Mapreduce分区Partition解析

问题导读：
Partition的作用是什么？
Mapreduce默认的partitioner是什么？还有其它partitioner是什么？
patition类结构都包含什么？
Mapreduce全局排序会用到那个类？












Partition位置

Partition主要作用就是将map的结果发送到相应的reduce。这就对partition有两个要求：

1）均衡负载，尽量的将工作均匀的分配给不同的reduce。

2）效率，分配速度一定要快。



Mapreduce提供的Partitioner

Mapreduce默认的partitioner是HashPartitioner。除了这个mapreduce还提供了3种partitioner。如下图所示：




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 】

tairtree结构

Mapreduce里的Tire tree主要有两种节点组成：
1）        Innertirenode
Innertirenode在mapreduce中是包含了255个字符的一个比较长的串。上图中的例子只包含了26个英文字母。

2）        叶子节点{unslipttirenode, singesplittirenode, leaftirenode}
Unslipttirenode 是不包含划分的叶子节点。
Singlesplittirenode 是只包含了一个划分点的叶子节点。
Leafnode是包含了多个划分点的叶子节点。（这种情况比较少见，达到树的最大深度才出现这种情况。在实际操作过程中比较少见）


Tire tree的搜索过程
接上面的例子：
1）假如当前 key value pair 这时会找到图中的leafnode，在leafnode内部使用二分法继续查找找到返回 aad在 划分数组中的索引。找不到会返回一个和它最接近的划分的索引。

2）假如找到singlenode，如果和singlenode的划分相同或小返回他的索引，比singlenode的划分大则返回索引+1。

3）假如找到nosplitnode则返回前面的索引。如将会返回abbx的在划分数组中的索引。


TotalOrderPartitioner的疑问

上面介绍了partitioner有两个要求，一个是速度另外一个是均衡负载。使用tire tree提高了搜素的速度，但是我们怎么才能找到这样的partition file 呢？让所有的划分刚好就能实现均衡负载。

InputSampler
输入采样类，可以对输入目录下的数据进行采样。提供了3种采样方法。

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);
    }
}
复制代码

附录A
Text 为BinaryComparable，WriteableComparable类型。
BooleanWritable、ByteWritable、DoubleWritable、MD5hash、IntWritable、FloatWritable、LongWritable、NullWriable等都为WriteableComparable。具体参考下图：

SequenceFileInputFormat,对二进制文本应该如何读取那？key是文件名？value是内容吗？对这个概念不太懂。望楼主科普下。谢谢。