MapReduce详解

1.1 MapReduce是什么

　　Hadoop MapReduce是一个软件框架，基于该框架能够容易地编写应用程序，这些应用程序能够运行在由上千个商用机器组成的大集群上，并以一种可靠的，具有容错能力的方式并行地处理上TB级别的海量数据集。这个定义里面有着这些关键词，

一是软件框架，二是并行处理，三是可靠且容错，四是大规模集群，五是海量数据集。

 

1.2 MapReduce做什么

 

　　MapReduce擅长处理大数据，它为什么具有这种能力呢？这可由MapReduce的设计思想发觉。MapReduce的思想就是“分而治之”。

　　（1）Mapper负责“分”，即把复杂的任务分解为若干个“简单的任务”来处理。“简单的任务”包含三层含义：

一是数据或计算的规模相对原任务要大大缩小；二是就近计算原则，即任务会分配到存放着所需数据的节点上进行计算；三是这些小任务可以并行计算，彼此间几乎没有依赖关系。

　　（2）Reducer负责对map阶段的结果进行汇总。至于需要多少个Reducer，用户可以根据具体问题，通过在mapred-site.xml配置文件里设置参数mapred.reduce.tasks的值，缺省值为1。

一个比较形象的语言解释MapReduce：　　

我们要数图书馆中的所有书。你数1号书架，我数2号书架。这就是“Map”。我们人越多，数书就更快。

现在我们到一起，把所有人的统计数加在一起。这就是“Reduce”。

 

 

1.3 MapReduce工作机制

 

MapReduce的整个工作过程如上图所示，它包含如下4个独立的实体：

　　实体一：客户端，用来提交MapReduce作业。

　　实体二：JobTracker，用来协调作业的运行。

　　实体三：TaskTracker，用来处理作业划分后的任务。

　　实体四：HDFS，用来在其它实体间共享作业文件。

 

 

 

二、Hadoop中的MapReduce框架

 

            一个MapReduce作业通常会把输入的数据集切分为若干独立的数据块，由Map任务以完全并行的方式去处理它们。

           框架会对Map的输出先进行排序，然后把结果输入给Reduce任务。通常作业的输入和输出都会被存储在文件系统中，整个框架负责任务的调度和监控，以及重新执行已经关闭的任务。

 

           通常，MapReduce框架和分布式文件系统是运行在一组相同的节点上，也就是说，计算节点和存储节点通常都是在一起的。这种配置允许框架在那些已经存好数据的节点上高效地调度任务，这可以使得整个集群的网络带宽被非常高效地利用。

 

 

2.1 MapReduce框架的组成

 

　　（1）JobTracker

　　JobTracker负责调度构成一个作业的所有任务，这些任务分布在不同的TaskTracker上（由上图的JobTracker可以看到2 assign map 和 3 assign reduce）。你可以将其理解为公司的项目经理，项目经理接受项目需求，并划分具体的任务给下面的开发工程师。

　　（2）TaskTracker

　　TaskTracker负责执行由JobTracker指派的任务，这里我们就可以将其理解为开发工程师，完成项目经理安排的开发任务即可。

2.2 MapReduce的输入输出

　　MapReduce框架运转在键值对上，也就是说，框架把作业的输入看成是一组键值对，同样也产生一组键值对作为作业的输出，这两组键值对有可能是不同的。

　　一个MapReduce作业的输入和输出类型如下图所示：可以看出在整个流程中，会有三组键值对类型的存在。

2.3 MapReduce的处理流程

　　这里以WordCount单词计数为例，介绍map和reduce两个阶段需要进行哪些处理。单词计数主要完成的功能是：统计一系列文本文件中每个单词出现的次数，如图所示：

　　（1）map任务处理

　　（2）reduce任务处理

 

三、第一个MapReduce程序：WordCount

 

　　WordCount单词计数是最简单也是最能体现MapReduce思想的程序之一，该程序完整的代码可以在Hadoop安装包的src/examples目录下找到。

　　WordCount单词计数主要完成的功能是：统计一系列文本文件中每个单词出现的次数；

3.1 初始化一个words.txt文件并上传HDFS

　　首先在Linux中通过Vim编辑一个简单的words.txt，其内容很简单如下所示：

Hello Edison Chou
Hello Hadoop RPC
Hello Wncud Chou
Hello Hadoop MapReduce
Hello Dick Gu

　　通过Shell命令将其上传到一个指定目录中，这里指定为：/testdir/input

3.2 自定义Map函数

　　在Hadoop 中， map 函数位于内置类org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper中，reduce 函数位于内置类org.apache.hadoop. mapreduce.Reducer中。

