Spark性能优化指南

前言

在大数据计算领域,Spark已经成为了越来越流行、越来越受欢迎的计算平台之一。Spark的功能涵盖了大数据领域的离线批处理、SQL类处理、流式/实时计算、机器学习、图计算等各种不同类型的计算操作,应用范围与前景非常广泛。学习Spark的目的就是,主要就是为了让大数据计算作业的执行速度更快、性能更高。

然而,通过Spark开发出高性能的大数据计算作业,并不是那么简单的。如果没有对Spark作业进行合理的调优,Spark作业的执行速度可能会很慢,这样就完全体现不出Spark作为一种快速大数据计算引擎的优势来。因此,想要用好Spark,就必须对其进行合理的性能优化。

Spark的性能调优实际上是由很多部分组成的,不是调节几个参数就可以立竿见影提升作业性能的。我们需要根据不同的业务场景以及数据情况,对Spark作业进行综合性的分析,然后进行多个方面的调节和优化,才能获得最佳性能。

笔者也是参考了美团的文章,整理了此博客,主要 是为了整理笔记学习之用,希望对你也有用。整套方案主要分为开发调优、资源调优、数据倾斜调优、shuffle调优几个部分。开发调优和资源调优是所有Spark作业都需要注意和遵循的一些基本原则,是高性能Spark作业的基础;数据倾斜调优,主要讲解了一套完整的用来解决Spark作业数据倾斜的解决方案;shuffle调优,面向的是对Spark的原理有较深层次掌握和研究的同学,主要讲解了如何对Spark作业的shuffle运行过程以及细节进行调优。

本文分为四部分:

1. 开发调优
2. 资源调优
3. 数据倾斜调优
4. shuffle调优

一、开发调优

Spark性能优化的第一步,就是要在开发Spark作业的过程中注意和应用一些性能优化的基本原则。开发调优,就是要让大家了解以下一些Spark基本开发原则,包括:RDD lineage设计、算子的合理使用、特殊操作的优化等。在开发过程中,时时刻刻都应该注意以上原则,并将这些原则根据具体的业务以及实际的应用场景,灵活地运用到自己的Spark作业中。

