大数据-Spark调优（二）
大数据-Spark调优（二）
尽量避免使用shuffle类算子
shuffle描述
spark中的shuffle涉及到数据要进行大量的网络传输，下游阶段的task任务需要通过网络拉取上阶段task的输出数据，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。
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。
哪些算子操作会产生shuffle
spark程序在开发的过程中使用reduceByKey、join、distinct、repartition等算子操作，这里都会产生shuffle，由于shuffle这一块是非常耗费性能的，实际开发中尽量使用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。
如何避免产生shuffle
小案例
//错误的做法：
// 传统的join操作会导致shuffle操作。
// 因为两个RDD中，相同的key都需要通过网络拉取到一个节点上，由一个task进行join操作。
val rdd3 = rdd1.join(rdd2)
//正确的做法：
// Broadcast+map的join操作，不会导致shuffle操作。
// 使用Broadcast将一个数据量较小的RDD作为广播变量。
val rdd2Data = rdd2.collect()
val rdd2DataBroadcast = sc.broadcast(rdd2Data)
// 在rdd1.map算子中，可以从rdd2DataBroadcast中，获取rdd2的所有数据。
// 然后进行遍历，如果发现rdd2中某条数据的key与rdd1的当前数据的key是相同的，那么就判定可以进行join。
// 此时就可以根据自己需要的方式，将rdd1当前数据与rdd2中可以连接的数据，拼接在一起（String或Tuple）。
val rdd3 = rdd1.map(rdd2DataBroadcast...)
// 注意，以上操作，建议仅仅在rdd2的数据量比较少（比如几百M，或者一两G）的情况下使用。
// 因为每个Executor的内存中，都会驻留一份rdd2的全量数据。使用map-side预聚合的shuffle操作
- map-side预聚合
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。
比如如下两幅图，就是典型的例子，分别基于reduceByKey和groupByKey进行单词计数。其中第一张图是groupByKey的原理图，可以看到，没有进行任何本地聚合时，所有数据都会在集群节点之间传输；第二张图是reduceByKey的原理图，可以看到，每个节点本地的相同key数据，都进行了预聚合，然后才传输到其他节点上进行全局聚合。
- groupByKey进行单词计数原理
- reduceByKey单词计数原理
使用高性能的算子
使用reduceByKey/aggregateByKey替代groupByKey
- reduceByKey/aggregateByKey 可以进行预聚合操作，减少数据的传输量，提升性能
- groupByKey 不会进行预聚合操作，进行数据的全量拉取，性能比较低
使用mapPartitions替代普通map
mapPartitions类的算子，一次函数调用会处理一个partition所有的数据，而不是一次函数调用处理一条，性能相对来说会高一些。但是有的时候，使用mapPartitions会出现OOM（内存溢出）的问题。因为单次函数调用就要处理掉一个partition所有的数据，如果内存不够，垃圾回收时是无法回收掉太多对象的，很可能出现OOM异常。所以使用这类操作时要慎重！
使用foreachPartitions替代foreach
原理类似于“使用mapPartitions替代map”，也是一次函数调用处理一个partition的所有数据，而不是一次函数调用处理一条数据。
在实践中发现，foreachPartitions类的算子，对性能的提升还是很有帮助的。比如在foreach函数中，将RDD中所有数据写MySQL，那么如果是普通的foreach算子，就会一条数据一条数据地写，每次函数调用可能就会创建一个数据库连接，此时就势必会频繁地创建和销毁数据库连接，性能是非常低下； 但是如果用foreachPartitions算子一次性处理一个partition的数据，那么对于每个partition，只要创建一个数据库连接即可，然后执行批量插入操作，此时性能是比较高的。实践中发现，对于1万条左右的数据量写MySQL，性能可以提升30%以上。
使用filter之后进行coalesce操作
通常对一个RDD执行filter算子过滤掉RDD中较多数据后（比如30%以上的数据），建议使用coalesce算子，手动减少RDD的partition数量，将RDD中的数据压缩到更少的partition中去。