　　我们要做的就是覆盖map 函数和reduce 函数，首先我们来覆盖map函数：继承Mapper类并重写map方法

    /**
     * @author Edison Chou
     * @version 1.0
     * @param KEYIN
     *            →k1 表示每一行的起始位置（偏移量offset）
     * @param VALUEIN
     *            →v1 表示每一行的文本内容
     * @param KEYOUT
     *            →k2 表示每一行中的每个单词
     * @param VALUEOUT
     *            →v2 表示每一行中的每个单词的出现次数，固定值为1
     */
    public static class MyMapper extends
            Mapper {
        protected void map(LongWritable key, Text value,
                Mapper.Context context)
                throws java.io.IOException, InterruptedException {
            String[] spilted = value.toString().split(" ");
            for (String word : spilted) {
                context.write(new Text(word), new LongWritable(1L));
            }
        };
    }

　　Mapper 类，有四个泛型，分别是KEYIN、VALUEIN、KEYOUT、VALUEOUT，前面两个KEYIN、VALUEIN 指的是map 函数输入的参数key、value 的类型；后面两个KEYOUT、VALUEOUT 指的是map 函数输出的key、value 的类型；

从代码中可以看出，在Mapper类和Reducer类中都使用了Hadoop自带的基本数据类型，例如String对应Text，long对应LongWritable，int对应IntWritable。这是因为HDFS涉及到序列化的问题，Hadoop的基本数据类型都实现了一个Writable接口，而实现了这个接口的类型都支持序列化。

　　这里的map函数中通过空格符号来分割文本内容，并对其进行记录；

3.3 自定义Reduce函数

　　现在我们来覆盖reduce函数：继承Reducer类并重写reduce方法

    /**
     * @author Edison Chou
     * @version 1.0
     * @param KEYIN
     *            →k2 表示每一行中的每个单词
     * @param VALUEIN
     *            →v2 表示每一行中的每个单词的出现次数，固定值为1
     * @param KEYOUT
     *            →k3 表示每一行中的每个单词
     * @param VALUEOUT
     *            →v3 表示每一行中的每个单词的出现次数之和
     */
    public static class MyReducer extends
            Reducer {
        protected void reduce(Text key,
                java.lang.Iterable values,
                Reducer.Context context)
                throws java.io.IOException, InterruptedException {
            long count = 0L;
            for (LongWritable value : values) {
                count += value.get();
            }
            context.write(key, new LongWritable(count));
        };
    }

　　Reducer 类，也有四个泛型，同理，分别指的是reduce 函数输入的key、value类型（这里输入的key、value类型通常和map的输出key、value类型保持一致）和输出的key、value 类型。

　　这里的reduce函数主要是将传入的进行最后的合并统计，形成最后的统计结果。

3.4 设置Main函数

　　（1）设定输入目录，当然也可以作为参数传入

public static final String INPUT_PATH = "hdfs://hadoop-master:9000/testdir/input/words.txt";

　　（2）设定输出目录（输出目录需要是空目录），当然也可以作为参数传入

public static final String OUTPUT_PATH = "hdfs://hadoop-master:9000/testdir/output/wordcount";

　　（3）Main函数的主要代码

     public static void main(String[] args) throws Exception {
        Configuration conf = new Configuration();

        // 0.0:首先删除输出路径的已有生成文件
        FileSystem fs = FileSystem.get(new URI(INPUT_PATH), conf);
        Path outPath = new Path(OUTPUT_PATH);
        if (fs.exists(outPath)) {
            fs.delete(outPath, true);
        }

        Job job = new Job(conf, "WordCount");
        job.setJarByClass(MyWordCountJob.class);

        // 1.0:指定输入目录
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(INPUT_PATH));
        // 1.1:指定对输入数据进行格式化处理的类（可以省略）
        job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);
        // 1.2:指定自定义的Mapper类
        job.setMapperClass(MyMapper.class);
        // 1.3:指定map输出的类型（如果的类型与的类型一致则可以省略）
        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(LongWritable.class);
        // 1.4:分区（可以省略）
        job.setPartitionerClass(HashPartitioner.class);
        // 1.5:设置要运行的Reducer的数量（可以省略）
        job.setNumReduceTasks(1);
        // 1.6:指定自定义的Reducer类
        job.setReducerClass(MyReducer.class);
        // 1.7:指定reduce输出的类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(LongWritable.class);
        // 1.8:指定输出目录
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(OUTPUT_PATH));
        // 1.9:指定对输出数据进行格式化处理的类（可以省略）
        job.setOutputFormatClass(TextOutputFormat.class);
        // 2.0:提交作业
        boolean success = job.waitForCompletion(true);
        if (success) {
            System.out.println("Success");
            System.exit(0);
        } else {
            System.out.println("Failed");
            System.exit(1);
        }
    }