1. 避免创建重复的RDD
    在我们开发一个spark作业时,首先会基于某个数据源(hive或者hdfs文件)来创建一个RDD,
  然后对这个RDD执行某个算子操作,而得到下一个RDD。以此循环,直到计算出我们需要的结果,在
  这个过程中,多个RDD会通过不同的算子操作窜起来,这个“RDD串”就是RDD  lineage,就是“RDD
  的血缘关系链”。
	但是在我们开发过程中,对于同一份数据,只能创建一个RDD,不能创建多个RDD代表同一份数
  据,从而增加作业的性能开销。
2. 尽可能复用同一个RDD
	目的是尽可能的减少RDD的数量,从而尽可能减少算子执行的次数
3. 对多次使用的RDD进行持久化
	当你在Spark代码中多次对一个RDD算子操作时,每调用一次此RDD都会从源头计算一遍,这样
  性能很差。所以可以对其进行持久化操作。此时Spark就会根据你的持久化策略,将RDD中的数据保
  存到内存或者磁盘中,后面再用这个RDD就不用从源头再计算一遍了。
4. 尽量避免使用shuffle类算子
	如果有可能的话,要尽量避免使用shuffle类算子。因为Spark作业运行过程中,最消耗性能的地方
  就是shuffle过程。shuffle过程,简单来说,就是将分布在集群中多个节点上的同一个key,拉取到同
  一个节点上,进行聚合或join等操作。比如reduceByKey、join等算子,都会触发shuffle操作。
	shuffle过程中,各个节点上的相同key都会先写入本地磁盘文件中,然后其他节点需要通过网络传
  输拉取各个节点上的磁盘文件中的相同key。而且相同key都拉取到同一个节点进行聚合操作时,还有可
  能会因为一个节点上处理的key过多,导致内存不够存放,进而溢写到磁盘文件中。因此在shuffle过程
  中,可能会发生大量的磁盘文件读写的IO操作,以及数据的网络传输操作。磁盘IO和网络数据传输也是
  shuffle性能较差的主要原因。
	因此在我们的开发过程中,能避免则尽可能避免使用reduceByKey、join、distinct、repartition
  等会进行shuffle的算子,尽量使用map类的非shuffle算子。这样的话,没有shuffle操作或者仅
  有较少shuffle操作的Spark作业,可以大大减少性能开销。
5. 使用map-side预聚合的shuffle操作
	如果因为业务需要,一定要使用shuffle操作,无法用map类的算子来替代,那么尽量使用可以map-side
  预聚合的算子。
    所谓的map-side预聚合,说的是在每个节点本地对相同的key进行一次聚合操作,类似于MapReduce
  中的本地combiner。map-side预聚合之后,每个节点本地就只会有一条相同的key,因为多条相同的
  key都被聚合起来了。其他节点在拉取所有节点上的相同key时,就会大大减少需要拉取的数据数量,
  从而也就减少了磁盘IO以及网络传输开销。通常来说,在可能的情况下,建议使用reduceByKey或者
  aggregateByKey算子来替代掉groupByKey算子。因为reduceByKey和aggregateByKey算子都会使用
  用户自定义的函数对每个节点本地的相同key进行预聚合。而groupByKey算子是不会进行预聚合的,全
  量的数据会在集群的各个节点之间分发和传输,性能相对来说比较差。
6. 使用高性能算子
  除了shuffle相关的算子有优化原则之外,其他的算子也都有着相应的优化原则。
  a)使用reduceByKey/aggregateByKey替代groupByKey
  b)使用mapPartitions替代普通map
  c)使用foreachPartitions替代foreach
  d)使用filter之后进行coalesce操作
  e)使用repartitionAndSortWithinPartitions替代repartition与sort类操作
  (以上可以自行查博客,找疑点)
7. 广播大变量
    有时在开发过程中,会遇到需要在算子函数中使用外部变量的场景(尤其是大变量,比如100M以上的大
  集合),那么此时就应该使用Spark的广播(Broadcast)功能来提升性能。
    在算子函数中使用到外部变量时,默认情况下,Spark会将该变量复制多个副本,通过网络传输到task
  中,此时每个task都有一个变量副本。如果变量本身比较大的话(比如100M,甚至1G),那么大量的变
  量副本在网络中传输的性能开销,以及在各个节点的Executor中占用过多内存导致的频繁GC,都会极大
  地影响性能。
    因此对于上述情况,如果使用的外部变量比较大,建议使用Spark的广播功能,对该变量进行广播。广播
  后的变量,会保证每个Executor的内存中,只驻留一份变量副本,而Executor中的task执行时共享该
  Executor中的那份变量副本。这样的话,可以大大减少变量副本的数量,从而减少网络传输的性能开销,
  并减少对Executor内存的占用开销,降低GC的频率。
    示例:
    val list1 = ...
    val list1Broadcast = sc.broadcast(list1)
    rdd1.map(list1Broadcast...)
8. 使用Kryo优化序列化性能
    在Spark中,主要有三个地方涉及到了序列化:
      1. 在算子函数中使用到外部变量时,该变量会被序列化后进行网络传输(见“原则七:广播大变量”中的讲解)。
      2. 将自定义的类型作为RDD的泛型类型时(比如JavaRDD,Student是自定义类型),所有自定义类型对象,都会进行序列化。因此这种情况下,也要求自定义的类必须实现Serializable接口。
      3. 使用可序列化的持久化策略时(比如MEMORY_ONLY_SER),Spark会将RDD中的每个partition都序列化成一个大的字节数组。
      
      对于这三种出现序列化的地方,我们都可以通过使用Kryo序列化类库,来优化序列化和反序列化的性能。
    Spark默认使用的是Java的序列化机制,也就是ObjectOutputStream/ObjectInputStream API来进行
    序列化和反序列化。但是Spark同时支持使用Kryo序列化库,Kryo序列化类库的性能比Java序列化类库
    的性能要高很多。官方介绍,Kryo序列化机制比Java序列化机制,性能高10倍左右。Spark之所以默认没
    有使用Kryo作为序列化类库,是因为Kryo要求最好要注册所有需要进行序列化的自定义类型,因此对于开
    发者来说,这种方式比较麻烦。
      示例:
      // 创建SparkConf对象。
      val conf = new SparkConf().setMaster(...).setAppName(...)
      // 设置序列化器为KryoSerializer。
      conf.set("spark.serializer", "org.apache.spark.serializer.KryoSerializer")
      // 注册要序列化的自定义类型。
      conf.registerKryoClasses(Array(classOf[MyClass1], classOf[MyClass2]))
9. 优化数据结构
  实用性不强, 
    

