1.2 数据倾斜优化

1.2.1 为何要处理数据倾斜(Data Skew)

什么是数据倾斜？对 Spark/Hadoop 这样的大数据系统来讲，数据量大并不可怕，可怕的是数据倾斜。

何谓数据倾斜？数据倾斜指的是，并行处理的数据集中，某一部分(如 Spark 或 Kafka 的一个 Partition)的数据显著多于其它部分，从而使得该部分的处理速度成为整个数据集处理的瓶颈。

如果数据倾斜没有解决，完全没有可能进行性能调优，其他所有的调优手段都是一个笑话。数据倾斜是最能体现一个 spark 大数据工程师水平的性能调优问题。

数据倾斜如果能够解决的话，代表对 spark 运行机制了如指掌。数据倾斜俩大直接致命后果。

  (1)数据倾斜直接会导致一种情况：Out Of Memory。

  (2)运行速度慢，特别慢，非常慢，极端的慢，不可接受的慢。

我们以 100 亿条数据为例子。个别 Task(80 亿条数据的那个 Task)处理过度大量数据。导致拖慢了整个 Job 的执行时间。这可能导致该 Task 所在的机器 OOM，或者运行速度非常慢。

数据倾斜是如何造成的呢？

  在 Shuffle 阶段。同样 Key 的数据条数太多了。导致了某个 key(上图中的 80 亿条)所在的 Task 数据量太大了。远远超过其他 Task 所处理的数据量。而这样的场景太常见了。二八定律可以证实这种场景。

搞定数据倾斜需要：

  (1)搞定 shuffle

  (2)搞定业务场景

  (3)搞定 cpu core 的使用情况

  (4)搞定 OOM 的根本原因等

  所以搞定了数据倾斜需要对至少以上的原理了如指掌。所以搞定数据倾斜是关键中的关键。

  一个经验结论是：一般情况下，OOM 的原因都是数据倾斜。某个 task 任务数据量太大，GC 的压力就很大。这比不了 Kafka，因为 kafka 的内存是不经过 JVM 的，是基于 Linux 内核的 Page。

  数据倾斜的原理很简单：在进行 shuffle 的时候，必须将各个节点上相同的 key 拉取到某个节点上的一个 task 来进行处理，比如按照 key 进行聚合或 join 等操作。此时如果某个 key 对应的数据量特别大的话，就会发生数据倾斜。比如大部分 key 对应 10 条数据，但是个别 key 却对应了 100 万条数据，那么大部分 task 可能就只会分配到 10 条数据，然后 1 秒钟就运行完了；但是个别 task 可能分配到了 100 万数据，要运行一两个小时。因此，整个 Spark 作业的运行进度是由运行时间最长的那个 task 决定的。

  因此出现数据倾斜的时候，Spark 作业看起来会运行得非常缓慢，甚至可能因为某个 task 处理的数据量过大导致内存溢出。

  下图就是一个很清晰的例子：hello 这个 key，在三个节点上对应了总共 7 条数据，这些数据都会被拉取到同一个 task 中进行处理；而 world 和 you 这两个 key 分别才对应 1 条数据，所以另外两个 task 只要分别处理 1 条数据即可。此时第一个 task 的运行时间可能是另外两个 task 的 7 倍，而整个 stage 的运行速度也由运行最慢的那个 task 所决定。

由于同一个 Stage 内的所有 Task 执行相同的计算，在排除不同计算节点计算能力差异的前提下，不同 Task 之间耗时的差异主要由该 Task 所处理的数据量决定。

1.2.2 如何定位导致数据倾斜的代码

  数据倾斜只会发生在 shuffle 过程中。这里给大家罗列一些常用的并且可能会触发 shuffle 操作的算子：distinct、groupByKey、reduceByKey、aggregateByKey、join、cogroup、repartition 等。出现数据倾斜时，可能就是你的代码中使用了这些算子中的某一个所导致的。

1、某个 task 执行特别慢的情况

  首先要看的，就是数据倾斜发生在第几个 stage 中。

  可以通过 Spark Web UI 来查看当前运行到了第几个 stage，看一下当前这个 stage 各个 task 分配的数据量，从而进一步确定是不是 task 分配的数据不均匀导致了数据倾斜。

  比如下图中，倒数第三列显示了每个 task 的运行时间。明显可以看到，有的 task 运行特别快，只需要几秒钟就可以运行完；而有的 task 运行特别慢，需要几分钟才能运行完，此时单从运行时间上看就已经能够确定发生数据倾斜了。此外，倒数第一列显示了每个 task 处理的数据量，明显可以看到，运行时间特别短的 task 只需要处理几百 KB 的数据即可，而运行时间特别长的 task 需要处理几千 KB 的数据，处理的数据量差了 10 倍。此时更加能够确定是发生了数据倾斜。

