探索MapReduce

一，案例分析

（一）TopN分析法介绍

TopN分析法是指从研究对象中按照某一个指标进行倒序或正序排列，取其中所需的N个数据，并对这N个数据进行重点分析的方法。

（二）案例需求

现假设有数据文件num.txt，现要求使用MapReduce技术提取上述文本中最大的5个数据，并最终将结果汇总到一个文件中。

先设置MapReduce分区为1，即ReduceTask个数一定只有一个。我们需要提取TopN，即全局的前N条数据，不管中间有几个Map、Reduce，最终只能有一个用来汇总数据。

在Map阶段，使用TreeMap数据结构保存TopN的数据，TreeMap默认会根据其键的自然顺序进行排序，也可根据创建映射时提供的 Comparator进行排序，其firstKey()方法用于返回当前集合最小值的键。

在Reduce阶段，将Map阶段输出数据进行汇总，选出其中的TopN数据，即可满足需求。这里需要注意的是，TreeMap默认采取正序排列，需求是提取5个最大的数据，因此要重写Comparator类的排序方法进行倒序排序。

二，案例实施

（一）准备数据文件

（1）启动hadoop服务

输入命令：start-all.sh

（2）在虚拟机上创建文本文件

1.expor目录下创建topn目录，输入命令：mkdir /export/topn

2.在topn目录下创建num.txt文件，输入命令：touch /export/topn/num.txt

3.向num.txt文件添加如下内容：

10 3 8 7 6 5 1 2 9 4
11 12 17 14 15 20 
19 18 13 16

输入命令：vim /export/topn/num.txt

（3）上传文件到HDFS指定目录

1.创建/topn/input目录，输入命令：hdfs dfs -mkdir -p /topn/input

2.将文本文件num.txt，上传到HDFS的/topn/input目录，输入命令：hdfs dfs -put /export/topn/num.txt /topn/input

3.在hadoop webui查看文件是否上传成功

（二）Map阶段实现

使用IntelliJ开发工具创建Maven项目TopN，并且新建net.hw.mr包，在该路径下编写自定义Mapper类TopNMapper，主要用于将文件中的每行数据进行切割提取，并把数据保存到TreeMap中，判断TreeMap是否大于5，如果大于5就需要移除最小的数据。TreeMap保存了当前文件最大5条数据后，再输出到Reduce阶段。

（1）创建Maven项目：TopN

1.配置好如下图，单击【Create】按钮
2.创建成功
3.删除【Main】主类：右击【Main】类，单击【Delete】

（2）添加相关依赖

1.在pom.xml文件里添加hadoop和junit依赖，添加内容如下：

<dependencies>                                        
                                      
    <dependency>                                      
        <groupId>org.apache.hadoopgroupId>          
        <artifactId>hadoop-clientartifactId>        
        <version>3.3.4version>                      
    dependency>                                     
                                         
    <dependency>                                      
        <groupId>junitgroupId>                      
        <artifactId>junitartifactId>                
        <version>4.13.2version>                     
    dependency>                                     
dependencies>                                       

2.刷新本地的maven仓库，如果没有下载，会自动下载依赖到本地：单击【Maven】，单击【刷新】按钮

（3）创建日志属性文件

1.在resources目录里创建log4j.properties文件，右击【resources】，选择【New】，单击【Resource Bundle】

2.在弹出的对话框中输入：log4j，按【OK】按钮，成功创建

3.向log4j.properties文件添加如下内容：

log4j.rootLogger=INFO, stdout, logfile
log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n
log4j.appender.logfile=org.apache.log4j.FileAppender
log4j.appender.logfile.File=target/topnscore.log
log4j.appender.logfile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.logfile.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n

（4）创建前N成绩映射器类：TopNMapper

1.右击【net.army.mr】，选择【New】，单击【Java Class】
2.在弹出的对话框中输入：TopNMapper，按下回车键，成功创建

3.编写代码

package net.army.mr;

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

import java.util.TreeMap;

/**
 * 作者：梁辰兴
 * 日期：2022/12/14
 * 功能：前N映射器类
 */

public class TopNMapper extends Mapper<LongWritable, Text, NullWritable, IntWritable> {

    private TreeMap<Integer, String> repToRecordMap = new TreeMap<Integer, String>();

    // <0,10 3 8 7 6 5 1 2 9 4>
    // 
    @Override
    public void map(LongWritable key, Text value, Context context) {
        String line = value.toString();
        String[] nums = line.split(" ");
        for (String num : nums) {
            repToRecordMap.put(Integer.parseInt(num), " ");
            if (repToRecordMap.size() > 5) {
                repToRecordMap.remove(repToRecordMap.firstKey());
            }
        }
    }