二、资源调优

在开发完Spark作业之后,就该为作业配置合适的资源了。Spark的资源参数,基本都可以在spark-submit命令中作为参数设置。资源参数设置的不合理,可能会导致没有充分利用集群资源,作业运行会极其缓慢;或者设置的资源过大,队列没有足够的资源来提供,进而导致各种异常。

资源参数

  1. num-executors
    a)参数说明:该参数用于设置Spark作业总共要用多少个Executor进程来执行。Driver在向YARN集群管理器申请资源时,YARN集群管理器会尽可能按照你的设置来在集群的各个工作节点上,启动相应数量的Executor进程。这个参数非常之重要,如果不设置的话,默认只会给你启动少量的Executor进程,此时你的Spark作业的运行速度是非常慢的。
    b)参数调优建议:每个Spark作业的运行一般设置50~100个左右的Executor进程比较合适,设置太少或太多的Executor进程都不好。设置的太少,无法充分利用集群资源;设置的太多的话,大部分队列可能无法给予充分的资源。
  2. executor-memory
    a)参数说明:该参数用于设置每个Executor进程的内存。Executor内存的大小,很多时候直接决定了Spark作业的性能,而且跟常见的JVM OOM异常,也有直接的关联。
    b)参数调优建议:每个Executor进程的内存设置4G—8G较为合适。但是这只是一个参考值,具体的设置还是得根据不同部门的资源队列来定。可以看看自己团队的资源队列的最大内存限制是多少,num-executors乘以executor-memory,是不能超过队列的最大内存量的。此外,如果你是跟团队里其他人共享这个资源队列,那么申请的内存量最好不要超过资源队列最大总内存的1/3~1/2,避免你自己的Spark作业占用了队列所有的资源,导致别的同学的作业无法运行。
  3. executor-cores
    a)参数说明:该参数用于设置每个Executor进程的CPU core数量。这个参数决定了每个Executor进程并行执行task线程的能力。因为每个CPU core同一时间只能执行一个task线程,因此每个Executor进程的CPU core数量越多,越能够快速地执行完分配给自己的所有task线程。
    b)参数调优建议:Executor的CPU core数量设置为2—4个较为合适。同样得根据不同部门的资源队列来定,可以看看自己的资源队列的最大CPU core限制是多少,再依据设置的Executor数量,来决定每个Executor进程可以分配到几个CPU core。同样建议,如果是跟他人共享这个队列,那么num-executors * executor-cores不要超过队列总CPU core的1/3~1/2左右比较合适,也是避免影响其他同学的作业运行。
  4. driver-memory
    a)参数说明:该参数用于设置Driver进程的内存。
    b)参数调优建议:Driver的内存通常来说不设置,或者设置1G左右应该就够了。唯一需要注意的一点是,如果需要使用collect算子将RDD的数据全部拉取到Driver上进行处理,那么必须确保Driver的内存足够大,否则会出现OOM内存溢出的问题。
  5. spark.default.parallelism
    a)参数说明:该参数用于设置每个stage的默认task数量。这个参数极为重要,如果不设置可能会直接影响你的Spark作业性能。
    b)参数调优建议:Spark作业的默认task数量为500~1000个较为合适。很多同学常犯的一个错误就是不去设置这个参数,那么此时就会导致Spark自己根据底层HDFS的block数量来设置task的数量,默认是一个HDFS block对应一个task。通常来说,Spark默认设置的数量是偏少的(比如就几十个task),如果task数量偏少的话,就会导致你前面设置好的Executor的参数都前功尽弃。试想一下,无论你的Executor进程有多少个,内存和CPU有多大,但是task只有1个或者10个,那么90%的Executor进程可能根本就没有task执行,也就是白白浪费了资源!因此Spark官网建议的设置原则是,设置该参数为num-executors * executor-cores的2~3倍较为合适,比如Executor的总CPU core数量为300个,那么设置1000个task是可以的,此时可以充分地利用Spark集群的资源。
  6. spark.storage.memoryFraction
    a)参数说明:该参数用于设置RDD持久化数据在Executor内存中能占的比例,默认是0.6。也就是说,默认Executor 60%的内存,可以用来保存持久化的RDD数据。根据你选择的不同的持久化策略,如果内存不够时,可能数据就不会持久化,或者数据会写入磁盘。
    b)参数调优建议:如果Spark作业中,有较多的RDD持久化操作,该参数的值可以适当提高一些,保证持久化的数据能够容纳在内存中。避免内存不够缓存所有的数据,导致数据只能写入磁盘中,降低了性能。但是如果Spark作业中的shuffle类操作比较多,而持久化操作比较少,那么这个参数的值适当降低一些比较合适。此外,如果发现作业由于频繁的gc导致运行缓慢(通过spark web ui可以观察到作业的gc耗时),意味着task执行用户代码的内存不够用,那么同样建议调低这个参数的值。
  7. spark.shuffle.memoryFraction
    a)参数说明:该参数用于设置shuffle过程中一个task拉取到上个stage的task的输出后,进行聚合操作时能够使用的Executor内存的比例,默认是0.2。也就是说,Executor默认只有20%的内存用来进行该操作。shuffle操作在进行聚合时,如果发现使用的内存超出了这个20%的限制,那么多余的数据就会溢写到磁盘文件中去,此时就会极大地降低性能。
    b)参数调优建议:如果Spark作业中的RDD持久化操作较少,shuffle操作较多时,建议降低持久化操作的内存占比,提高shuffle操作的内存占比比例,避免shuffle过程中数据过多时内存不够用,必须溢写到磁盘上,降低了性能。此外,如果发现作业由于频繁的gc导致运行缓慢,意味着task执行用户代码的内存不够用,那么同样建议调低这个参数的值。
示例:
  ./bin/spark-submit \
  --master yarn-cluster \
  --num-executors 100 \
  --executor-memory 6G \
  --executor-cores 4 \
  --driver-memory 1G \
  --conf spark.default.parallelism=1000 \
  --conf spark.storage.memoryFraction=0.5 \
  --conf spark.shuffle.memoryFraction=0.3 \