知道数据倾斜发生在哪一个 stage 之后，接着我们就需要根据 stage 划分原理，推算出来发生倾斜的那个 stage 对应代码中的哪一部分，这部分代码中肯定会有一个 shuffle 类算子。精准推算 stage 与代码的对应关系，这里介绍一个相对简单实用的推算方法：只要看到 Spark 代码中出现了一个 shuffle 类算子或者是 Spark SQL 的 SQL 语句中出现了会导致 shuffle 的语句(比如 group by 语句)，那么就可以判定，以那个地方为界限划分出了前后两个 stage。

  这里我们就以 Spark 最基础的入门程序--单词计数来举例，如何用最简单的方法大致推算出一个 stage 对应的代码。如下示例，在整个代码中，只有一个 reduceByKey 是会发生 shuffle 的算子，因此就可以认为，以这个算子为界限，会划分出前后两个 stage。

  stage0，主要是执行从 textFile 到 map 操作，以及执行 shuffle write 操作。shuffle write 操作，我们可以简单理解为对 pairs RDD 中的数据进行分区操作，每个 task 处理的数据中，相同的 key 会写入同一个磁盘文件内。

  stage1，主要是执行从 reduceByKey 到 collect 操作，stage1 的各个 task 一开始运行，就会首先执行 shuffle read 操作。执行 shuffle read 操作的 task，会从 stage0 的各个 task 所在节点拉取属于自己处理的那些 key，然后对同一个 key 进行全局性的聚合或 join 等操作，在这里就是对 key 的 value 值进行累加。stage1 在执行完 reduceByKey 算子之后，就计算出了最终的 wordCounts RDD，然后会执行 collect 算子，将所有数据拉取到 Driver 上，供我们遍历和打印输出。

示例代码：

val conf = new SparkConf()val sc = new SparkContext(conf)val lines = sc.textFile("hdfs://...")val words = lines.flatMap(_.split(" "))val pairs = words.map((_, 1))val wordCounts = pairs.reduceByKey(_ + _)wordCounts.collect().foreach(println(_))

通过对单词计数程序的分析，希望能够让大家了解最基本的 stage 划分的原理，以及 stage 划分后 shuffle 操作是如何在两个 stage 的边界处执行的。然后我们就知道如何快速定位出发生数据倾斜的 stage 对应代码的哪一个部分了。比如我们在 Spark Web UI 或者本地 log 中发现，stage1 的某几个 task 执行得特别慢，判定 stage1 出现了数据倾斜，那么就可以回到代码中定位出 stage1 主要包括了 reduceByKey 这个 shuffle 类算子，此时基本就可以确定是由 reduceByKey 算子导致的数据倾斜问题。比如某个单词出现了 100 万次，其他单词才出现 10 次，那么 stage1 的某个 task 就要处理 100 万数据，整个 stage 的速度就会被这个 task 拖慢。

2、某个 task 莫名其妙内存溢出的情况

  这种情况下去定位出问题的代码就比较容易了。我们建议直接看 yarn-client 模式下本地 log 的异常栈，或者是通过 YARN 查看 yarn-cluster 模式下的 log 中的异常栈。一般来说，通过异常栈信息就可以定位到你的代码中哪一行发生了内存溢出。然后在那行代码附近找找，一般也会有 shuffle 类算子，此时很可能就是这个算子导致了数据倾斜。

  但是大家要注意的是，不能单纯靠偶然的内存溢出就判定发生了数据倾斜。因为自己编写的代码的 bug，以及偶然出现的数据异常，也可能会导致内存溢出。因此还是要按照上面所讲的方法，通过 Spark Web UI 查看报错的那个 stage 的各个 task 的运行时间以及分配的数据量，才能确定是否是由于数据倾斜才导致了这次内存溢出。

3、查看导致数据倾斜的 key 的数据分布情况

  知道了数据倾斜发生在哪里之后，通常需要分析一下那个执行了 shuffle 操作并且导致了数据倾斜的 RDD/Hive 表，查看一下其中 key 的分布情况。这主要是为之后选择哪一种技术方案提供依据。针对不同的 key 分布与不同的 shuffle 算子组合起来的各种情况，可能需要选择不同的技术方案来解决。

  此时根据你执行操作的情况不同，可以有很多种查看 key 分布的方式：

  如果是 Spark SQL 中的 group by、join 语句导致的数据倾斜，那么就查询一下 SQL 中使用的表的 key 分布情况。

  如果是对 Spark RDD 执行 shuffle 算子导致的数据倾斜，那么可以在 Spark 作业中加入查看 key 分布的代码，比如 RDD.countByKey()。然后对统计出来的各个 key 出现的次数，collect/take 到客户端打印一下，就可以看到 key 的分布情况。

