從源碼看Spark讀取Hive表數據小文件和分塊的問題 頂 原 薦

前言

有同事問到，Spark讀取一張Hive表的數據Task有一萬多個，看了Hive表分區下都是3MB~4MB的小文件，每個Task只處理這麼小的文件，實在浪費資源浪費時間。而我們都知道Spark的Task數由partitions決定，所以他想通過repartition(num)的方式來改變分區數，結果發現讀取文件的時候Task數並沒有改變。遂問我有什麼參數可以設置，從而改變讀取Hive表時的Task數，將小文件合併大文件讀上來

本文涉及源碼基於Spark2.0.0和Hadoop2.6.0，不同版本代碼可能不一致，需自己對應。此外針對TextInputFormat格式的Hive表，其他格式的比如Parquet有Spark自己的高效實現，不在討論範圍之內

分析

Spark讀取Hive表是通過HadoopRDD掃描上來的，具體可見 org.apache.spark.sql.hive.TableReader類，構建HadoopRDD的代碼如下

val rdd = new HadoopRDD(
  sparkSession.sparkContext,
  _broadcastedHadoopConf.asInstanceOf[Broadcast[SerializableConfiguration]],
  Some(initializeJobConfFunc),
  inputFormatClass,
  classOf[Writable],
  classOf[Writable],
  _minSplitsPerRDD)

這裏inputFormatClass是Hive創建時指定的，默認不指定爲 org.apache.hadoop.mapred.TextInputFormat，由它就涉及到了HDFS文件的FileSplit數，從而決定了上層Spark的partition數。在進入HadoopRDD類查看之前，還有一個參數需要我們注意，就是 _minSplitsPerRDD，它在後面SplitSize的計算中是起了作用的。

我們看一下它的定義

private val _minSplitsPerRDD = if (sparkSession.sparkContext.isLocal) {
  0 // will splitted based on block by default.
} else {
  math.max(hadoopConf.getInt("mapred.map.tasks", 1),
    sparkSession.sparkContext.defaultMinPartitions)
}

在我們指定以--master local模式跑的時候，它爲0，而在其他模式下，則是求的一個最大值。這裏重點看 defaultMinPartitions，如下

def defaultMinPartitions: Int = math.min(defaultParallelism, 2)

// defaultParallelism 在yarn和standalone模式下的計算
def defaultParallelism(): Int = {
    conf.getInt("spark.default.parallelism", math.max(totalCoreCount.get(), 2))
  }

從這裏可以看到，defaultMinPartitions的值一般爲2，而 mapred.map.tasks 或者 mapreduce.job.maps( 新版參數)是Hadoop的內建參數，其默認值也爲2，一般很少去改變它。所以這裏_minSplitsPerRDD的值基本就是2了。

下面我們跟到HadoopRDD類裏，去看看它的partitions是如何來的

def getPartitions: Array[Partition] = {
  val jobConf = getJobConf()
  // add the credentials here as this can be called before SparkContext initialized
  SparkHadoopUtil.get.addCredentials(jobConf)
  // inputFormat就是上面參數inputFormatClass所配置的類的實例
  val inputFormat = getInputFormat(jobConf)
  // 此處獲取FileSplit數，minPartitions就是上面的_minSplitsPerRDD
  val inputSplits = inputFormat.getSplits(jobConf, minPartitions)
  val array = new Array[Partition](inputSplits.size)
  // 從這裏可以看出FileSplit數決定了Spark掃描Hive表的partition數
  for (i <- 0 until inputSplits.size) {
    array(i) = new HadoopPartition(id, i, inputSplits(i))
  }
  array
}

在 getPartitions 方法裏我們可以看到 FileSplit數最後決定了Spark讀取Hive表的Task數，下面我們再來看看 mapred.TextInputFormat 類裏 getSplits 的實現

分兩步來看，首先是掃描文件，計算文件大小的部分

FileStatus[] files = listStatus(job);

