Hadoop学习笔记（持续更新中）

Hadoop

Hadoop 的组成

• Hadoop1.x
  • MapReduce（计算+资源调度）
  • HDFS（数据存储）
  • Common（辅助工具）
• Hadoop2.x、3.x
  • Yarn（资源调度）: A framework for job scheduling and cluster resource management.
  • MapReduce（计算）: A YARN-based system for parallel processing of large data sets.
  • HDFS（数据存储）: A distributed file system that provides high-throughput access to application data.
  • Common（辅助工具）: The common utilities that support the other Hadoop modules.

Hadoop1.x 时 代 ，Hadoop中 的MapReduce同时处理业务逻辑运算和资源的调度，耦合性较大。

在Hadoop2.x时 代，增加 了Yarn。Yarn只负责资 源 的 调 度 ，MapReduce 只负责运算。

Hadoop3.x在组成上没有变化。

HDFS

Hadoop Distributed File System

特点

以 高吞吐 的 流式数据访问 模式来存储 单写入多读取仅末尾追加 的 超大文件，运行于 商用硬件 集群上

流式数据访问：一次写入、多次读取

超大文件：HDFS中的典型文件大小为GB到TB

商用硬件：即轻易能买到的普通硬件，对庞大集群来说节点故障率不低，于是HDFS核心目标是能检测故障并快速自动地从故障中恢复，且在故障时继续运行，不让用户察觉到明显的中断

高吞吐：HDFS重点在于数据访问的高吞吐量，而不是低延迟，低延迟场景不适合用HDFS（几十毫秒），更推荐用HBASE

简单一致性：单用户写入（不可多用户同时写入），写操作仅支持“文件末尾追加”，不支持任意位置修改

可移植性：HDFS是使用Java语言构建的，任何支持Java的机器都可以运行NameNode或DataNode软件。使用高度可移植的Java语言意味着HDFS可以部署在各种各样的机器上。

NameNode和DataNode

HDFS集群具有主/从架构，由一个NameNode和多个DataNode组成。

NameNode是一个主服务器，它管理文件系统命名空间，维护文件系统树及整棵树内所有的文件和目录，这些信息以命名空间镜像文件和编辑日志文件存储在磁盘上。
NameNode执行文件系统命名空间操作，如打开、关闭和重命名文件和目录。它还决定了块到datanode的映射。——HDFS元数据

Datanode是文件系统的工作节点，它们根据需要存储并检索数据块，并定期的向namenode发送它们所存储的块的列表。
DataNode通常集群中每个节点一个，用于管理与它们所运行的节点相连的存储。文件将被分割成一个或多个块，存储在一组datanode中。datanode负责为来自文件系统客户端的读写请求提供服务。datanode还根据NameNode的指令执行块的创建、删除和复制。——用户数据

如果namenode损坏，文件系统上的所有文件将都会丢失，因为将不知道如何根据datanode的块重建文件。
因此，hadoop对namenode的提供两种容错方式，一种是备份那些组成文件系统元数据持久状态的文件，另一种是运行一个辅助namenode，用于定期合并编辑日志与命名空间镜像。

文件系统命名空间

HDFS支持传统的分层文件组织，其层次结构与大多数其他现有文件系统相似。

用户或应用程序可以创建目录并将文件存储在这些目录中，可以进行创建、删除、移动、重命名等操作。

支持用户配额和访问权限。

NameNode维护文件系统名称空间。对文件系统名称空间或其属性的任何更改均由NameNode记录。

数据块

HDFS上的文件被分为多个块，除最后一个块外的所有块都具有相同的大小。

可以为文件指定复制因子，将数据块复制到其他结点，确保发生故障时数据不丢失（故障时读取副本的过程对用户透明）。

复制因子可以在文件创建时指定，以后可以更改。

副本的最大数量是当时DataNode的总数，因为一个DataNode不能具有同一块的多个副本。

小于一个块大小的文件不会占据整个块的空间。

块缓存

通常datanode从磁盘中读取块，而频繁访问的文件可能被显式地缓存在datanode的内存中，以堆外块缓存的形式存在。
一个块默认仅缓存在一个datanode的内存中。

MapReduce

Hadoop MapReduce是一个软件框架，可以编写用于大规模数据处理的分布式应用程序（TB级别），并发、可靠可容错地运行在hadoop集群上。

job、task、input split

MapReduce作业（Job）被Hadoop分成若干个任务（task），包括map任务和reduce任务，由YARN进行调度。多个map并发执行。

输入数据会被分成等长的小数据块，称为输入分片（input split）。每个分片对应一个map任务，该任务会调用用户自定义的map()函数以处理该分片的数据。一般建议分片大小与HDFS块大小相同，以减少网络传输。

通常Hadoop在存有输入数据的HDFS节点上运行map任务，这样可以减少网络传输。

combiner

combiner函数属于可选的优化方案，可对一个map任务指定一个combiner，在进入reduce之前先处理map的输出，以减少reduce的输入。

一般可以和reduce函数一样的实现。

其他

map和reduce的输入输出都是键值对，其键和值类必须序列化， 此外，关键类必须实现WritableComparable接口，以利于框架进行排序。

Hadoop提供了一套可优化网络序列化传输的基本类型，在org.apache.hadoop.io中，例如LongWritable相当于Java的Long、Text相当于String

示例

import java.io.IOException;
import java.util.StringTokenizer;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
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 WordCount {

  public static class TokenizerMapper
       extends Mapper<Object, Text, Text, IntWritable>{

    private final static IntWritable one = new IntWritable(1);
    private Text word = new Text();

    public void map(Object key, Text value, Context context
                    ) throws IOException, InterruptedException {
      StringTokenizer itr = new StringTokenizer(value.toString());
      while (itr.hasMoreTokens()) {
        word.set(itr.nextToken());
        context.write(word, one);
      }
    }
  }

  public static class IntSumReducer
       extends Reducer<Text,IntWritable,Text,IntWritable> {
    private IntWritable result = new IntWritable();

    public void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values,
                       Context context
                       ) throws IOException, InterruptedException {
      int sum = 0;
      for (IntWritable val : values) {
        sum += val.get();
      }
      result.set(sum);
      context.write(key, result);
    }
  }

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Configuration conf = new Configuration();
    Job job = Job.getInstance(conf, "word count");
    job.setJarByClass(WordCount.class);
    job.setMapperClass(TokenizerMapper.class);
    job.setCombinerClass(IntSumReducer.class);
    job.setReducerClass(IntSumReducer.class);
    job.setOutputKeyClass(Text.class);
    job.setOutputValueClass(IntWritable.class);
    FileInputFormat.addInputPath(job, new Path(args[0]));
    FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));
    System.exit(job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1);
  }
}