1.ExternalSorter简介ExternalSorter是用来排序及聚合key-value类型的数据。首先使用分区器将数据按照key进行分区,然后使用自定义的排序器在一个分区内对数据key进行排序。可以生成适合shuffle读取的分区文件。如果禁用combiner,那么value的输入和输出类型要一致。注意:ExternalSorter是一个比较通用的排序器,在sort-based shuffle中,可以用一些配置控制其一些特性,比如块儿压缩可以通过配置 spark.shuffle.compress来开启及关闭.假如在non-shuffle场景下使用了ExternalSorter,可能会需要重新读取该配置。构造函数如下:
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private[spark] class ExternalSorter[K, V, C](  context: TaskContext,  aggregator: Option[Aggregator[K, V, C]] = None,  partitioner: Option[Partitioner] = None,  ordering: Option[Ordering[K]] = None,  serializer: Serializer = SparkEnv.get.serializer)extends Spillable[WritablePartitionedPairCollection[K, C]](context.taskMemoryManager())

参数介绍:
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* @param aggregator optional Aggregator with combine functions to use for merging data * @param partitioner optional Partitioner; if given, sort by partition ID and then key * @param ordering optional Ordering to sort keys within each partition; should be a total ordering * @param serializer serializer to use when spilling to disk
  • aggregator用来完成聚合操作。

  • partitioner就是shuffle的算子的分区器。也是一个maptask,写数据输出给哪个reducer,由该分区器决定。

  • ordering排序器,可选,对key进行排序。

  • serializer用来在写入数据到磁盘的时候对数据进行序列化,读数据的时候要用他进行反序列化。

注意,假如设置了ordering参数,那么就必然会对数据进行按key排序,所以一定是要在需要排序的时候才设置。比如,在一个不需要map端合并的map操作中,为了避免不必要的排序,需要将ordering参数设置为None。另一方面,假如需要map端合并,那相对于none指定排序器会更加高效。使用该类的步骤
  1. 实例化一个ExternalSorter。

  2. 调用insertAll(),并传入records数据集。

  3. 触发排序及合并。可以使用iterator()去对元素进行迭代排序或聚合。也可以调用writePartitionedFile()函数,创建已经排序或者聚合的文件,该文件适用于spark sort shuffle。

2.ExternalSorter的工作原理首先,数据会不停的写入内存缓存区中,假如需要按照key对value进行聚合,则使用的是PartitionedAppendOnlyMap;假如不需要按照key对value进行聚合则使用PartitionedPairBuffer。在内存buffer内部,我们需要按照partition ID对元素进行排序,假如设置了key排序也会按照key对元素进行排序。为了避免频繁调用分区器,会在存储record的时候也存储partition ID 。其次,假如缓存区达到了内存限制,就会将其溢写到磁盘存为一个文件。这些文件,首先会按照partition ID进行排序,假如需要聚合的话也会按照key或者key的hashcode进行排序。对于每个文件,我们会记录在内存里的时候每个分区有多少元素,所以没必要为每个元素写入partition ID。然后,当用户调用iterator或者file输出函数的时候,已经溢写的文件就会连同内存的数据一起合并,会使用与前面相同的排序器。如果需要按照key对元素聚合,要么使用设置的排序器进行全局排序,要么读取有相同hashcode的key,然后对相同key的value进行聚合操作。最后,当调用stop()函数的时候会删除所有的中间结果文件。 3.案例其实我们可以直接使用ExternalSorter,实际上就是一个map操作,使用指定的分区器,对数据按照key进行分区,然后会在同一个分区内使用聚合和排序算子,对key进行排序及聚合操作。3.1 实例化ExternalSorter
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val size = 400
val sparkConf = new SparkConf()sparkConf.setMaster("local")sparkConf.setAppName(this.getClass.getCanonicalName)
sparkConf.set("spark.shuffle.manager", "sort")sparkConf.set("spark.shuffle.spill.numElementsForceSpillThreshold", (size / 40).toString)
val sc = new SparkContext(sparkConf)
val context = SparkUtils.fakeTaskContext(sc)
val agg = new Aggregator[Int, Int, Int](i => i, (i, j) => i + j, (i, j) => i + j)val ord = implicitly[Ordering[Int]]
// // Both aggregator and orderingval sorter = new ExternalSorter[Int, Int, Int]( context, Some(agg), Some(new HashPartitioner(4)),Some(ord))