  举例来说，对于上面所说的单词计数程序，如果确定了是 stage1 的 reduceByKey 算子导致了数据倾斜，那么就应该看看进行 reduceByKey 操作的 RDD 中的 key 分布情况，在这个例子中指的就是 pairs RDD 。如下示例，我们可以先对 pairs 采样 10% 的样本数据，然后使用 countByKey 算子统计出每个 key 出现的次数，最后在客户端遍历和打印样本数据中各个 key 的出现次数。

示例代码：

val sampledPairs = pairs.sample(false, 0.1)val sampledWordCounts = sampledPairs.countByKey()sampledWordCounts.foreach(println(_))

1.2.3 如何缓解/消除数据倾斜

1、尽量避免数据源的数据倾斜

• 比如数据源是Kafka

  以 Spark Stream 通过 DirectStream 方式读取 Kafka 数据为例。由于 Kafka 的每一个 Partition 对应 Spark 的一个 Task(Partition)，所以 Kafka 内相关 Topic 的各 Partition 之间数据是否平衡，直接决定 Spark 处理该数据时是否会产生数据倾斜。

  Kafka 某一 Topic 内消息在不同 Partition 之间的分布，主要由 Producer 端所使用的 Partition 实现类决定。如果使用随机 Partitioner，则每条消息会随机发送到一个 Partition 中，从而从概率上来讲，各 Partition 间的数据会达到平衡。此时源 Stage(直接读取 Kafka 数据的 Stage)不会产生数据倾斜。

  但很多时候，业务场景可能会要求将具备同一特征的数据顺序消费，此时就需要将具有相同特征的数据放于同一个 Partition 中。一个典型的场景是，需要将同一个用户相关的 PV 信息置于同一个 Partition 中。此时，如果产生了数据倾斜，则需要通过其它方式处理。

• 比如数据源是Hive

  导致数据倾斜的是 Hive 表。如果该 Hive 表中的数据本身很不均匀(比如某个 key 对应了 100 万数据，其他 key 才对应了10条数据)，而且业务场景需要频繁使用 Spark 对 Hive 表执行某个分析操作，那么比较适合使用这种技术方案。

  方案实现思路：此时可以评估一下，是否可以通过 Hive 来进行数据预处理(即通过 Hive ETL 预先对数据按照 key 进行聚合，或者是预先和其他表进行 join)，然后在 Spark 作业中针对的数据源就不是原来的 Hive 表了，而是预处理后的 Hive 表。此时由于数据已经预先进行过聚合或 join 操作了，那么在 Spark 作业中也就不需要使用原先的 shuffle 类算子执行这类操作了。

  方案实现原理：这种方案从根源上解决了数据倾斜，因为彻底避免了在 Spark 中执行 shuffle 类算子，那么肯定就不会有数据倾斜的问题了。但是这里也要提醒一下大家，这种方式属于治标不治本。因为毕竟数据本身就存在分布不均匀的问题，所以 Hive ETL 中进行 group by 或者 join 等 shuffle 操作时，还是会出现数据倾斜，导致 Hive ETL 的速度很慢。我们只是把数据倾斜的发生提前到了 Hive ETL 中，避免 Spark 程序发生数据倾斜而已。

  方案优点：实现起来简单便捷，效果还非常好，完全规避掉了数据倾斜，Spark 作业的性能会大幅度提升。

  方案缺点：治标不治本，Hive ETL 中还是会发生数据倾斜。

  方案实践经验：在一些 Java 系统与 Spark 结合使用的项目中，会出现 Java 代码频繁调用 Spark 作业的场景，而且对 Spark 作业的执行性能要求很高，就比较适合使用这种方案。将数据倾斜提前到上游的 Hive ETL，每天仅执行一次，只有那一次是比较慢的，而之后每次 Java 调用 Spark 作业时，执行速度都会很快，能够提供更好的用户体验。

  项目实践经验：在美团·点评的交互式用户行为分析系统中使用了这种方案，该系统主要是允许用户通过 Java Web 系统提交数据分析统计任务，后端通过 Java 提交 Spark 作业进行数据分析统计。要求 Spark 作业速度必须要快，尽量在 10 分钟以内，否则速度太慢，用户体验会很差。所以我们将有些 Spark 作业的 shuffle 操作提前到了 Hive ETL 中，从而让 Spark 直接使用预处理的 Hive 中间表，尽可能地减少 Spark 的 shuffle 操作，大幅度提升了性能，将部分作业的性能提升了 6 倍以上。

