;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
/**
 * 
 * @author liuxun
 * 1.分析具体的业务逻辑,确定输入和输出数据的样式
 * 2.自定义一个类继承自org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper类,重写map方法,实现具体业务逻辑,将新的key-Value输出
 * 3.自定义一个类继承自org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer类,重写reduce方法,实现具体业务逻辑,将新的key-Value输出
 * 4.将自定义的mapper和reducer通过job对象组装起来
 */
public class WordCount {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// 构建一个Job对象
		Job job = Job.getInstance(new Configuration());
		
		// 注意:一定要将main方法所在的类设置进去
		job.setJarByClass(WordCount.class);
		
		// 设置Mapper相关属性
		job.setMapperClass(WCMapper.class);
		job.setMapOutputKeyClass(Text.class); //设置Map的输出参数key的类型
		job.setMapOutputValueClass(LongWritable.class); //设置Map输出参数Value的类型
		FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(args[0])); //设置输入的路径
		
		// 设置Reducer相关属性
		job.setReducerClass(WCReducer.class);
		job.setOutputKeyClass(Text.class);
		job.setOutputValueClass(LongWritable.class);
		FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));
		
		// 提交任务
		// 参数 表示在执行任务的过程中是否打印进程信息
		job.waitForCompletion(true);
	}
}
程序打包并指定主方法,然后将jar包上传至Linux主机,使用命令进行测试
hadoop jar /root/Desktop/WC.jar /words /wcResult
查看运行结果
[root@hadoop0 ~]# hadoop fs -cat  /wcResult/part-r-00000
hello   5
jetty   1
kitty   1
tom     2
world   1
注意事项:
① 在编写job进行组装时FileInputFormat需要使用新的接口
org.apache.hadoop.mapred 是过时的老接口
org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input  是最新的接口
② 在打包时需要注意:
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如果导出的是Runnable JAR file  运行时才可以使用java -jar
如果导出的是JAR file  运行时hadoop  jar  
在涉及到Hadoop中Mapper和Reducer自己的逻辑代码进行打包时 选择JAR file
③ 打包时尽量指定Main函数所在的类
如果不指定,那么在运行时需要指定Main方法所在类的全路径,格式如下:
hadoop jar <参数>

Maven开发自定义Bean实现MR

日志内容如下:
HTTP_20130313143750.dat
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1363157991076 	13926435656	20-10-7A-28-CC-0A:CMCC	120.196.100.99			2	4	132	1512	200
1363154400022 	13926251106	5C-0E-8B-8B-B1-50:CMCC	120.197.40.4			4	0	240	0	200
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1363157993055 	13560436666	C4-17-FE-BA-DE-D9:CMCC	120.196.100.99			18	15	1116	954	200
日志描述如下:
Hadoop详解(三)——MapReduce原理和执行过程,远程Debug,Writable序列化接口,MapReduce程序编写_第10张图片
要求计算出每个手机用户的上行总流量,下行总流量和总流量。
需要自定义Bean实现
安装Maven插件  http://blog.csdn.net/u013087513/article/details/71716667
① 在Eclipse下新建maven project,如果出错,在当前项目的pom.xml中添加如下内容,刷新即可(需要有网络)
 
	
      org.apache.maven.plugins
      maven-resources-plugin
      2.4.3
	
② HDFS程序需要引入如下依赖

	
	  junit
	  junit
	  4.8.2
	  test
	

	
		org.apache.hadoop
		hadoop-common
		2.4.1
	

	
		org.apache.hadoop
		hadoop-hdfs
		2.4.1
	
③mr程序需要引入依赖:

	
		junit
		junit
		4.8.2
		test
	

	
		org.apache.hadoop
		hadoop-common
		2.4.1
	

	
		org.apache.hadoop
		hadoop-mapreduce-client-core
		2.4.1
	
开始程序的编写
一、自定义Bean DataBean实现Writable接口
package liuxun.hadoop.mr.dc;