(注意:资源参数的调优,没有一个固定的值,需要同学们根据自己的实际情况,同时参考本篇文章中给出的原理以及调优建议,合理地设置上述参数。)

三、数据倾斜调优

有的时候,我们可能会遇到大数据计算中一个最棘手的问题——数据倾斜,此时Spark作业的性能会比期望差很多。数据倾斜调优,就是使用各种技术方案解决不同类型的数据倾斜问题,以保证Spark作业的性能。

数据倾斜发生时的现象:
a)绝大多数task执行得都非常快,但个别task执行极慢。比如,总共有1000个task,997个task都在1分钟之内执行完了,但是剩余两三个task却要一两个小时。这种情况很常见。
b)原本能够正常执行的Spark作业,某天突然报出OOM(内存溢出)异常,观察异常栈,是我们写的业务代码造成的。这种情况比较少见。

数据倾斜的解决方案:

  1. 使用Hive ETL预处理数据
a)方案适用场景:导致数据倾斜的是Hive表。如果该Hive表中的数据本身很不均匀(比如某个key对应了100万数据,其他key才对应了10条数据),而且业务场景需要频繁使用Spark对Hive表执行某个分析操作,那么比较适合使用这种技术方案。

b)方案实现思路:此时可以评估一下,是否可以通过Hive来进行数据预处理(即通过Hive ETL预先对数据按照key进行聚合,或者是预先和其他表进行join),然后在Spark作业中针对的数据源就不是原来的Hive表了,而是预处理后的Hive表。此时由于数据已经预先进行过聚合或join操作了,那么在Spark作业中也就不需要使用原先的shuffle类算子执行这类操作了。

