大数据之Spark:Spark大厂面试真题

1. 通常来说，Spark与MapReduce相比，Spark运行效率更高。请说明效率更高来源于Spark内置的哪些机制？

spark是借鉴了Mapreduce,并在其基础上发展起来的，继承了其分布式计算的优点并进行了改进，spark生态更为丰富，功能更为强大，性能更加适用范围广，mapreduce更简单，稳定性好。主要区别：

1、spark把运算的中间数据(shuffle阶段产生的数据)存放在内存，迭代计算效率更高，mapreduce的中间结果需要落地，保存到磁盘；

2、Spark容错性高，它通过弹性分布式数据集RDD来实现高效容错，RDD是一组分布式的存储在节点内存中的只读性的数据集，这些集合石弹性的，某一部分丢失或者出错，可以通过整个数据集的计算流程的血缘关系来实现重建，mapreduce的容错只能重新计算；

3、Spark更通用，提供了transformation和action这两大类的多功能api，另外还有流式处理sparkstreaming模块、图计算等等，mapreduce只提供了map和reduce两种操作，流计算及其他的模块支持比较缺乏；

4、Spark框架和生态更为复杂，有RDD，血缘lineage、执行时的有向无环图DAG，stage划分等，很多时候spark作业都需要根据不同业务场景的需要进行调优以达到性能要求，mapreduce框架及其生态相对较为简单，对性能的要求也相对较弱，运行较为稳定，适合长期后台运行；

5、Spark计算框架对内存的利用和运行的并行度比mapreduce高，Spark运行容器为executor，内部ThreadPool中线程运行一个Task，mapreduce在线程内部运行container，container容器分类为MapTask和ReduceTask。Spark程序运行并行度高；

6、Spark对于executor的优化，在JVM虚拟机的基础上对内存弹性利用：storage memory与Execution memory的弹性扩容，使得内存利用效率更高；

2. hadoop和spark使用场景？

Hadoop/MapReduce和Spark最适合的都是做离线型的数据分析，但Hadoop特别适合是单次分析的数据量“很大”的情景，而Spark则适用于数据量不是很大的情景。

一般情况下，对于中小互联网和企业级的大数据应用而言，单次分析的数量都不会“很大”，因此可以优先考虑使用Spark。

业务通常认为Spark更适用于机器学习之类的“迭代式”应用，80GB的压缩数据（解压后超过200GB），10个节点的集群规模，跑类似“sum+group-by”的应用，MapReduce花了5分钟，而spark只需要2分钟。

3. spark如何保证宕机迅速恢复?

1、适当增加spark standby master

2、编写shell脚本，定期检测master状态，出现宕机后对master进行重启操作；

4. hadoop和spark的相同点和不同点？

Hadoop底层使用MapReduce计算架构，只有map和reduce两种操作，表达能力比较欠缺，而且在MR过程中会重复的读写hdfs，造成大量的磁盘io读写操作，所以适合高时延环境下批处理计算的应用；

Spark是基于内存的分布式计算架构，提供更加丰富的数据集操作类型，主要分成转化操作和行动操作，包括map、reduce、filter、flatmap、groupbykey、reducebykey、union和join等，数据分析更加快速，所以适合低时延环境下计算的应用；

spark与hadoop最大的区别在于迭代式计算模型。基于mapreduce框架的Hadoop主要分为map和reduce两个阶段，两个阶段完了就结束了，所以在一个job里面能做的处理很有限；spark计算模型是基于内存的迭代式计算模型，可以分为n个阶段，根据用户编写的RDD算子和程序，在处理完一个阶段后可以继续往下处理很多个阶段，而不只是两个阶段。所以spark相较于mapreduce，计算模型更加灵活，可以提供更强大的功能。

但是spark也有劣势，由于spark基于内存进行计算，虽然开发容易，但是真正面对大数据的时候，在没有进行调优的情况下，可能会出现各种各样的问题，比如OOM内存溢出等情况，导致spark程序可能无法运行起来，而mapreduce虽然运行缓慢，但是至少可以慢慢运行完。

5. RDD持久化原理？

spark非常重要的一个功能特性就是可以将RDD持久化在内存中。

调用cache()和persist()方法即可。cache()和persist()的区别在于，cache()是persist()的一种简化方式，cache()的底层就是调用persist()的无参版本persist(MEMORY_ONLY)，将数据持久化到内存中。

如果需要从内存中清除缓存，可以使用unpersist()方法。RDD持久化是可以手动选择不同的策略的。在调用persist()时传入对应的StorageLevel即可。

checkpoint检查点机制？

应用场景：当spark应用程序特别复杂，从初始的RDD开始到最后整个应用程序完成有很多的步骤，而且整个应用运行时间特别长，这种情况下就比较适合使用checkpoint功能。

