Hadoop基础之MapReduce原理、序列化和源码分析

1. MapReduce原理

1.1. MapReduce概述

（1）MapReduce是一种分布式计算模型，由Google提出，主要用于搜索领域，解决海量数据的计算问题.

（2）MapReduce由两个阶段组成：Map和Reduce，用户只需要实现map()和reduce()两个函数，即可实现分布式计算，非常简单。这两个函数的形参是key、value对，表示函数的输入信息。

（3）在Hadoop 中，map 函数位于内置类 org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper<KEYIN,VALUEIN,KEYOUT, VALUEOUT>中，reduce 函数位于内置类 org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer<KEYIN, VALUEIN, KEYOUT,VALUEOUT>中。我们要做的就是覆盖 map 函数和 reduce 函数。

对于 Hadoop 的 map 函数和reduce 函数，处理的数据是键值对，也就是说 map 函数接收的数据是键值对，两个参数；输出的也是键值对，两个参数；reduce 函数接收的参数和输出的结果也是键值对。

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在Mapper 类，有四个泛型，分别是 KEYIN、VALUEIN、KEYOUT、VALUEOUT，前面两个 KEYIN、 VALUEIN 指的是map 函数输入的参数 key、 value 的类型；后面两个 KEYOUT、VALUEOUT 指的是 map 函数输出的 key、value的类型。

输入参数 key、value 的类型就是KEYIN、VALUEIN，每一个键值对都会调用一次 map 函数。在这里，map 函数没有处理输入的 key、value，直接通过 context.write(…)方法输出了，输出的 key、value 的类型就是KEYOUT、VALUEOUT。这是默认实现，通常是需要根据业务逻辑覆盖的。

查看 Reducer 类，也有四个泛型，同理，分别指的是 reduce 函数输入的 key、value类型，和输出的 key、value 类型。看一下reduce 函数定义，如下图所示：

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reduce 函数的形参 key、value 的类型是KEYIN、VALUEIN。要注意这里的value是存在于java.lang.Iterable<VALUEIN>中的，这是一个迭代器，用于集合遍历的，意味着values 是一个集合。reduce 函数默认实现是把每个value 和对应的 key，通过调用context.write(…)输出了，这里输出的类型是 KEYOUT、VALUEOUT。通常会根据业务逻辑覆盖 reduce 函数的实现。

1.2. MapReduce执行过程

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MapReduce 运行的时候，会通过 Mapper 运行的任务读取HDFS 中的数据文件，然后调用自己的方法，处理数据，最后输出。Reducer任务会接收 Mapper 任务输出的数据，作为自己的输入数据，调用自己的方法，最后输出到 HDFS 的文件中。

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1.3. MapReduce原理及执行步骤

MapReduce原理图如下所示：

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简单理解如下所示：

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(1)Map任务处理

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l 读取输入文件内容，解析成key、value对，对输入文件的每一行，解析成key、value对。每一个键值调用一次map函数；

l 覆盖map函数，对输入的key、value处理，转换成新的key、value输出；

l 对输出的key、value进行分区；

l 对不同分区的数据，按照key进行排序、分组；相同key的value放到一个集合中；

l 对分组后的数据进行规约。

l Mapper执行1-6个步骤得到最终的结果

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(2)Reduce任务处理

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l 对多个map任务的输出，按照不同的分区，通过网络copy到不同的reduce节点；对多个map任务的输出进行合并、排序；

l 覆盖reduce函数，对输入的key、value处理，转换成新的key、value输出；

l 把reduce的输出保存到文件中。

l Reduce执行4-6个步骤对Mapper最终的结果执行4-6个步骤进一步处理

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将上述步骤融入到原理图中后如下所示：

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(3)键值对编号

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对于 Mapper 任务输入的键值对，定义为key1 和 value1。在 map 方法中处理后，输出的键值对，定义为 key2 和 value2。reduce 方法接收 key2 和 value2，处理后，输出 key3 和 value3。在下文讨论键值对时，可能把 key1 和 value1 简写为<k1,v1>，key2 和value2 简写为<k2,v2>，key3 和 value3 简写为<k3,v3>。

