11.MapReduce概述和编程案例

一、MapReduce概述

MapReduce是一个分布式运算程序的编程框架，是用户开发“基于Hadoop的数据分析应用”的核心框架；

MapReduce核心功能是将用户编写的业务逻辑代码和自带默认组件整合成一个完整的分布式运算程序，并发运行在一个Hadoop集群上。

1.1 MapReduce优点

1.MapReduce 易于编程
它简单的实现一些接口，就可以完成一个分布式程序，这个分布式程序可以分布到大量廉价的 PC机器运行。也就是说你写一个分布式程序，跟写一个简单的串行程序是一模一样的。 就是因为这个特点使得MapReduce编程变得非常流行。

2.良好的扩展性
当你的计算资源不能得到满足的时候，你可以通过简单的增加机器来扩展它的计算能力。

3.高容错性
MapReduce设计的初衷就是使程序能够部署在廉价的PC机器上，这就要求它具有很高的容错性。比如其中一台机器挂了，它可以把上面的计算任务转移到另外一个节点上面上运行，不至于这个任务运行失败，而且这个过程不需要人工参与，而完全是由Hadoop内部完成的。

4.适合PB级以上海量数据的离线处理
可以实现上干台服务器集群并发工作，提供数据处理能力。

1.2 MapReduce缺点

1.实时计算
MapReduce无法像Mysql一样，在毫秒或者秒级内返回结果。

2.流式计算
流式计算的输入数据时动态的，而MapReduce的输入数据集是静态的，不能动态变化。这是因为MapReduce自身的设计特点决定了数据源必须是静态的。

3.DAG（有向图）计算
多个应用程序存在依赖关系，后一个应用程序的输入为前一个的输出。在这种情况下，MapReduce并不是不能做，而是使用后，每个MapReduce作业的输出结果都会写入到磁盘，会造成大量的磁盘IO，导致性能非常的低下。

二、MapReduce核心思想

1. 分布式的运算程序往往需要分成至少2个阶段
2. 第一个阶段的MapTask并发实例，完全并行运行，互不相干
3. 第二个阶段的ReduceTask并发实例互不相干，但是他们的数据依赖于上一个阶段的所有MapTask并发实例的输出
4. MapReduce编程模型只能包含一个Map阶段和一个Reduce阶段，如果用户的业务逻辑非常复杂，那就只能多个MapReduce程序，串行运行

三、MapReduce编程规范

3.1 常用的数据类型对应的Hadoop数据序列化类型

Java类型	Hadoop Writable类型
Boolean	BooleanWritable
Byte	ByteWritable
Int	IntWritable
Float	FloatWritable
Long	LongWritable
Double	DoubleWritable
String	Text
Map	MapWritable
Array	ArrayWritable

3.2 MapReduce编程规范

用户编写的程序分成三个部分：Mapper、Reducer和Driver。

1. Mapper阶段
   ①用户自定义的Mapper要继承自己的父类
   ②Mapper的输入数据是KV对的形式（KV的类型可自定义）
   ③Mapper中的业务逻辑写在map()方法中
   ④Mapper的输出数据是KV对的形式（KV的类型可自定义）
   ⑤maptask进程对每一个<K,V>调用一次map()方法
2. Reducer阶段
   ①用户自定义的Reducer要继承自己的父类
   ②Reducer的输入数据类型对应Mapper的输出数据类型，也是KV
   ③Reducer的业务逻辑写在reduce()方法中
   ④Reducetask进程对每一组相同K的<K,V>组调用一次reduce()方法
3. Driver阶段
   相当于YARN集群的客户端，用于提交我们整个程序到YARN集群,提交的是封装了MapReduce程序相关运行参数的Job对象

四、WordCount案例实操

①添加依赖

<dependencies>
	<dependency>
		<groupId>junit</groupId>
		<artifactId>junit</artifactId>
		<version>RELEASE</version>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
		<artifactId>log4j-core</artifactId>
		<version>2.8.2</version>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.apache.hadoop</groupId>
		<artifactId>hadoop-common</artifactId>
		<version>2.7.2</version>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.apache.hadoop</groupId>
		<artifactId>hadoop-client</artifactId>
		<version>2.7.2</version>
	</dependency>
	<dependency>
		<groupId>org.apache.hadoop</groupId>
		<artifactId>hadoop-hdfs</artifactId>
		<version>2.7.2</version>
	</dependency>
</dependencies>