原因：对于特别复杂的Spark应用，会出现某个反复使用的RDD，即使之前持久化过但由于节点的故障导致数据丢失了，没有容错机制，所以需要重新计算一次数据。

Checkpoint首先会调用SparkContext的setCheckPointDIR()方法，设置一个容错的文件系统的目录，比如说HDFS；然后对RDD调用checkpoint()方法。之后在RDD所处的job运行结束之后，会启动一个单独的job，来将checkpoint过的RDD数据写入之前设置的文件系统，进行高可用、容错的类持久化操作。

检查点机制是我们在spark streaming中用来保障容错性的主要机制，它可以使spark streaming阶段性的把应用数据存储到诸如HDFS等可靠存储系统中，以供恢复时使用。具体来说基于以下两个目的服务：
1、控制发生失败时需要重算的状态数。Spark streaming可以通过转化图的谱系图来重算状态，检查点机制则可以控制需要在转化图中回溯多远。

2、提供驱动器程序容错。如果流计算应用中的驱动器程序崩溃了，你可以重启驱动器程序并让驱动器程序从检查点恢复，这样spark streaming就可以读取之前运行的程序处理数据的进度，并从那里继续。

7. checkpoint和持久化机制的区别？

最主要的区别在于持久化只是将数据保存在BlockManager中，但是RDD的lineage(血缘关系，依赖关系)是不变的。但是checkpoint执行完之后，rdd已经没有之前所谓的依赖rdd了，而只有一个强行为其设置的checkpointRDD，checkpoint之后rdd的lineage就改变了。

持久化的数据丢失的可能性更大，因为节点的故障会导致磁盘、内存的数据丢失。但是checkpoint的数据通常是保存在高可用的文件系统中，比如HDFS中，所以数据丢失可能性比较低；

RDD机制理解吗？

rdd分布式弹性数据集，简单的理解成一种数据结构，是spark框架上的通用货币。所有算子都是基于rdd来执行的，不同的场景会有不同的rdd实现类，但是都可以进行互相转换。rdd执行过程中会形成dag图，然后形成lineage保证容错性等。从物理的角度来看rdd存储的是block和node之间的映射。

RDD是spark提供的核心抽象，全称为弹性分布式数据集。

RDD在逻辑上是一个hdfs文件，在抽象上是一种元素集合，包含了数据。它是被分区的，分为多个分区，每个分区分布在集群中的不同结点上，从而让RDD中的数据可以被并行操作（分布式数据集）

比如有个RDD有90W数据，3个partition，则每个分区上有30W数据。RDD通常通过Hadoop上的文件，即HDFS或者HIVE表来创建，还可以通过应用程序中的集合来创建；RDD最重要的特性就是容错性，可以自动从节点失败中恢复过来。即如果某个结点上的RDD partition因为节点故障，导致数据丢失，那么RDD可以通过自己的数据来源重新计算该partition。这一切对使用者都是透明的。

RDD的数据默认存放在内存中，但是当内存资源不足时，spark会自动将RDD数据写入磁盘。比如某结点内存只能处理20W数据，那么这20W数据就会放入内存中计算，剩下10W放到磁盘中。RDD的弹性体现在于RDD上自动进行内存和磁盘之间权衡和切换的机制。

9. Spark streaming以及基本工作原理？

Spark streaming是spark core API的一种扩展，可以用于进行大规模、高吞吐量、容错的实时数据流的处理。

它支持从多种数据源读取数据，比如Kafka、Flume、Twitter和TCP Socket，并且能够使用算子比如map、reduce、join和window等来处理数据，处理后的数据可以保存到文件系统、数据库等存储中。

Spark streaming内部的基本工作原理是：接受实时输入数据流，然后将数据拆分成batch，比如每收集一秒的数据封装成一个batch，然后将每个batch交给spark的计算引擎进行处理，最后会生产处一个结果数据流，其中的数据也是一个一个的batch组成的。

10. DStream以及基本工作原理？

DStream是spark streaming提供的一种高级抽象，代表了一个持续不断的数据流。

DStream可以通过输入数据源来创建，比如Kafka、flume等，也可以通过其他DStream的高阶函数来创建，比如map、reduce、join和window等。

DStream内部其实不断产生RDD，每个RDD包含了一个时间段的数据。

Spark streaming一定是有一个输入的DStream接收数据，按照时间划分成一个一个的batch，并转化为一个RDD，RDD的数据是分散在各个子节点的partition中。

11. spark有哪些组件？

1、master：管理集群和节点，不参与计算。

2、worker：计算节点，进程本身不参与计算，和master汇报。

3、Driver：运行程序的main方法，创建spark context对象。

4、spark context：控制整个application的生命周期，包括dagsheduler和task scheduler等组件。

5、client：用户提交程序的入口。

12. spark工作机制？

用户在client端提交作业后，会由Driver运行main方法并创建spark context上下文。执行add算子，形成dag图输入dagscheduler，按照add之间的依赖关系划分stage输入task scheduler。task scheduler会将stage划分为task set分发到各个节点的executor中执行。

13.说下宽依赖和窄依赖

宽依赖：

本质就是shuffle。父RDD的每一个partition中的数据，都可能会传输一部分到下一个子RDD的每一个partition中，此时会出现父RDD和子RDD的partition之间具有交互错综复杂的关系，这种情况就叫做两个RDD之间是宽依赖。