c)方案实现原理:这种方案从根源上解决了数据倾斜,因为彻底避免了在Spark中执行shuffle类算子,那么肯定就不会有数据倾斜的问题了。但是这里也要提醒一下大家,这种方式属于治标不治本。因为毕竟数据本身就存在分布不均匀的问题,所以Hive ETL中进行group by或者join等shuffle操作时,还是会出现数据倾斜,导致Hive ETL的速度很慢。我们只是把数据倾斜的发生提前到了Hive ETL中,避免Spark程序发生数据倾斜而已。

d)方案优点:实现起来简单便捷,效果还非常好,完全规避掉了数据倾斜,Spark作业的性能会大幅度提升。

e)方案缺点:治标不治本,Hive ETL中还是会发生数据倾斜。
  1. 过滤少数导致倾斜的key
a)方案适用场景:如果发现导致倾斜的key就少数几个,而且对计算本身的影响并不大的话,那么很适合使用这种方案。比如99%的key就对应10条数据,但是只有一个key对应了100万数据,从而导致了数据倾斜。

b)方案实现思路:如果我们判断那少数几个数据量特别多的key,对作业的执行和计算结果不是特别重要的话,那么干脆就直接过滤掉那少数几个key。比如,在Spark SQL中可以使用where子句过滤掉这些key或者在Spark Core中对RDD执行filter算子过滤掉这些key。如果需要每次作业执行时,动态判定哪些key的数据量最多然后再进行过滤,那么可以使用sample算子对RDD进行采样,然后计算出每个key的数量,取数据量最多的key过滤掉即可。

c)方案实现原理:将导致数据倾斜的key给过滤掉之后,这些key就不会参与计算了,自然不可能产生数据倾斜。

d)方案优点:实现简单,而且效果也很好,可以完全规避掉数据倾斜。

e)方案缺点:适用场景不多,大多数情况下,导致倾斜的key还是很多的,并不是只有少数几个。
  1. 提高shuffle操作的并行度
a)方案适用场景:如果我们必须要对数据倾斜迎难而上,那么建议优先使用这种方案,因为这是处理数据倾斜最简单的一种方案。

b)方案实现思路:在对RDD执行shuffle算子时,给shuffle算子传入一个参数,比如reduceByKey(1000),该参数就设置了这个shuffle算子执行时shuffle read task的数量。对于Spark SQL中的shuffle类语句,比如group by、join等,需要设置一个参数,即spark.sql.shuffle.partitions,该参数代表了shuffle read task的并行度,该值默认是200,对于很多场景来说都有点过小。

c)方案实现原理:增加shuffle read task的数量,可以让原本分配给一个task的多个key分配给多个task,从而让每个task处理比原来更少的数据。举例来说,如果原本有5个key,每个key对应10条数据,这5个key都是分配给一个task的,那么这个task就要处理50条数据。而增加了shuffle read task以后,每个task就分配到一个key,即每个task就处理10条数据,那么自然每个task的执行时间都会变短了。具体原理如下图所示。

d)方案优点:实现起来比较简单,可以有效缓解和减轻数据倾斜的影响。

e)方案缺点:只是缓解了数据倾斜而已,没有彻底根除问题,根据实践经验来看,其效果有限。
  1. 两阶段聚合(局部聚合+全局聚合
a)方案适用场景:对RDD执行reduceByKey等聚合类shuffle算子或者在Spark SQL中使用group by语句进行分组聚合时,比较适用这种方案。

b)方案实现思路:这个方案的核心实现思路就是进行两阶段聚合。第一次是局部聚合,先给每个key都打上一个随机数,比如10以内的随机数,此时原先一样的key就变成不一样的了,比如(hello, 1) (hello, 1) (hello, 1) (hello, 1),就会变成(1_hello, 1) (1_hello, 1) (2_hello, 1) (2_hello, 1)。接着对打上随机数后的数据,执行reduceByKey等聚合操作,进行局部聚合,那么局部聚合结果,就会变成了(1_hello, 2) (2_hello, 2)。然后将各个key的前缀给去掉,就会变成(hello,2)(hello,2),再次进行全局聚合操作,就可以得到最终结果了,比如(hello, 4)。