因为filter之后，RDD的每个partition中都会有很多数据被过滤掉，此时如果照常进行后续的计算，其实每个task处理的partition中的数据量并不是很多，有一点资源浪费，而且此时处理的task越多，可能速度反而越慢。
因此用coalesce减少partition数量，将RDD中的数据压缩到更少的partition之后，只要使用更少的task即可处理完所有的partition。在某些场景下，对于性能的提升会有一定的帮助。
使用repartitionAndSortWithinPartitions替代repartition与sort类操作
repartitionAndSortWithinPartitions是Spark官网推荐的一个算子，官方建议，如果需要在repartition重分区之后，还要进行排序，建议直接使用repartitionAndSortWithinPartitions算子。因为该算子可以一边进行重分区的shuffle操作，一边进行排序。shuffle与sort两个操作同时进行，比先shuffle再sort来说，性能可能是要高的。
使用Kryo优化序列化性能
spark序列化介绍
Spark在进行任务计算的时候，会涉及到数据跨进程的网络传输、数据的持久化，这个时候就需要对数据进行序列化。Spark默认采用Java的序列化器。默认java序列化的优缺点如下:
其好处：
处理起来方便，不需要我们手动做其他操作，只是在使用一个对象和变量的时候，需要实现Serializble接口。
其缺点：
默认的序列化机制的效率不高，序列化的速度比较慢；序列化以后的数据，占用的内存空间相对还是比较大。
Spark支持使用Kryo序列化机制。Kryo序列化机制，比默认的Java序列化机制，速度要快，序列化后的数据要更小，大概是Java序列化机制的1/10。所以Kryo序列化优化以后，可以让网络传输的数据变少；在集群中耗费的内存资源大大减少。
Kryo序列化启用后生效的地方
Kryo序列化机制，一旦启用以后，会生效的几个地方：
（1）算子函数中使用到的外部变量
算子中的外部变量可能来着与driver需要涉及到网络传输，就需要用到序列化。
最终可以优化网络传输的性能，优化集群中内存的占用和消耗
（2）持久化RDD时进行序列化，StorageLevel.MEMORY_ONLY_SER
将rdd持久化时，对应的存储级别里，需要用到序列化。
最终可以优化内存的占用和消耗；持久化RDD占用的内存越少，task执行的时候，创建的对象，就不至于频繁的占满内存，频繁发生GC。
（3）产生shuffle的地方，也就是宽依赖
下游的stage中的task，拉取上游stage中的task产生的结果数据，跨网络传输，需要用到序列化。最终可以优化网络传输的性能。
如何开启Kryo序列化机制
// 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]))使用fastutil优化数据格式
fastutil介绍
fastutil是扩展了Java标准集合框架（Map、List、Set；HashMap、ArrayList、HashSet）的类库，提供了特殊类型的map、set、list和queue；
fastutil能够提供更小的内存占用，更快的存取速度；我们使用fastutil提供的集合类，来替代自己平时使用的JDK的原生的Map、List、Set。
fastutil好处
fastutil集合类，可以减小内存的占用，并且在进行集合的遍历、根据索引（或者key）获取元素的值和设置元素的值的时候，提供更快的存取速度。
Spark中应用fastutil的场景和使用
- 算子函数使用了外部变量
（1）你可以使用Broadcast广播变量优化；
（2）可以使用Kryo序列化类库，提升序列化性能和效率；
（3）如果外部变量是某种比较大的集合，那么可以考虑使用fastutil改写外部变量；
首先从源头上就减少内存的占用(fastutil)，通过广播变量进一步减少内存占用，再通过Kryo序列化类库进一步减少内存占用。
- 算子函数里使用了比较大的集合Map/List
在你的算子函数里，也就是task要执行的计算逻辑里面，如果有逻辑中，出现，要创建比较大的Map、List等集合，可能会占用较大的内存空间，而且可能涉及到消耗性能的遍历、存取等集合操作； 那么此时，可以考虑将这些集合类型使用fastutil类库重写，使用了fastutil集合类以后，就可以在一定程度上，减少task创建出来的集合类型的内存占用。 避免executor内存频繁占满，频繁唤起GC，导致性能下降。
- fastutil的使用
第一步：在pom.xml中引用fastutil的包
fastutil
fastutil
5.0.9
第二步：平时使用List （Integer）的替换成IntList即可。
List
使用说明：
- 基本都是类似于IntList的格式，前缀就是集合的元素类型；
- 特殊的就是Map，Int2IntMap，代表了key-value映射的元素类型。
此博文仅供学习参考，如有错误欢迎指正。
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