.....

long totalSize = 0;                           // compute total size
for (FileStatus file: files) {                // check we have valid files
  if (file.isDirectory()) {
    throw new IOException("Not a file: "+ file.getPath());
  }
  totalSize += file.getLen();
}

// numSplits就是上面傳入的minPartitions，爲2
long goalSize = totalSize / (numSplits == 0 ? 1 : numSplits);
long minSize = Math.max(job.getLong("mapreduce.input.fileinputformat.split.minsize", 1), minSplitSize);

// minSplitSize 默認爲1，唯一可通過 setMinSplitSize 方法設置
private long minSplitSize = 1;

針對Hive表的分區，Spark對每個分區都構建了一個HadoopRDD，每個分區目錄下就是實際的數據文件，例如我們集羣的某一張表按天分區，每天下面有200個數據文件，每個文件大概3MB~4MB之間，這些實際上是reduce設置不合理導致的小文件產生，如下圖

此處 listStatus 方法就是掃描的分區目錄，它返回的就是圖中顯示的具體 part-*****文件的FileStatus對象，一共200個。從 totalSize 的計算可以看出，它是這200個文件的總大小，爲838MB，因此 goalSize 就爲419MB。

參數 mapreduce.input.fileinputformat.split.minsize 在Spark程序沒有配的情況下，獲取的值爲0，而 minSplitSize 在Spark獲取FileSplits的時候並沒有被設置，所以爲默認值1，那麼 minSize 就爲1

其次，我們再來看從文件劃分Split，部分代碼如下(部分解釋見註釋)

ArrayList<FileSplit> splits = new ArrayList<FileSplit>(numSplits);
NetworkTopology clusterMap = new NetworkTopology();

// files是上面掃描的分區目錄下的part-*****文件
for (FileStatus file: files) {  
  Path path = file.getPath();
  long length = file.getLen();
  if (length != 0) {
    FileSystem fs = path.getFileSystem(job);
    BlockLocation[] blkLocations;
    if (file instanceof LocatedFileStatus) {
      blkLocations = ((LocatedFileStatus) file).getBlockLocations();
    } else {
      blkLocations = fs.getFileBlockLocations(file, 0, length);
    }
    // 判斷文件是否可切割
    if (isSplitable(fs, path)) {
      // 這裏獲取的不是文件本身的大小，它的大小從上面的length就可以知道，這裏獲取的是HDFS文件塊(跟文件本身沒有關係)的大小
      // HDFS文件塊的大小由兩個參數決定，分別是 dfs.block.size 和 fs.local.block.size
      // 在HDFS集羣模式下，由 dfs.block.size 決定，對於Hadoop2.0來說，默認值是128MB
      // 在HDFS的local模式下，由 fs.local.block.size 決定，默認值是32MB
      long blockSize = file.getBlockSize(); // 128MB
      
      // 這裏計算splitSize，根據前面計算的goalSize=419MB，minSize爲1
      long splitSize = computeSplitSize(goalSize, minSize, blockSize);

      long bytesRemaining = length;
      // 如果文件大小大於splitSize，就按照splitSize對它進行分塊
      // 由此可以看出，這裏是爲了並行化更好，所以按照splitSize會對文件分的更細，因而split會更多
      while (((double) bytesRemaining)/splitSize > SPLIT_SLOP) {
        String[][] splitHosts = getSplitHostsAndCachedHosts(blkLocations,
            length-bytesRemaining, splitSize, clusterMap);
        splits.add(makeSplit(path, length-bytesRemaining, splitSize,
            splitHosts[0], splitHosts[1]));
        bytesRemaining -= splitSize;
      }

      if (bytesRemaining != 0) {
        String[][] splitHosts = getSplitHostsAndCachedHosts(blkLocations, length
            - bytesRemaining, bytesRemaining, clusterMap);
        splits.add(makeSplit(path, length - bytesRemaining, bytesRemaining,
            splitHosts[0], splitHosts[1]));
      }
    } else {
      String[][] splitHosts = getSplitHostsAndCachedHosts(blkLocations,0,length,clusterMap);
      splits.add(makeSplit(path, 0, length, splitHosts[0], splitHosts[1]));
    }
  } else { 
    //Create empty hosts array for zero length files
    splits.add(makeSplit(path, 0, length, new String[0]));
  }
}