c)方案实现原理:将原本相同的key通过附加随机前缀的方式,变成多个不同的key,就可以让原本被一个task处理的数据分散到多个task上去做局部聚合,进而解决单个task处理数据量过多的问题。接着去除掉随机前缀,再次进行全局聚合,就可以得到最终的结果。具体原理见下图。

d)方案优点:对于聚合类的shuffle操作导致的数据倾斜,效果是非常不错的。通常都可以解决掉数据倾斜,或者至少是大幅度缓解数据倾斜,将Spark作业的性能提升数倍以上。

e)方案缺点:仅仅适用于聚合类的shuffle操作,适用范围相对较窄。如果是join类的shuffle操作,还得用其他的解决方案。
  1. 将reduce join转为map join
a)方案适用场景:在对RDD使用join类操作,或者是在Spark SQL中使用join语句时,而且join操作中的一个RDD或表的数据量比较小(比如几百M或者一两G),比较适用此方案。

b)方案实现思路:不使用join算子进行连接操作,而使用Broadcast变量与map类算子实现join操作,进而完全规避掉shuffle类的操作,彻底避免数据倾斜的发生和出现。将较小RDD中的数据直接通过collect算子拉取到Driver端的内存中来,然后对其创建一个Broadcast变量;接着对另外一个RDD执行map类算子,在算子函数内,从Broadcast变量中获取较小RDD的全量数据,与当前RDD的每一条数据按照连接key进行比对,如果连接key相同的话,那么就将两个RDD的数据用你需要的方式连接起来。

c)方案实现原理:普通的join是会走shuffle过程的,而一旦shuffle,就相当于会将相同key的数据拉取到一个shuffle read task中再进行join,此时就是reduce join。但是如果一个RDD是比较小的,则可以采用广播小RDD全量数据+map算子来实现与join同样的效果,也就是map join,此时就不会发生shuffle操作,也就不会发生数据倾斜。具体原理如下图所示。

d)方案优点:对join操作导致的数据倾斜,效果非常好,因为根本就不会发生shuffle,也就根本不会发生数据倾斜。

e)方案缺点:适用场景较少,因为这个方案只适用于一个大表和一个小表的情况。毕竟我们需要将小表进行广播,此时会比较消耗内存资源,driver和每个Executor内存中都会驻留一份小RDD的全量数据。如果我们广播出去的RDD数据比较大,比如10G以上,那么就可能发生内存溢出了。因此并不适合两个都是大表的情况。
  1. 采样倾斜key并分拆join操作
a)方案适用场景:两个RDD/Hive表进行join的时候,如果数据量都比较大,无法采用“解决方案五”,那么此时可以看一下两个RDD/Hive表中的key分布情况。如果出现数据倾斜,是因为其中某一个RDD/Hive表中的少数几个key的数据量过大,而另一个RDD/Hive表中的所有key都分布比较均匀,那么采用这个解决方案是比较合适的。

b)方案实现思路:
	1. 对包含少数几个数据量过大的key的那个RDD,通过sample算子采样出一份样本来,然后统计一下每个key的数量,计算出来数据量最大的是哪几个key。
	2. 然后将这几个key对应的数据从原来的RDD中拆分出来,形成一个单独的RDD,并给每个key都打上n以内的随机数作为前缀,而不会导致倾斜的大部分key形成另外一个RDD。
	3. 接着将需要join的另一个RDD,也过滤出来那几个倾斜key对应的数据并形成一个单独的RDD,将每条数据膨胀成n条数据,这n条数据都按顺序附加一个0~n的前缀,不会导致倾斜的大部分key也形成另外一个RDD。
	4. 再将附加了随机前缀的独立RDD与另一个膨胀n倍的独立RDD进行join,此时就可以将原先相同的key打散成n份,分散到多个task中去进行join了。
	5. 而另外两个普通的RDD就照常join即可。
	6. 最后将两次join的结果使用union算子合并起来即可,就是最终的join结果。
c)方案实现原理:对于join导致的数据倾斜,如果只是某几个key导致了倾斜,可以将少数几个key分拆成独立RDD,并附加随机前缀打散成n份去进行join,此时这几个key对应的数据就不会集中在少数几个task上,而是分散到多个task进行join了。具体原理见下图。

