Hadoop 的 TotalOrderPartitioner<转>

来源：互联网发布：淘宝ebay代购流程编辑：程序博客网时间：2024/04/30 12:54

http://blog.oddfoo.net/2011/04/17/mapreduce-partition%E5%88%86%E6%9E%90-2/

Partition所处的位置

patition类结构

1. Partitioner是partitioner的基类，如果需要定制partitioner也需要继承该类。

2. HashPartitioner是mapreduce的默认partitioner。计算方法是

which reducer=(key.hashCode() & Integer.MAX_VALUE) % numReduceTasks，得到当前的目的reducer。

3. BinaryPatitioner继承于Partitioner< BinaryComparable ,V>，是Partitioner的偏特化子类。该类提供leftOffset和rightOffset，在计算which reducer时仅对键值K的[rightOffset，leftOffset]这个区间取hash。

Which reducer=(hash & Integer.MAX_VALUE) % numReduceTasks

4. KeyFieldBasedPartitioner也是基于hash的个partitioner。和BinaryPatitioner不同，它提供了多个区间用于计算hash。当区间数为0时KeyFieldBasedPartitioner退化成HashPartitioner。

5. TotalOrderPartitioner这个类可以实现输出的全排序。不同于以上3个partitioner，这个类并不是基于hash的。在下一节里详细的介绍totalorderpartitioner。

TotalOrderPartitioner

每一个reducer的输出在默认的情况下都是有顺序的，但是reducer之间在输入是无序的情况下也是无序的。如果要实现输出是全排序的那就会用到TotalOrderPartitioner。

要使用TotalOrderPartitioner，得给TotalOrderPartitioner提供一个partition file。这个文件要求Key （这些key就是所谓的划分）的数量和当前reducer的数量-1相同并且是从小到大排列。对于为什么要用到这样一个文件，以及这个文件的具体细节待会还会提到。

TotalOrderPartitioner对不同Key的数据类型提供了两种方案：

1）对于非BinaryComparable（参考附录A）类型的Key，TotalOrderPartitioner采用二分发查找当前的K所在的index。

例如reducer的数量为5，partition file 提供的4个划分为【2，4，6，8】。如果当前的一个key value pair 是<4,”good”>利用二分法查找到index=1，index+1=2那么这个key value pair将会发送到第二个reducer。如果一个key value pair为<4.5, “good”>那么二分法查找将返回-3，同样对-3加1然后取反就是这个key value pair 将要去的reducer。

对于一些数值型的数据来说，利用二分法查找复杂度是o（log (reducer count)），速度比较快。

2）对于BinaryComparable类型的Key（也可以直接理解为字符串）。字符串按照字典顺序也是可以进行排序的。这样的话也可以给定一些划分，让不同的字符串key分配到不同的reducer里。这里的处理和数值类型的比较相近。

例如reducer的数量为5，partition file 提供了4个划分为【“abc”, “bce”, “eaa”, ”fhc”】那么“ab”这个字符串将会被分配到第一个reducer里，因为它小于第一个划分“abc”。

但是不同于数值型的数据，字符串的查找和比较不能按照数值型数据的比较方法。mapreducer采用的Tire tree的字符串查找方法。查找的时间复杂度o(m)，m为树的深度，空间复杂度o(255^m-1)。是一个典型的空间换时间的案例。

Tire Tree

Tire tree的构建

假设树的最大深度为3，划分为【aaad ，aaaf， aaaeh，abbx 】

采样类结构图

采样方式对比表:

类名称

采样方式

构造方法

效率

特点

SplitSampler<K,V>

对前n个记录进行采样

采样总数，划分数

最高

RandomSampler<K,V>

遍历所有数据，随机采样

采样频率，采样总数，划分数

最低

IntervalSampler<K,V>

固定间隔采样

采样频率，划分数

中

对有序的数据十分适用

writePartitionFile这个方法很关键，这个方法就是根据采样类提供的样本，首先进行排序，然后选定（随机的方法）和reducer数目-1的样本写入到partition file。这样经过采样的数据生成的划分，在每个划分区间里的key value pair 就近似相同了，这样就能完成均衡负载的作用。

