不懂Hadoop心脏Shuffle的原理这一篇就够了（含讲解视频））

学习Hadoop搞明白Shuffle的原理是非常重要的，然而相信很多人看了《Hadoop权威指南4》好几遍，也没有真正搞明白它真正的原理。看完这篇文章，相信会对你理解Shuffle有很大的帮助。

官方给的定义：系统执行排序、将map输出作为输入传给reducer的过程称为Shuffle。（看完是不是一脸懵逼）
通俗来讲，就是从map产生输出开始到reduce消化输入的整个过程称为Shuffle。如下图用黑线框出的部分：

圆形缓冲区介绍：

每一个map任务都会有一个圆形缓冲区。默认大小100MB（io.sort.mb属性）阈值0.8也就是80MB(io.sort.spill.percent属性指定） ,

一旦达到阈值一个后台线程开始把内容写到(spill)磁盘的指定目录mapred.local.dir下的新建的一个溢出写文件。写入磁盘前先partition、sort、[combiner]。一个map task任务可能产生N个磁盘文件。
map task运算完之后，产生了N个文件，然后将这些文件merge合成一个文件。
如果N < 3，合成的新文件写入磁盘前只经过patition（分区）和sort（排序）过程，不会执行combiner合并（无论是否指定combiner类），如下图所示：

如果N>=3，合成的新文件写入磁盘前经过patition（分区）、sort（排序）过和combiner合并（前提是指定了combiner类），如下图所示：

思考：为什么只有当N>=3时，合成文件才会执行combiner呢？
这是因为如果N< 3时，执行combiner虽然减少了文件的大小，但是同时产生了一定的系统开销。由于减少的文件大小不大，权衡利弊后，确定N< 2时不在执行combiner操作。
当该map task全部执行完之后，对应的reduce task将会拷贝对应分区的数据（该过程称为fetch），如下图所示：

其它的map task任务完成后，对应的reduce task也同样执行fetch操作，如下图所示：

每个map任务的完成时间可能不同，因此只要有一个任务完成，reduce任务就开始复制其输出。该阶段被称为reduce的复制阶段。reduce任务有少量复制线程，因此能够并行取得map输出。默认值是5个线程，但这个默认值可以通过设置mapred.reduce.parallel.copies属性改变。

复制完所有map输出后，reduce任务进入合并阶段，该阶段将合并map输出，并维持其顺序排序（相当于执行了sort），如果指定了combiner，在写入磁盘前还会执行combiner操作。

那么具体是如何合并的呢？
合并因子默认是10，可以通过io.sort.factor属性设置。合并过程是循环进行了，可能叫经过多趟合并。目标是合并最小数量的文件以便满足最后一趟的合并系数。假设有40个文件，我们不会在四趟中每趟合并10个文件从而得到4个文件。相反，第一趟只合并4个文件，随后的三趟分别合并10个文件。再最后一趟中4个已合并的文件和余下的6个（未合并的）文件合计10个文件。具体流程如下图所示：

注意：这并没有改变合并次数，它只是一个优化措施，目的是尽量减少写到磁盘的数据量，因为最后一趟总是直接合并到reduce。
看到这里您是否理解了Shuffle的具体原理呢，如果没有，也没有关系，接下来我们通过一个wordcount案例再将整个流程梳理一遍。
首先map任务的代码如下：

public class WCMapper extends Mapper< LongWritable, Text, Text, LongWritable> {
public void map(LongWritable ikey, Text ivalue, Context context) throws IOException, InterruptedException {
String line = ivalue.toString();
String words[] = line.split(" ");
for (String word : words) {
context.write(new Text(word), new LongWritable(1));
}
}
}

在分区（分区规则：按首字母分四个区，分别为a-i,j-q,r-z,其它）的过程中，会将相同的单词合并到一起，将出现次数用逗号隔开，如上图所示。注意此时还没有排序。分区代码如下：

package cn.geekmooc;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Partitioner;
public class WCPatitioner extends Partitioner<Text, LongWritable> {
@Override
public int getPartition(Text key, LongWritable value, int numPartitions) {
int first_char = key.charAt(0);
if(first_char>=97&&first_char<=105){
return 0;
}else if(first_char>=106&&first_char<=113){
return 1;
}else if(first_char>=114&&first_char<=122){
return 2;
}else{
return 3;
}
}
}

接着执行排序操作，默认排序规则是按照key的字典升序排序，当然你也可以指定排序规则，排序后如下图所示：

接下来执行combiner操作，将每个单词后续的1求和，WCCombiner类代码如下：

package cn.geekmooc;
import java.io.IOException;
import java.util.Iterator;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
public class WCCombiner extends Reducer<Text, LongWritable, Text, LongWritable> {
@Override
protected void reduce(Text key, Iterable<LongWritable> values,
Reducer<Text, LongWritable, Text, LongWritable>.Context context) throws IOException, InterruptedException {
System.out.println(key.toString()+":"+values.toString());
long count = 0;
Iterator<LongWritable> iter = values.iterator();
while(iter.hasNext()){
count += iter.next().get();
}
context.write(key, new LongWritable(count));
}
}

combiner的结果如下图所示

map任务执行完，产生N个spill文件，接着对N个文件进行合并，分以下两种情况：
1.N < 3，无论是否指定combiner类，合并文件时都不会执行combiner

2.N>=3,如果指定了combiner类将执行combiner操作，如下图：

接下来进入fetch（或copy）阶段

然后在reduce端进行合并

然后执行最后一趟合并，并将结果直接传给reduce

reduce类代码如下：

package cn.geekmooc;
import java.io.IOException;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
public class WCReducer extends Reducer<Text, LongWritable, Text, LongWritable> {
@Override
protected void reduce(Text key, Iterable<LongWritable> values,
Reducer<Text, LongWritable, Text, LongWritable>.Context context) throws IOException, InterruptedException {
System.out.println(key.toString()+":"+values.toString());
long count = 0;
for (LongWritable val : values) {
count += val.get();
}
context.write(key, new LongWritable(count));
}
}

reduce task执行后，输出结果：

看讲解视频