d)方案优点:对于join导致的数据倾斜,如果只是某几个key导致了倾斜,采用该方式可以用最有效的方式打散key进行join。而且只需要针对少数倾斜key对应的数据进行扩容n倍,不需要对全量数据进行扩容。避免了占用过多内存。

e)方案缺点:如果导致倾斜的key特别多的话,比如成千上万个key都导致数据倾斜,那么这种方式也不适合。
  1. 使用随机前缀和扩容RDD进行join
a)方案适用场景:如果在进行join操作时,RDD中有大量的key导致数据倾斜,那么进行分拆key也没什么意义,此时就只能使用最后一种方案来解决问题了。

b)方案实现思路:
	1. 该方案的实现思路基本和“解决方案六”类似,首先查看RDD/Hive表中的数据分布情况,找到那个造成数据倾斜的RDD/Hive表,比如有多个key都对应了超过1万条数据。
	2. 然后将该RDD的每条数据都打上一个n以内的随机前缀。
	3. 同时对另外一个正常的RDD进行扩容,将每条数据都扩容成n条数据,扩容出来的每条数据都依次打上一个0~n的前缀。
	4. 最后将两个处理后的RDD进行join即可。
c)方案实现原理:将原先一样的key通过附加随机前缀变成不一样的key,然后就可以将这些处理后的“不同key”分散到多个task中去处理,而不是让一个task处理大量的相同key。该方案与“解决方案六”的不同之处就在于,上一种方案是尽量只对少数倾斜key对应的数据进行特殊处理,由于处理过程需要扩容RDD,因此上一种方案扩容RDD后对内存的占用并不大;而这一种方案是针对有大量倾斜key的情况,没法将部分key拆分出来进行单独处理,因此只能对整个RDD进行数据扩容,对内存资源要求很高。

d)方案优点:对join类型的数据倾斜基本都可以处理,而且效果也相对比较显著,性能提升效果非常不错。

e)方案缺点:该方案更多的是缓解数据倾斜,而不是彻底避免数据倾斜。而且需要对整个RDD进行扩容,对内存资源要求很高。
  1. 多种方案组合使用
	在实践中发现,很多情况下,如果只是处理较为简单的数据倾斜场景,那么使用上述方案中的某一种基本就可以解决。但是如果要处理一个较为复杂的数据倾斜场景,那么可能需要将多种方案组合起来使用。比如说,我们针对出现了多个数据倾斜环节的Spark作业,可以先运用解决方案一和二,预处理一部分数据,并过滤一部分数据来缓解;其次可以对某些shuffle操作提升并行度,优化其性能;最后还可以针对不同的聚合或join操作,选择一种方案来优化其性能。大家需要对这些方案的思路和原理都透彻理解之后,在实践中根据各种不同的情况,灵活运用多种方案,来解决自己的数据倾斜问题。

四、shuffle调优

大多数Spark作业的性能主要就是消耗在了shuffle环节,因为该环节包含了大量的磁盘IO、序列化、网络数据传输等操作。因此,如果要让作业的性能更上一层楼,就有必要对shuffle过程进行调优。影响一个Spark作业性能的因素,主要还是代码开发、资源参数以及数据倾斜,shuffle调优只能在整个Spark的性能调优中占到一小部分而已。因此大家务必把握住调优的基本原则,千万不要舍本逐末。

shuffle相关参数调优

  1. spark.shuffle.file.buffer
a)默认值:32k

b)参数说明:该参数用于设置shuffle write task的BufferedOutputStream的buffer缓冲大小。将数据写到磁盘文件之前,会先写入buffer缓冲中,待缓冲写满之后,才会溢写到磁盘。

c)调优建议:如果作业可用的内存资源较为充足的话,可以适当增加这个参数的大小(比如64k),从而减少shuffle write过程中溢写磁盘文件的次数,也就可以减少磁盘IO次数,进而提升性能。在实践中发现,合理调节该参数,性能会有1%~5%的提升。
  1. spark.reducer.maxSizeInFlight
a)默认值:48m

