Spark学习3.0

目录

10.3.4 Spark运行原理

 1.设计背景

 2.RDD概念

 3.RDD特性

 4.RDD之间的依赖关系

 窄依赖和宽依赖

5.Stage的划分

 Stage的类型包括两种:ShuffleMapStage和ResultStage

 6.RDD运行过程


10.3.4 Spark运行原理

 1.设计背景

许多 迭代式算法(比如机器学习、图算法等)和交互式数据挖掘工具 , 共同之处是,不同计算阶段之间会重用中间 结果 。
目前的MapReduce框架都是把中间结果写入到HDFS中,带来了大量的数据复制、磁盘IO和序列化开销。

RDD就是为了满足这种需求而出现的,它提供了一个抽象的数据架构,我们不必担心底层数据的分布式特性,只需将具体的应用逻辑表达为一系列转换处理,不同RDD之间的转换操作形成依赖关系,可以实现管道化,避免中间数据存储,大大降低了数据复制、磁盘IO和序列化开销。

 2.RDD概念

一个RDD就是一个分布式对象集合,本质上是一个只读的分区记录集合,每个RDD可分成多个分区,每个分区就是一个数据集片段,并且一个RDD的不同分区可以被保存到集群中不同的节点上,从而可以在集群中的不同节点上进行并行计算

RDD提供了一种高度受限的共享内存模型,即RDD是只读的记录分区的集合,不能直接修改,只能基于稳定的物理存储中的数据集创建RDD,或者通过在其他RDD上执行确定的转换操作(如map、join和group by)而创建得到新的RDD

RDD 提供了一组丰富的操作以支持常见的数据运算,分为 “动作”( Action ) 和 “转换”( Transformation ) 两种类型
RDD 提供的 转换 接口都非常简单,都是类似 map 、 filter 、 groupBy 、 join 等粗粒度的数据转换操作,而不是针对某个数据项的细粒度修改 (不适合网页爬虫)
表面上 RDD 的功能很受限、不够强大 , 实际上 RDD 已经被实践证明可以高效地表达许多框架的编程模型 ( 比如 MapReduce 、 SQL 、 Pregel )
Spark 用 Scala 语言实现了 RDD 的 API ,程序员可以通过调用 API 实现对 RDD 的各种操作
RDD 典型的执行过程如下:
RDD 读入外部数据源进行创建
RDD 经过一系列的转换( Transformation )操作,每一次都会产生不同的 RDD ,供给下一个转换操作使用
最后一个 RDD 经过“动作”操作进行转换,并输出到外部数据源

RDD采用了惰性调用:RDD的执行过程中,真正的计算发生在RDD的“行动”操作,对于行动之前的所有“转换”操作,Spark只是会记录下“转换”操作应用的一些基础数据集以及RDD生成的轨迹,即相互依赖关系,而不会触发真正的计算。

上述这一系列处理称为一个“血缘关系(Lineage)”,即DAG拓扑排序的结果。采用惰性调用,通过血缘关系连接起来的一系列RDD操作就可以实现管道化(pipeline),避免了多次转换操作之间数据同步的等待,而且不用担心有过多的中间数据,因为这些具有血缘关系的操作都管道化了,一个操作得到的结果不需要保存为中间数据,而是直接管道式地流入到下一个操作进行处理。

同时,这种通过血缘关系把一系列操作进行管道化连接的设计方式,也使得管道中每次操作的计算变得相对简单,保证了每个操作在处理逻辑上的单一性;相反,在MapReduce的设计中,为了尽可能地减少MapReduce过程,在单个MapReduce中会写入过多复杂的逻辑。

一个Spark的“Hello World”程序:以一个“Hello World”入门级Spark程序来解释RDD执行过程,这个程序的功能是读取一个HDFS文件,计算出包含字符串“Hello World”的行数。

创建这个 Spark 程序的执行上下文,即创建 SparkContext 对象 ;
从外部数据源(即 HDFS 文件)中读取数据创建 fileRDD 对象;
构建 起 fileRDD 和 filterRDD 之间的依赖关系,形成 DAG 图,这时候并没有发生真正的计算,只是记录转换的轨迹 ;
执行到第 5 行代码时, count() 是一个行动类型的操作,触发真正的计算,开始实际执行从 fileRDD 到 filterRDD 的转换操作,并把结果持久化到内存中,最后计算出 filterRDD 中包含的元素个数。

3.RDD特性

Spark采用RDD以后能够实现高效计算的原因主要在于:

(1)高效的容错性

现有容错机制:数据复制或者记录日志

RDD:血缘关系、重新计算丢失分区、无需回滚系统、重算过程在不同节点之间并行、只记录粗粒度的操作

(2)中间结果持久化到内存,数据在内存中的多个RDD操作之间进行传递,避免了不必要的读写磁盘开销

(3)存放的数据可以是Java对象,避免了不必要的对象序列化和反序列化

 4.RDD之间的依赖关系

RDD不同操作,会使得RDD分区之间产生不同的依赖关系,DAG调度器根据RDD之间的依赖关系,把DAG划分为若干个阶段,依赖关系分为窄依赖和宽依赖,二者主要区别:是否包含Shuffle操作。

窄依赖和宽依赖

• 窄依赖表现为一个父 RDD 的分区对应于一个子 RDD 的分区或多个父 RDD 的分区对应于一个子 RDD 的分区
• 宽依赖则表现为存在一个父 RDD 的一个分区对应一个子 RDD 的多个分区

5.Stage的划分

Spark通过分析各个RDD的依赖关系生成了DAG,再通过分析各个RDD中的分区之间的依赖关系来决定如何划分Stage,具体划分方法是:

•在DAG中进行反向解析,遇到宽依赖就断开
•遇到窄依赖就把当前的RDD加入到Stage中
•将窄依赖尽量划分在同一个Stage中,可以实现流水线计算

 Stage的类型包括两种:ShuffleMapStage和ResultStage

Stage 的类型包括两种: ShuffleMapStage 和 ResultStage ,具体如下:
( 1 ) ShuffleMapStage :不是最终的 Stage ,在它之后还有其他 Stage ,所以,它的输出一定需要经过 Shuffle 过程,并作为后续 Stage 的输入;这种 Stage 是以 Shuffle 为输出边界,其输入边界可以是从外部获取数据,也可以是另一个 ShuffleMapStage 的输出,其输出可以是另一个 Stage 的开始;在一个 Job 里可能有该类型的 Stage ,也可能没有该类型 Stage ;

(2)ResultStage:最终的Stage,没有输出,而是直接产生结果或存储。这种Stage是直接输出结果,其输入边界可以是从外部获取数据,也可以是另一个ShuffleMapStage的输出。在一个Job里必定有该类型Stage。

因此,一个Job含有一个或多个Stage,其中至少含有一个ResultStage。

 6.RDD运行过程

通过上述对RDD概念、依赖关系和Stage划分的介绍,结合之前介绍的Spark运行基本流程,再总结一下RDD在Spark架构中的运行过程:

(1)创建RDD对象;

(2)SparkContext负责计算RDD之间的依赖关系,构建DAG;

(3)DAGScheduler负责把DAG图分解成多个Stage,每个Stage中包含了多个Task,每个Task会被TaskScheduler分发给各个WorkerNode上的Executor去执行。

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