②src/main/resources目录下新建log4j.properties，内容如下：

log4j.rootLogger=INFO, stdout
log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n
log4j.appender.logfile=org.apache.log4j.FileAppender
log4j.appender.logfile.File=target/spring.log
log4j.appender.logfile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.logfile.layout.ConversionPattern=%d %p [%c] - %m%n

③编写程序
1.编写Mapper类

import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.LongWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;

import java.io.IOException;

/**
 * KEYIN：输入数据首行的偏移量（固定）
 * VALUEIN：输入数据的类型
 * KEYOUT：输出数据的K
 * VALUEOUT：输出数据的V
 */
public class WordCountMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, IntWritable> {
    Text k = new Text();
    IntWritable v = new IntWritable(1);

    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        //1.获取一行
        String line = value.toString();
        //2.根据空格切割
        String[] words = line.split(" ");
        for (String word : words) {
            k.set(word);
            context.write(k, v);
        }
    }
}

2.编写Reducer类

import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;

import java.io.IOException;

/**
 * KEYIN：输入数据的K
 * VALUEIN：输入数据的V
 * KEYOUT：输出数据的K
 * VALUEOUT：输出数据的V
 */
public class WordCountReducer extends Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable> {
    int sum;
    IntWritable v = new IntWritable();

    @Override
    protected void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        sum = 0;
        values.forEach(value -> sum += value.get());
        v.set(sum);
        context.write(key, v);
    }
}

3.编写Driver驱动类

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;

import java.io.IOException;

/**
 * @author HuChan
 */
public class WordCountDriver {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InterruptedException {
        //1.获取配置信息以及封装任务
        Configuration configuration = new Configuration();
        Job job = Job.getInstance(configuration);

        //2.设置jar的加载路径
        job.setJarByClass(WordCountDriver.class);

        //3.设置map和reduce类
        job.setMapperClass(WordCountMapper.class);
        job.setReducerClass(WordCountReducer.class);

        //4.设置map输出类型
        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(IntWritable.class);

        //5.设置最终输出kv类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(IntWritable.class);

        //6.设置输入输出路径
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(args[0]));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));

        //7.提交
        boolean result = job.waitForCompletion(true);

        System.exit(result ? 0 : 1);
    }
}

4. 添加启动配置

5.win10可能出现的异常

Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: org.apache.hadoop.io.nativeio.NativeIO$Windows.access0(Ljava/lang/String;I)Z

解决方案：将hadoop.dll放置到C:\Windows\System32下

6.打包运行在集群上，执行命令即可

[root@hadoop100 software]$ hadoop jar  wc.jar
 com.hucheng.mapreduce.WordCountDriver /user/input /user/output

五、序列化

5.1 序列化概述

序列化就是把内存中的对象，转换成字节序列（或其他数据传输协议）以便于存储（持久化）和网络传输。

反序列化就是将收到字节序列（或其他数据传输协议）或者是硬盘的持久化数据，转换成内存中的对象。

Java的序列化是一个重量级序列化框架（Serializable），一个对象被序列化后，会附带很多额外的信息（各种校验信息，Header，继承体系等），不便于在网络中高效传输。所以Hadoop自己开发了一套序列化机制（Writable），精简、高效。

Hadoop序列化特点：

1. 紧凑：高效使用存储空间
2. 快速：读写数据的额外开销小
3. 可扩展：随着通信协议的升级而可升级
4. 互操作：支持多语言的交互

5.2 自定义bean对象实现序列化接口（Writable）

在企业开发中往往常用的基本序列化类型不能满足所有需求，比如在Hadoop框架内部传递一个Bean对象，那么该对象就需要实现序列化接口。

具体实现Bean对象序列化步骤如下7步:

1. 必须实现Writable接口
2. 反序列化时，需要反射调用空参构造函数，所以必须有空参构造

public FlowBean() {
	super();
}

3. 重写序列化方法

@Override
public void write(DataOutput out) throws IOException {
	out.writeLong(upFlow);
	out.writeLong(downFlow);
	out.writeLong(sumFlow);
}