從上面可以看到，splitSize是從 computeSplitSize(goalSize, minSize, blockSize) 計算來的，這三個參數我們都知道大小，那麼計算規則是怎麼樣的呢

規則：Math.max(minSize, Math.min(goalSize, blockSize))，從而我們可以知道 splitSize = 128MB，對於3MB~4MB的小文件來說，就 決定了一個小文件就是一個split了，從而對應了一個Spark的partition，所以我們一個分區下就有200個partition，當取兩個月的數據時，就是 200 * 30 * 2 = 12000，從而是12000個Task，跟同事所說的吻合！

而從TextInputFormat裏分Split的邏輯來看，它只會把一個文件分得越來越小，而不會對小文件採取合併，所以無論調整哪個參數，都沒法改變這種情況！而通過repartition強行分區，也是在拿到HDFS文件之後對這12000個partition進行重分區，改變不了小文件的問題，也無法改變讀取Hive表Task數多的情況

總結

1. Block是物理概念，而Split是邏輯概念，最後數據的分片是根據Split來的。一個文件可能大於BlockSize也可能小於BlockSize，大於它就會被分成多個Block存儲到不同的機器上，SplitSize可能大於BlockSize也可能小於BlockSize，SplitSize如果大於BlockSize，那麼一個Split就可能要跨多個Block。對於數據分隔符而言，不用擔心一個完整的句子分在兩個Block裏，因爲在Split構建RecordReader時，它會被補充完整
2. 對於採用 org.apache.hadoop.mapred.TextInputFormat 作爲InputFormat的Hive表，如果存在小文件，Spark在讀取的時候單憑調參數和repartition是改變不了分區數的！對於小文件的合併，目前除了Hadoop提供的Archive方式之外，也只能通過寫MR來手動合了，最好的方式還是寫數據的時候自己控制reduce的個數，把握文件數
3. 對於Spark直接通過SparkContext的 textFile(inputPath, numPartitions) 方法讀取HDFS文件的，它底層也是通過HadoopRDD構建的，它的參數numPartitions就是上面計算goalSize的numSplits參數，這篇 文章 對原理描述的非常詳細，非常值得一讀
4. 對於小文件合併的InputFormat有 org.apache.hadoop.mapred.lib.CombineFileInputFormat，跟它相關的參數是 mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize，它用於設置一個Split的最大值
5. 跟 mapred.TextInputFormat 裏的Split劃分相關的參數
   • mapreduce.input.fileinputformat.split.minsize : 決定了計算Split劃分時的minSize
   • mapreduce.job.maps 或 mapred.map.tasks : 決定了getSplits(JobConf job, int numSplits)方法裏的numSplits，從而可以影響goalSize的大小
   • dfs.block.size 或 fs.local.block.size : 決定了HDFS的BlockSize
6. MapReduce新版API裏的 org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.TextInputFormat，它的SplitSize與上面說到的計算方式不一樣，getSplits方法的簽名爲 getSplits(JobContext job)，不再有numSplilts這個參數，splitSize的計算規則改爲 Math.max(minSize, Math.min(maxSize, blockSize))，minSize和blockSize跟之前一樣，新的maxSize爲conf.getLong("mapreduce.input.fileinputformat.split.maxsize", Long.MAX_VALUE)
7. 在Spark2.0.0裏，設置Hadoop相關的參數(比如mapreduce開頭的)要通過 spark.sparkContext.hadoopConfiguration 來設置

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