TotalOrderPartitioner实例

public class SortByTemperatureUsingTotalOrderPartitioner extends Configured
        implements Tool
{
    @Override
    public int run(String[] args) throws Exception
    {
        JobConf conf = JobBuilder.parseInputAndOutput(this, getConf(), args);
        if (conf == null) {
            return -1;
        }
        conf.setInputFormat(SequenceFileInputFormat.class);
        conf.setOutputKeyClass(IntWritable.class);
        conf.setOutputFormat(SequenceFileOutputFormat.class);
        SequenceFileOutputFormat.setCompressOutput(conf, true);
        SequenceFileOutputFormat
                .setOutputCompressorClass(conf, GzipCodec.class);
        SequenceFileOutputFormat.setOutputCompressionType(conf,
                CompressionType.BLOCK);
        conf.setPartitionerClass(TotalOrderPartitioner.class);
        InputSampler.Sampler<IntWritable, Text> sampler = new InputSampler.RandomSampler<IntWritable, Text>(
                0.1, 10000, 10);
        Path input = FileInputFormat.getInputPaths(conf)[0];
        input = input.makeQualified(input.getFileSystem(conf));
        Path partitionFile = new Path(input, "_partitions");
        TotalOrderPartitioner.setPartitionFile(conf, partitionFile);
        InputSampler.writePartitionFile(conf, sampler);
        // Add to DistributedCache
        URI partitionUri = new URI(partitionFile.toString() + "#_partitions");
        DistributedCache.addCacheFile(partitionUri, conf);
        DistributedCache.createSymlink(conf);
        JobClient.runJob(conf);
        return 0;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int exitCode = ToolRunner.run(
                new SortByTemperatureUsingTotalOrderPartitioner(), args);
        System.exit(exitCode);
    }
}

示例程序引用于：http://www.cnblogs.com/funnydavid/archive/2010/11/24/1886974.html

附录A
Text 为BinaryComparable，WriteableComparable类型。
BooleanWritable、ByteWritable、DoubleWritable、MD5hash、IntWritable、FloatWritable、LongWritable、NullWriable等都为WriteableComparable。

http://www.cnblogs.com/OnlyXP/archive/2008/12/06/1349026.html

在0.19.0以前的版本中，Hadoop自身并没有提供全排序的solution，如果使用缺省的partitioner（HashPartitioner)每个reducer的输出自身是有序的，但是多个reducer的输出文件之间不存在全序的关系；如果想实现全排序，需要自己实现Partitioner，比如针对key为Mac地址的Partitioner，如假定Mac地址的分布是均匀的，可以根据Mac地址的前两个字节构造不超过255个reducer的Partitioner；但是这种Partitoiner是应用逻辑相关的，因此没有通用性，为此Hadoop 0.19.0提供了一个通用的全序Partitioner。

TotalOrderPartitioner最初用于Hadoop Terasort，也许是考虑到其通用性，后来作为0.19.0的release feature发布。

Partitioner的目的是决定每一个Map输出的Record由哪个Reducer来处理，它必须尽可能满足

1. 平均分布。即每个Reducer处理的Record数量应该尽可能相等。

2. 高效。由于每个Record在Map Reduce过程中都需要由Partitioner分配，它的效率至关重要，需要使用高效的算法实现。

获取数据的分布

对于第一点，由于TotalOrderPartitioner事先并不知道key的分布，因此需要通过少量数据sample估算key的分布，然后根据分布构造针对的Partition模型。

0.19.0中有一个InputSampler就是做这个事情的，通过指定Reducer个数，并读取一部分的输入数据作为sample，将sample数据排序并根据Reducer个数等分后，得到每个Reducer处理的区间。比如包含9条数据的sample，其排好序的key分别为：

a b c d e f g h i

如果指定Reducer个数为3，每个Reducer对应的区间为

Reducer0 [a, b, c]
Reducer1 [d, e, f]
Reducer2 [g, h, i]

区间之间的边界称为Cut Point，上面三个Reducer的Cut point为 d, g。 InputSampler将这cut points排序并写入HDFS文件，这个文件即包含了输入数据的分布规律。

根据分布构建高效Partition模型

对于上面提到的第2点，高效性，在读取数据的分布规律文件之后，TotalOrderPartitioner会判断key是不是BinaryComparable类型的。

BinaryComparable的含义是“字节可比的”，o.a.h.io.Text就是一个这样的类型，因为两个Text对象可以按字节比较，如果对应的字节不相等就立刻可以判断两个Text的大小。

先说不是BinaryComparable类型的情况，这时TotalOrderPartitioner会使用二分查找BinarySearch来确定key属于哪个区间，进而确定属于哪个Reducer，每一次查找的时间复杂度为O(logR)，R为Reducer的个数。

如果key是BinaryComparable类型，TotalOrderPartitioner会根据cut points构造Trie。Trie是一种更为高效的用于查找的数据结构，这种数据结构适合key为字符串类型，如下图

TotalOrderPartitioner中的Trie缺省深度为2，即使用2+1个prefix构造Trie；每个父节点有255个子节点，对应255个ASCII字符。查找的时间复杂度为O(m)，m为树的深度，空间复杂度为O(255^m-1)，可以看到，这是一种空间换时间的方案，当树深度为2时，可以最多分配255 * 255个reducer，这在绝大情况下足够了。

可以看到，使用Trie进行Partition的效率高于binarySearch，单次执行两种查找可能不会有什么感觉，但是当处理亿计的Record时，他们的差距就明显了。

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