b)参数说明:该参数用于设置shuffle read task的buffer缓冲大小,而这个buffer缓冲决定了每次能够拉取多少数据。

c)调优建议:如果作业可用的内存资源较为充足的话,可以适当增加这个参数的大小(比如96m),从而减少拉取数据的次数,也就可以减少网络传输的次数,进而提升性能。在实践中发现,合理调节该参数,性能会有1%~5%的提升。
  1. spark.shuffle.io.maxRetries
a)默认值:3

b)参数说明:shuffle read task从shuffle write task所在节点拉取属于自己的数据时,如果因为网络异常导致拉取失败,是会自动进行重试的。该参数就代表了可以重试的最大次数。如果在指定次数之内拉取还是没有成功,就可能会导致作业执行失败。

c)调优建议:对于那些包含了特别耗时的shuffle操作的作业,建议增加重试最大次数(比如60次),以避免由于JVM的full gc或者网络不稳定等因素导致的数据拉取失败。在实践中发现,对于针对超大数据量(数十亿~上百亿)的shuffle过程,调节该参数可以大幅度提升稳定性。
  1. spark.shuffle.io.retryWait
a)默认值:5s

b)参数说明:具体解释同上,该参数代表了每次重试拉取数据的等待间隔,默认是5s。

c)调优建议:建议加大间隔时长(比如60s),以增加shuffle操作的稳定性。
  1. spark.shuffle.memoryFraction
a)默认值:0.2

b)参数说明:该参数代表了Executor内存中,分配给shuffle read task进行聚合操作的内存比例,默认是20%。

c)调优建议:在资源参数调优中讲解过这个参数。如果内存充足,而且很少使用持久化操作,建议调高这个比例,给shuffle read的聚合操作更多内存,以避免由于内存不足导致聚合过程中频繁读写磁盘。在实践中发现,合理调节该参数可以将性能提升10%左右。
  1. spark.shuffle.manager
a)默认值:sort

b)参数说明:该参数用于设置ShuffleManager的类型。Spark 1.5以后,有三个可选项:hash、sort和tungsten-sort。HashShuffleManager是Spark 1.2以前的默认选项,但是Spark 1.2以及之后的版本默认都是SortShuffleManager了。tungsten-sort与sort类似,但是使用了tungsten计划中的堆外内存管理机制,内存使用效率更高。

c)调优建议:由于SortShuffleManager默认会对数据进行排序,因此如果你的业务逻辑中需要该排序机制的话,则使用默认的SortShuffleManager就可以;而如果你的业务逻辑不需要对数据进行排序,那么建议参考后面的几个参数调优,通过bypass机制或优化的HashShuffleManager来避免排序操作,同时提供较好的磁盘读写性能。这里要注意的是,tungsten-sort要慎用,因为之前发现了一些相应的bug。
  1. spark.shuffle.sort.bypassMergeThreshold
a)默认值:200

b)参数说明:当ShuffleManager为SortShuffleManager时,如果shuffle read task的数量小于这个阈值(默认是200),则shuffle write过程中不会进行排序操作,而是直接按照未经优化的HashShuffleManager的方式去写数据,但是最后会将每个task产生的所有临时磁盘文件都合并成一个文件,并会创建单独的索引文件。

c)调优建议:当你使用SortShuffleManager时,如果的确不需要排序操作,那么建议将这个参数调大一些,大于shuffle read task的数量。那么此时就会自动启用bypass机制,map-side就不会进行排序了,减少了排序的性能开销。但是这种方式下,依然会产生大量的磁盘文件,因此shuffle write性能有待提高。
  1. spark.shuffle.consolidateFiles
a)默认值:false

b)参数说明:如果使用HashShuffleManager,该参数有效。如果设置为true,那么就会开启consolidate机制,会大幅度合并shuffle write的输出文件,对于shuffle read task数量特别多的情况下,这种方法可以极大地减少磁盘IO开销,提升性能。

c)调优建议:如果的确不需要SortShuffleManager的排序机制,那么除了使用bypass机制,还可以尝试将spark.shffle.manager参数手动指定为hash,使用HashShuffleManager,同时开启consolidate机制。在实践中尝试过,发现其性能比开启了bypass机制的SortShuffleManager要高出10%~30%。

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