上面agg和ord是聚合器和排序器,两者均可以自定义,也可以设置为None,浪尖这里给了最简单的案例:key,value及聚合后的结果都是Int类型。3.2 插入数据浪尖这里是400条数据,key的范围是0-39,value范围是0-399.
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val elements = (0 until size).iterator.map { i => (i % 40, i) }sorter.insertAll(elements)3.3 触发输出计算可以按照分区将数据输出到console或者缓存到一个scala集合里。
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sorter.partitionedIterator.map(p => (p._1, p._2)).filter(p=> p._1 == 0).flatMap(p=>p._2).foreach(println)
浪尖这里是获取了partition ID的为0的数据,并输出,结果如下:
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(0,1800)(4,1840)(8,1880)(12,1920)(16,1960)(20,2000)(24,2040)(28,2080)(32,2120)(36,2160)这个计算过程,中间数据会落地到磁盘里的,触发溢写操作的的配置参数是:
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sparkConf.set("spark.shuffle.spill.numElementsForceSpillThreshold", (size / 40).toString)
浪尖这里测试方便,达到10条就会触发刷磁盘,临时文件会在调用sorter.stop()之后删除。要想看是否有中间文件,操作方法也很简单,spark的blockmanager提供了接口:
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val beforeCleanUp = SparkUtils.getBlockManager(sc).diskBlockManager.getAllFiles().sizeprintln(beforeCleanUp)sorter.stop()val afterCleanUp = SparkUtils.getBlockManager(sc).diskBlockManager.getAllFiles().sizeprintln(afterCleanUp)
结果如下:
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3603.4 输出到文件shuffle中间结果肯定是输出到blockmanager管理的,也是可以落地到磁盘,浪尖这里也给出让其落地磁盘操作案例。
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sorter.partitionedIterator.map(p => (p._1, p._2)).filter(p=> p._1 == 0).flatMap(p=>p._2).foreach(println)
val outputFile = File.createTempFile("test-unsafe-row-serializer-spill", "",new File("data/"))
// outputFile.deleteOnExit()sorter.writePartitionedFile(ShuffleBlockId(0,0,0),outputFile).foreach(println)

执行之后会在工程的data目录下生成文件,文件是unsaferow及序列化的,不可以直接查看。如何Spark的shuffle移植到自己业务_ExternalSorter3.5 读取溢写文件sorter的writePartitionedFile方法,返回值是一个数组,数组的下标是 partition ID,元素是该分区数据的大小。读数据的时候由于sorter会将所有的分区数据写入同一个数据文件,其实spark shuffle里还有一个索引文件,浪尖这里是测试用的所有没有索引文件。
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[271,271,271,271]浪尖这里分区器是四个分区,数据设计的比较均匀,所以每个分区数据大小很均匀,都是271.读取最后一个分区数据的方法,浪尖没有参照源码,给出比较简单的读取方法有兴趣的可以去源码里找找:
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val serializer = SparkEnv.get.serializer.newInstance()val input = new FileInputStream(new File("data/test-unsafe-row-serializer-spill7127803973846287207"))input.skip(271+271+271)val deserializer = serializer.deserializeStream(input)try {  val rows = deserializer.asKeyValueIterator  while (rows.hasNext)  {    val (key,value)=rows.next();    println(key+":"+value)  }} catch {  case ex: Exception => {    ex.printStackTrace() // 打印到标准err    System.err.println("exception===>: ...")  // 打印到标准err  }}

结果,第一个元素是key,第二个是聚合后的value,可以看到分区特点也很均匀key差值是4,由于排序的原因,所以key也是递增的,这是由于浪尖这个给的hashpartitioner分区数为4,且给了排序器的原因。
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3:18307:187011:191015:195019:199023:203027:207031:211035:215039:2190
浪尖这里读取分区文件的时候由于分区segment之间有分隔符,所以会抛异常,而中止,这正好是给我们结束契机。4. 代码补充自己的类要包路径是org.apache.spark.文章提到的工具类是:
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package org.apache.spark
import java.util.Properties
import org.apache.spark.memory.TaskMemoryManagerimport org.apache.spark.storage.BlockManager
object SparkUtils { def fakeTaskContext(sc: SparkContext): TaskContext = { val env = sc.env val taskMemoryManager = new TaskMemoryManager(env.memoryManager, 0) new TaskContextImpl( stageId = 0, stageAttemptNumber = 0, partitionId = 0, taskAttemptId = 0, attemptNumber = 0, taskMemoryManager = taskMemoryManager, localProperties = new Properties, metricsSystem = env.metricsSystem) }
def getBlockManager(sc:SparkContext):BlockManager = { sc.env.blockManager }}
5.总结这个思路主要来源于知识星球之前有人问过浪尖,数据集比较大,写分布式spark程序集成到自己的任务里有比较麻烦,所以想问问浪尖有没有好思路。浪尖想自己实现基于磁盘的排序算法,实际上重复造轮子太复杂了,而且性能不知如何,所以想到利用spark shuffle的基于磁盘的排序操作,把它拿出来,然后使用起来。其实想给大家的提醒是:学一个框架源码,不要只停留在阅读理解,要分析总结化为己用,这样理解才会比较深入,成长才会比较大。