4. 重写反序列化方法

@Override
public void readFields(DataInput in) throws IOException {
	upFlow = in.readLong();
	downFlow = in.readLong();
	sumFlow = in.readLong();
}

5. 注意反序列化的顺序和序列化的顺序完全一致
6. 注意反序列化的顺序和序列化的顺序完全一致
7. 如果需要将自定义的Bean放在key中传输，则还需要实现Comparable接口，因为MapReduce框中的Shuffle过程要求对key必须能排序。

@Override
public int compareTo(FlowBean o) {
	// 倒序排列，从大到小
	return this.sumFlow > o.getSumFlow() ? -1 : 1;
}

六、序列化案例实操

需求:
统计每一个手机号耗费的总上行流量、下行流量、总流量

输入数据：

期望输出数据格式：

编写MapReduce程序：

①编写流量统计的Bean对象

public class FlowBean implements Writable {
    private long upFlow;
    private long downFlow;
    private long sumFlow;

    public FlowBean() {
    }

    public void set(long upFlow, long downFlow) {
        this.upFlow = upFlow;
        this.downFlow = downFlow;
        this.sumFlow = upFlow + downFlow;
    }

    public long getUpFlow() {
        return upFlow;
    }

    public void setUpFlow(long upFlow) {
        this.upFlow = upFlow;
    }

    public long getDownFlow() {
        return downFlow;
    }

    public void setDownFlow(long downFlow) {
        this.downFlow = downFlow;
    }

    public long getSumFlow() {
        return sumFlow;
    }

    public void setSumFlow(long sumFlow) {
        this.sumFlow = sumFlow;
    }

    @Override
    public void write(DataOutput dataOutput) throws IOException {
        dataOutput.writeLong(upFlow);
        dataOutput.writeLong(downFlow);
        dataOutput.writeLong(sumFlow);
    }

    @Override
    public void readFields(DataInput dataInput) throws IOException {
        upFlow = dataInput.readLong();
        downFlow = dataInput.readLong();
        sumFlow = dataInput.readLong();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "FlowBean{" +
                "upFlow=" + upFlow +
                ", downFlow=" + downFlow +
                ", sumFlow=" + sumFlow +
                '}';
    }
}

②编写Mapper类

public class FlowCountMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, FlowBean> {

    Text k = new Text();
    FlowBean v = new FlowBean();

    @Override
    protected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        //1.获取行
        String line = value.toString();
        //2.根据空格切分
        String[] fields = line.split("\t");
        //3.取出想要对象
        String phone = fields[1];
        long upFlow = Long.parseLong(fields[fields.length - 3]);
        long downFlow = Long.parseLong(fields[fields.length - 2]);
        k.set(phone);
        v.set(upFlow, downFlow);
        context.write(k, v);
    }
}

③编写Reducer类

public class FlowCountReducer extends Reducer<Text, FlowBean, Text, FlowBean> {
    long sum_upFlow;
    long sum_downFlow;
    FlowBean v = new FlowBean();

    @Override
    protected void reduce(Text key, Iterable<FlowBean> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        sum_upFlow = 0;
        sum_downFlow = 0;
        values.forEach(value -> {
            sum_upFlow += value.getUpFlow();
            sum_downFlow += value.getDownFlow();
        });
        v.set(sum_upFlow, sum_downFlow);
        context.write(key, v);
    }
}

④编写Driver驱动类

public class FlowCountDriver {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, InterruptedException {
        //1.获取配置信息以及封装任务
        Configuration configuration = new Configuration();
        Job job = Job.getInstance(configuration);

        //2.设置jar的加载路径
        job.setJarByClass(FlowCountDriver.class);

        //3.设置map和reduce类
        job.setMapperClass(FlowCountMapper.class);
        job.setReducerClass(FlowCountReducer.class);

        //4.设置map输出类型
        job.setMapOutputKeyClass(Text.class);
        job.setMapOutputValueClass(FlowBean.class);

        //5.设置最终输出kv类型
        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(FlowBean.class);

        //6.设置输入输出路径
        FileInputFormat.setInputPaths(job, new Path(args[0]));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));

        //7.提交
        boolean result = job.waitForCompletion(true);

        System.exit(result ? 0 : 1);
    }
}

⑤最终效果