import java.io.DataInput;
import java.io.DataOutput;
import java.io.IOException;

import org.apache.hadoop.io.Writable;

public class DataBean implements Writable {

	private String tel;

	private long upPayLoad;

	private long downPayLoad;

	private long totalPayLoad;

	public DataBean() {
	}

	public DataBean(String tel, long upPayLoad, long downPayLoad) {
		this.tel = tel;
		this.upPayLoad = upPayLoad;
		this.downPayLoad = downPayLoad;
		this.totalPayLoad = upPayLoad + downPayLoad;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return this.upPayLoad + "\t" + this.downPayLoad + "\t" + this.totalPayLoad;
	}

	public void readFields(DataInput in) throws IOException {
		this.tel = in.readUTF();
		this.upPayLoad = in.readLong();
		this.downPayLoad = in.readLong();
		this.totalPayLoad = in.readLong();

	}

	// 注意两点:写入的顺序和写入的类型
	public void write(DataOutput out) throws IOException {
		out.writeUTF(tel);
		out.writeLong(upPayLoad);
		out.writeLong(downPayLoad);
		out.writeLong(totalPayLoad);
	}

	public String getTel() {
		return tel;
	}

	public void setTel(String tel) {
		this.tel = tel;
	}

	public long getUpPayLoad() {
		return upPayLoad;
	}

	public void setUpPayLoad(long upPayLoad) {
		this.upPayLoad = upPayLoad;
	}

	public long getDownPayLoad() {
		return downPayLoad;
	}

	public void setDownPayLoad(long downPayLoad) {
		this.downPayLoad = downPayLoad;
	}

	public long getTotalPayLoad() {
		return totalPayLoad;
	}

	public void setTotalPayLoad(long totalPayLoad) {
		this.totalPayLoad = totalPayLoad;
	}

}
二、编写MapReduce程序 使用job进行组装
DataCount
package liuxun.hadoop.mr.dc;

import java.io.IOException;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;

public class DataCount {

	public static class DCMapper extends Mapper{

		@Override
		protected void map(LongWritable key, Text value, Context context)
				throws IOException, InterruptedException {
			//accept 
			String line = value.toString();
			//split
			String[] fields = line.split("\t");
			String tel = fields[1];
			long up = Long.parseLong(fields[8]);
			long down = Long.parseLong(fields[9]);	
			DataBean bean = new DataBean(tel, up, down);
			//send
			context.write(new Text(tel), bean);
		}
		
	}
	
	public static class DCReducer extends Reducer{

		@Override
		protected void reduce(Text key, Iterable values, Context context)
				throws IOException, InterruptedException {
			long up_sum = 0;
			long down_sum = 0;
			for(DataBean bean : values){
				up_sum += bean.getUpPayLoad();
				down_sum += bean.getDownPayLoad();
			}
			DataBean bean = new DataBean("", up_sum, down_sum);
			context.write(key, bean);
		}
		
		
	}
	
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Configuration conf = new Configuration();
		Job job = Job.getInstance(conf);
		
		job.setJarByClass(DataCount.class);
		
		job.setMapperClass(DCMapper.class);
		job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
		job.setMapOutputValueClass(DataBean.class);
		FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(args[0]));
		
		job.setReducerClass(DCReducer.class);
		job.setOutputKeyClass(Text.class);
		job.setOutputValueClass(DataBean.class);
		FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));
		
		job.waitForCompletion(true);
		
	}
	

}
打包上传测试运行 最后查看运行结果
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Hadoop远程Debug