    @Override
    protected void cleanup(Context context) {
        for (Integer i : repToRecordMap.keySet()) {
            try {
                context.write(NullWritable.get(), new IntWritable(i));
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

（三）Reduce阶段实现

编写MapReduce程序运行主类TopNDriver，主要用于设置MapReduce工作任务的相关参数，对HDFS上/topn/input目录下的源文件求前N数据，并将结果输入到HDFS的/topn/output目录下。

（1）创建前N归并器类：TopNReducer

1.右击【net.army.mr】，选择【New】，单击【Java Class】
2.在弹出的对话框中输入：TopNReducer，按下回车键，成功创建

3.编写代码

package net.army.mr;

import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.NullWritable;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;

import java.io.IOException;
import java.util.Comparator;
import java.util.TreeMap;

/**
 * 作者：梁辰兴
 * 日期：2022/12/14
 * 功能：前N归并器类
 */

public class TopNReducer extends Reducer<NullWritable, IntWritable, NullWritable, IntWritable> {

    private TreeMap<Integer, String> repToRecordMap = new TreeMap<Integer, String>(new Comparator<Integer>() {
        /**
         * 谁大排后面
         *
         * @param a
         * @param b
         * @return 一个整数
         */
        public int compare(Integer a, Integer b) {
            return b - a;
        }
    });

    public void reduce(NullWritable key, Iterable<IntWritable> values, Context context)
            throws IOException, InterruptedException {
        for (IntWritable value : values) {
            repToRecordMap.put(value.get(), " ");
            if (repToRecordMap.size() > 5) {
                repToRecordMap.remove(repToRecordMap.firstKey());
            }
        }

        for (Integer i : repToRecordMap.keySet()) {
            context.write(NullWritable.get(), new IntWritable(i));
        }
    }
}

（四）Driver程序主类实现

（1）创建前N驱动器类：TopNDriver

1.右击【net.army.mr】，选择【New】，单击【Java Class】
2.在弹出的对话框中输入：TopNDriver，按下回车键，成功创建

3.编写代码

package net.army.mr;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FSDataInputStream;
import org.apache.hadoop.fs.FileStatus;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.IOUtils;
import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.NullWritable;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;

import java.net.URI;

/**
 * 作者：梁辰兴
 * 日期：2022/12/14
 * 功能：前N驱动类
 */

public class TopNDriver {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建配置对象
        Configuration conf = new Configuration();
        // 设置数据节点主机名属性
        conf.set("dfs.client.use.datanode.hostname", "true");

        // 获取作业实例
        Job job = Job.getInstance(conf);

        // 设置作业启动类
        job.setJarByClass(TopNDriver.class);

        // 设置Mapper类
        job.setMapperClass(TopNMapper.class);
        // 设置map任务输出键类型
        job.setMapOutputKeyClass(NullWritable.class);
        // 设置map任务输出值类型
        job.setMapOutputValueClass(IntWritable.class);


        // 设置Reducer类
        job.setReducerClass(TopNReducer.class);
        // 设置reduce任务输出键类型
        job.setOutputKeyClass(NullWritable.class);
        // 设置reduce任务输出值类型
        job.setOutputValueClass(IntWritable.class);

        // 定义uri字符串
        String uri = "hdfs://master:9000";
        // 创建输入目录
        Path inputPath = new Path(uri + "/topn/input");
        // 创建输出目录
        Path outputPath = new Path(uri + "/topn/output");

        // 获取文件系统
        FileSystem fs = FileSystem.get(new URI(uri), conf);
        // 删除输出目录
        fs.delete(outputPath, true);

        // 给作业添加输入目录
        FileInputFormat.addInputPath(job, inputPath);
        // 给作业设置输出目录
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, outputPath);

        // 等待作业完成
        job.waitForCompletion(true);

        // 输出统计结果
        System.out.println("======统计结果======");
        FileStatus[] fileStatuses = fs.listStatus(outputPath);
        for (int i = 1; i < fileStatuses.length; i++) {
            // 输出结果文件路径
            System.out.println(fileStatuses[i].getPath());
            // 获取文件输入流
            FSDataInputStream in = fs.open(fileStatuses[i].getPath());
            // 将结果文件显示在控制台
            IOUtils.copyBytes(in, System.out, 4096, false);
        }
    }
}

（五）运行前N驱动器类，查看结果

（1）运行TopNDriver类，查看结果

（2）下载结果文件并查看

1.下载结果文件
进入/export/topn目录，输入命令：cd /export/topn/

下载文件，输入命令：hdfs dfs -get /topn/output/part-r-00000

2.查看结果文件，输入命令：cat part-r-00000