　　在Main函数中，主要做了三件事：一是指定输入、输出目录；二是指定自定义的Mapper类和Reducer类；三是提交作业；匆匆看下来，代码有点多，但有些其实是可以省略的。

　　（4）完整代码如下所示

View Code

3.5 运行吧小DEMO

　　（1）调试查看控制台状态信息

　　（2）通过Shell命令查看统计结果

四、使用ToolRunner类改写WordCount

　　Hadoop有个ToolRunner类，它是个好东西，简单好用。无论在《Hadoop权威指南》还是Hadoop项目源码自带的example，都推荐使用ToolRunner。

4.1 最初的写法

　　下面我们看下src/example目录下WordCount.java文件，它的代码结构是这样的：

public class WordCount {
    // 略...
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Configuration conf = new Configuration();
        String[] otherArgs = new GenericOptionsParser(conf, 
                                            args).getRemainingArgs();
        // 略...
        Job job = new Job(conf, "word count");
        // 略...
        System.exit(job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1);
    }
}

　　WordCount.java中使用到了GenericOptionsParser这个类，它的作用是将命令行中参数自动设置到变量conf中。举个例子，比如我希望通过命令行设置reduce task数量，就这么写：

bin/hadoop jar MyJob.jar com.xxx.MyJobDriver -Dmapred.reduce.tasks=5

　　上面这样就可以了，不需要将其硬编码到java代码中，很轻松就可以将参数与代码分离开。

4.2 加入ToolRunner的写法

　　至此，我们还没有说到ToolRunner，上面的代码我们使用了GenericOptionsParser帮我们解析命令行参数，编写ToolRunner的程序员更懒，它将 GenericOptionsParser调用隐藏到自身run方法，被自动执行了，修改后的代码变成了这样：

public class WordCount extends Configured implements Tool {
    @Override
    public int run(String[] arg0) throws Exception {
        Job job = new Job(getConf(), "word count");
        // 略...
        System.exit(job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1);
        return 0;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int res = ToolRunner.run(new Configuration(), new WordCount(), args);
        System.exit(res);
    }
}

　　看看这段代码上有什么不同：

　　（1）让WordCount继承Configured并实现Tool接口。

　　（2）重写Tool接口的run方法，run方法不是static类型，这很好。

　　（3）在WordCount中我们将通过getConf()获取Configuration对象。

　　可以看出，通过简单的几步，就可以实现代码与配置隔离、上传文件到DistributeCache等功能。修改MapReduce参数不需要修改java代码、打包、部署，提高工作效率。

4.3 重写WordCount程序

public class MyJob extends Configured implements Tool {
    public static class MyMapper extends
            Mapper {
        protected void map(LongWritable key, Text value,
                Mapper.Context context)
                throws java.io.IOException, InterruptedException {
                       ......
            }
        };
    }

    public static class MyReducer extends
            Reducer {
        protected void reduce(Text key,
                java.lang.Iterable values,
                Reducer.Context context)
                throws java.io.IOException, InterruptedException {
                       ......
        };
    }

    // 输入文件路径
    public static final String INPUT_PATH = "hdfs://hadoop-master:9000/testdir/input/words.txt";
    // 输出文件路径
    public static final String OUTPUT_PATH = "hdfs://hadoop-master:9000/testdir/output/wordcount";

    @Override
    public int run(String[] args) throws Exception {
        // 首先删除输出路径的已有生成文件
        FileSystem fs = FileSystem.get(new URI(INPUT_PATH), getConf());
        Path outPath = new Path(OUTPUT_PATH);
        if (fs.exists(outPath)) {
            fs.delete(outPath, true);
        }

        Job job = new Job(getConf(), "WordCount");
        // 设置输入目录
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(INPUT_PATH));
        // 设置自定义Mapper
        job.setMapperClass(MyMapper.class);
        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(LongWritable.class);
        // 设置自定义Reducer
        job.setReducerClass(MyReducer.class);
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(LongWritable.class);
        // 设置输出目录
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(OUTPUT_PATH));

        System.exit(job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1);
        return 0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Configuration conf = new Configuration();
        try {
            int res = ToolRunner.run(conf, new MyJob(), args);
            System.exit(res);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}