窄依赖：

父RDD和子RDD的partition之间的对应关系是一对一的。

14. Spark主备切换机制原理知道吗？

Master实际上可以配置两个，Spark原生的standalone模式是支持Master主备切换的。当Active Master节点挂掉以后，我们可以将Standby Master切换为Active Master。

Spark Master主备切换可以基于两种机制，一种是基于文件系统的，一种是基于ZooKeeper的。

基于文件系统的主备切换机制，需要在Active Master挂掉之后手动切换到Standby Master上；

而基于Zookeeper的主备切换机制，可以实现自动切换Master。

15. spark解决了hadoop的哪些问题？

1、MR：抽象层次低，需要使用手工代码来完成程序编写，使用上难以上手；

Spark：Spark采用RDD计算模型，简单容易上手。

2、MR：只提供map和reduce两个操作，表达能力欠缺；

Spark：Spark采用更加丰富的算子模型，包括map、flatmap、groupbykey、reducebykey等；

3、MR：一个job只能包含map和reduce两个阶段，复杂的任务需要包含很多个job，这些job之间的管理以来需要开发者自己进行管理；

Spark：Spark中一个job可以包含多个转换操作，在调度时可以生成多个stage，而且如果多个map操作的分区不变，是可以放在同一个task里面去执行；

4、MR：中间结果存放在hdfs中；

Spark：Spark的中间结果一般存在内存中，只有当内存不够了，才会存入本地磁盘，而不是hdfs；

5、MR：只有等到所有的map task执行完毕后才能执行reduce task；

Spark：Spark中分区相同的转换构成流水线在一个task中执行，分区不同的需要进行shuffle操作，被划分成不同的stage需要等待前面的stage执行完才能执行。

6、MR：只适合batch批处理，时延高，对于交互式处理和实时处理支持不够；

Spark：Spark streaming可以将流拆成时间间隔的batch进行处理，实时计算。

16. 数据倾斜的产生和解决办法？

数据倾斜以为着某一个或者某几个partition的数据特别大，导致这几个partition上的计算需要耗费相当长的时间。

在spark中同一个应用程序划分成多个stage，这些stage之间是串行执行的，而一个stage里面的多个task是可以并行执行，task数目由partition数目决定，如果一个partition的数目特别大，那么导致这个task执行时间很长，导致接下来的stage无法执行，从而导致整个job执行变慢。

避免数据倾斜，一般是要选用合适的key，或者自己定义相关的partitioner，通过加盐或者哈希值来拆分这些key，从而将这些数据分散到不同的partition去执行。

如下算子会导致shuffle操作，是导致数据倾斜可能发生的关键点所在：groupByKey；reduceByKey；aggregaByKey；join；cogroup；

17. 你用sparksql处理的时候， 处理过程中用的dataframe还是直接写的sql？为什么？

这个问题的宗旨是问你spark sql 中dataframe和sql的区别，从执行原理、操作方便程度和自定义程度来分析 这个问题。

18. RDD中reduceBykey与groupByKey哪个性能好，为什么？

reduceByKey：reduceByKey会在结果发送至reducer之前会对每个mapper在本地进行merge，有点类似于在MapReduce中的combiner。这样做的好处在于，在map端进行一次reduce之后，数据量会大幅度减小，从而减小传输，保证reduce端能够更快的进行结果计算。

groupByKey：groupByKey会对每一个RDD中的value值进行聚合形成一个序列(Iterator)，此操作发生在reduce端，所以势必会将所有的数据通过网络进行传输，造成不必要的浪费。同时如果数据量十分大，可能还会造成OutOfMemoryError。

所以在进行大量数据的reduce操作时候建议使用reduceByKey。不仅可以提高速度，还可以防止使用groupByKey造成的内存溢出问题。

19.Spark master HA主从切换过程不会影响到集群已有作业的运行，为什么？

不会的。

因为程序在运行之前，已经申请过资源了，driver和Executors通讯，不需要和master进行通讯的。

20. spark master使用zookeeper进行ha，有哪些源数据保存到Zookeeper里面？

spark通过这个参数spark.deploy.zookeeper.dir指定master元数据在zookeeper中保存的位置，包括Worker，Driver和Application以及Executors。standby节点要从zk中，获得元数据信息，恢复集群运行状态，才能对外继续提供服务，作业提交资源申请等，在恢复前是不能接受请求的。

注：Master切换需要注意2点：
1、在Master切换的过程中，所有的已经在运行的程序皆正常运行！因为Spark Application在运行前就已经通过Cluster Manager获得了计算资源，所以在运行时Job本身的 调度和处理和Master是没有任何关系。
2、在Master的切换过程中唯一的影响是不能提交新的Job：一方面不能够提交新的应用程序给集群， 因为只有Active Master才能接受新的程序的提交请求；另外一方面，已经运行的程序中也不能够因 Action操作触发新的Job的提交请求。