1.4. 单词计数

package mavshuang.mapreduce;

import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.net.URISyntaxException;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.TextInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.TextOutputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.partition.HashPartitioner;

public class WordCountDemo {
private static final String INPUT_PATH = "hdfs://hadoop0:9000/hello";
private static final String OUTPUT_PATH = "hdfs://hadoop0:9000/out";

public static void main(String[] args) throws IOException, URISyntaxException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
final Configuration configuration = new Configuration();
FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(OUTPUT_PATH), configuration);
// 判断文件是否存在，如果存在则删除
if (fileSystem.exists(new Path(OUTPUT_PATH))) {
fileSystem.delete(new Path(OUTPUT_PATH), true);
}
String jobName = WordCountDemo.class.getSimpleName();
Job job = new Job(configuration, jobName);
// 1.1 读取输入文件内容，解析成key、value对。对输入文件的每一行，解析成key、value对。每一个键值对调用一次map函数。
// 设置job执行作业时输入文件的路径
FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(INPUT_PATH));
// 设置把输入文件处理成键值对的类
job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);
// 1.2 覆盖map函数，对输入的key、value处理，转换成新的key、value输出。
// 省略的条件是map输出的<k,v>与reduce输出的<k,v>格式相同
// 设置自定义的MyMapper类
job.setMapperClass(MyMapper.class);
// 设置map方法输出的k2,v2值得类型
job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
job.setMapOutputValueClass(LongWritable.class);

// 1.3 对输出的key、value进行分区。
// 设置对k2分区的类
job.setPartitionerClass(HashPartitioner.class);
// 设置运行的Reducer任务的数量
job.setNumReduceTasks(1);

// 1.4 对不同分区的数据，按照key进行排序、分组。相同key的value放到一个集合中。

// 1.5 (可选)分组后的数据进行归约。

// 2.1 对多个map任务的输出，按照不同的分区，通过网络copy到不同的reduce节点。对多个map任务的输出进行合并、排序。
// 设置自定义的MyReducer类
job.setReducerClass(MyReducer.class);

// 2.2 覆盖reduce函数，对输入的key、value处理，转换成新的key、value输出。
// 设置reduce方法输出的k3,v3值得类型
job.setOutputKeyClass(Text.class);
job.setOutputValueClass(LongWritable.class);

// 2.3 把reduce的输出保存到文件中。
// 设置job执行作业时的输出路径
FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(OUTPUT_PATH));
// 设置把输出文件处理成键值对的类
job.setOutputFormatClass(TextOutputFormat.class);

// 把job提交给JobTracker执行，等待执行结果返回
job.waitForCompletion(true);

}

// KEYIN：表示每一行的偏移量
// VALUEIN：表示每一行的内容
// KEYOUT：表示每一行中的每个单词
// VALUEOUT：表示每一行中每个单词的出现次数，常量为1
// 继承Mapper类实现map方法
static class MyMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, LongWritable> {
// 源文件会被解析成2个键值对，分别为<0,hello you >,<10,hello mavs>
// 每个<k,v>都调用一次函数
protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
final String[] splited = value.toString().split("\t");
for (String word : splited) {
final Text k2 = new Text(word);
final LongWritable v2 = new LongWritable(1);
context.write(k2, v2);
}
}
}

// KEYIN：表示整个文件中的不同单词
// VALUEIN：表示整个文件中的不同单词出现的次数
// KEYOUT：表示整个文件中的不同单词
// VALUEOUT：表示整个文件中的不同单词出现的总次数
// 继承Reducer类实现reduce方法
static class MyReducer extends Reducer<Text, LongWritable, Text, LongWritable> {
// reduce会被调用3次，分别是<hello,{1,1}>、<mavs,{1}>、<you,{1}>
protected void reduce(Text k2, Iterable<LongWritable> v2s, Context context) throws IOException, InterruptedException {
Long count = 0L;// 定义成Java类型，便于操作
for (LongWritable times : v2s) {
count += times.get();
}
final LongWritable v3 = new LongWritable(count);
context.write(k2, v3);
}
}
}