注意:
如果没有打包在Linux上运行,而是在Eclipse上调试运行是按本地模式启动的 只会启动一个Mapper和一个Reducer  看不到真正的集群效果 
JPDA 简介
Sun Microsystem 的 Java Platform Debugger Architecture (JPDA) 技术是一个多层架构,使您能够在各种环境中轻松调试 Java 应用程序。JPDA 由两个接口(分别是 JVM Tool Interface 和 JDI)、一个协议(Java Debug Wire Protocol)和两个用于合并它们的软件组件(后端和前端)组成。它的设计目的是让调试人员在任何环境中都可以进行调试。
更详细的介绍,可以参考使用 Eclipse 远程调试 Java 应用程序
JDWP 设置
JVM本身就支持远程调试,Eclipse也支持JDWP,只需要在各模块的JVM启动时加载以下参数:
dt_socket表示使用套接字传输。
address=8000
JVM在8000端口上监听请求,这个设定为一个不冲突的端口即可。
server=y 
y表示启动的JVM是被调试者。如果为n,则表示启动的JVM是调试器。
suspend=y
y表示启动的JVM会暂停等待,直到调试器连接上才继续执行。suspend=n,则JVM不会暂停等待。

需要在$HADOOP_HOME/etc/hadoop/hadoop-env.sh文件的最后添加需要debug的进程
#远程调试namenode
export HADOOP_NAMENODE_OPTS="-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=8888,server=y,suspend=y"
#远程调试datanode
export HADOOP_DATANODE_OPTS="-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=9888,server=y,suspend=y"
#远程调试RM
export YARN_RESOURCEMANAGER_OPTS="-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=10888,server=y,suspend=y"
#远程调试NM
export YARN_NODEMANAGER_OPTS="-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=10888,server=y,suspend=y"
测试:
单个启动: daemon 守护进程,后台程序
hadoop-daemon.sh start namenode
hadoop-daemon.sh start datanode
测试案例:测试NameNode和DataNode
编辑$HADOOP_HOME/etc/hadoop/hadoop-env.sh 添加如下配置
#远程调试namenode
export HADOOP_NAMENODE_OPTS="-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=8888,server=y,suspend=y"
#远程调试datanode
export HADOOP_DATANODE_OPTS="-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=9888,server=y,suspend=y"
单个启动:
Hadoop详解(三)——MapReduce原理和执行过程,远程Debug,Writable序列化接口,MapReduce程序编写_第12张图片
然后在Eclipse中Ctrl+shift+t(Mac上是command+shift+t)查找NameNode
然后关联源码:再使用command+o 查找Main方法
选中main方法名 右键Debug as—>Debug Configurations
然后在弹窗内使用Remote Java Application
Hadoop详解(三)——MapReduce原理和执行过程,远程Debug,Writable序列化接口,MapReduce程序编写_第13张图片
在SecureCRT 输入jps 发现 NameNode已经启动了 

注意:Debug时如果不打断点 直接就运行了 是不会停住的
接下来断点调试DataNode
在main方法中打断点 
Hadoop详解(三)——MapReduce原理和执行过程,远程Debug,Writable序列化接口,MapReduce程序编写_第14张图片
以下步骤上同 
Hadoop详解(三)——MapReduce原理和执行过程,远程Debug,Writable序列化接口,MapReduce程序编写_第15张图片
然后apply  , debug 就OK了
Hadoop详解(三)——MapReduce原理和执行过程,远程Debug,Writable序列化接口,MapReduce程序编写_第16张图片
远程调试一般在分布式上用的最多。
例如在Eclipse调试时 普通调试只能调试客户端的代码,当通过RPC协议与云主机上的Server进行通讯时,即使导入全部的源码 也无法走到服务器端的程序,因为当与服务器交互时走的是服务器上的程序。只有通过远程调试才可进入Server端程序进行查看。
远程调试技巧:
客户端与服务端进行交互一般都是通过某种协议进行通讯,例如Hadoop是通过RPC通讯的。共同点是服务端和实现了协议接口,客户端通过协议接口代理服务端的程序,调用协议中的方法,进行通讯。
首先找到通讯的协议接口 查找协议接口的实现类(协议接口的实现是服务器端实现的)
在需要调试的部分查找客户端调用的是协议接口中的哪个方法,选中右键查看其方法的实现
然后打上断点调试即可。


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