2、调整并行度：分散同一个 Task 的不同 Key

  方案适用场景：如果我们必须要对数据倾斜迎难而上，那么建议优先使用这种方案，因为这是处理数据倾斜最简单的一种方案。

  方案实现思路：在对 RDD 执行 shuffle 算子时，给 shuffle 算子传入一个参数，比如 reduceByKey(1000)，该参数就设置了这个 shuffle 算子执行时 shuffle read task 的数量。对于 Spark SQL 中的 shuffle 类语句，比如 group by、join 等，需要设置一个参数，即 spark.sql.shuffle.partitions，该参数代表了 shuffle read task 的并行度，该值默认是 200，对于很多场景来说都有点过小。

  方案实现原理：增加 shuffle read task 的数量，可以让原本分配给一个 task 的多个 key 分配给多个 task，从而让每个 task 处理比原来更少的数据。举例来说，如果原本有 5 个 key，每个 key 对应 10 条数据，这 5 个 key 都是分配给一个 task 的，那么这个 task 就要处理 50 条数据。而增加了 shuffle read task 以后，每个 task 就分配到一个 key，即每个 task 就处理 10 条数据，那么自然每个 task 的执行时间都会变短了。具体原理如下图所示。

  方案优点：实现起来比较简单，可以有效缓解和减轻数据倾斜的影响。

  方案缺点：只是缓解了数据倾斜而已，没有彻底根除问题，根据实践经验来看，其效果有限。

  方案实践经验：该方案通常无法彻底解决数据倾斜，因为如果出现一些极端情况，比如某个 key 对应的数据量有 100 万，那么无论你的 task 数量增加到多少，这个对应着 100 万数据的 key 肯定还是会分配到一个 task 中去处理，因此注定还是会发生数据倾斜的。所以这种方案只能说是在发现数据倾斜时尝试使用的第一种手段，尝试去用最简单的方法缓解数据倾斜而已，或者是和其他方案结合起来使用。

  方案实现原理：Spark 在做 Shuffle 时，默认使用 HashPartitioner(非 Hash Shuffle)对数据进行分区。如果并行度设置的不合适，可能造成大量不相同的 Key 对应的数据被分配到了同一个 Task 上，造成该 Task 所处理的数据远大于其它 Task，从而造成数据倾斜。

  如果调整 Shuffle 时的并行度，使得原本被分配到同一 Task 的不同 Key 发配到不同 Task 上处理，则可降低原 Task 所需处理的数据量，从而缓解数据倾斜问题造成的短板效应。

Step1：准备原始数据

原始数据格式：

20111230000005    57375476989eea12893c0c3811607bcf    奇艺高清    1   1   http://www.qiyi.com/20111230000005    66c5bb7774e31d0a22278249b26bc83a    凡人修仙传   3   1   http://www.booksky.org/BookDetail.aspx?BookID=1050804&Level=120111230000007    b97920521c78de70ac38e3713f524b50    本本联盟    1   1   http://www.bblianmeng.com/20111230000008    6961d0c97fe93701fc9c0d861d096cd9    华南师范大学图书馆   1   1   http://lib.scnu.edu.cn/

数据说明：

==========数据格式==========访问时间        用户id                              查询词      该URL在返回结果中的排名     用户点击的顺序号    用户点击的URL20111230000005    57375476989eea12893c0c3811607bcf    奇艺高清    1   1   http://www.qiyi.com/==========数据注意==========1、其中用户 ID 是根据用户使用浏览器访问搜索引擎时的 Cookie 信息自动赋值，即同一次使用浏览器输入的不同查询对应同一个用户 ID。2、数据字段之间用“”进行分割

Step2：给原始数据增加 ID 属性

  处理原理：将 RDD 通过 zipWithIndex 实现 ID 添加，将 RDD 以制表符分割并转换为 ArrayBuffer，然后通过 mkString 将数据以 Text 输出。

(1)将原始数据上传到到 HDFS 上

[atguigu@hadoop102 software]$ pwd/opt/software[atguigu@hadoop102 software]$ /opt/module/hadoop-2.7.2/bin/hdfs dfs -put ./source.txt /SLF4J: Class path contains multiple SLF4J bindings.SLF4J: Found binding in [jar:file:/opt/module/hadoop-2.7.2/share/hadoop/common/lib/slf4j-log4j12-1.7.10.jar!/org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder.class]SLF4J: Found binding in [jar:file:/opt/module/hbase/lib/slf4j-log4j12-1.7.5.jar!/org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder.class]SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#multiple_bindings for an explanation.SLF4J: Actual binding is of type [org.slf4j.impl.Log4jLoggerFactory][atguigu@hadoop102 software]$ /opt/module/hadoop-2.7.2/bin/hdfs dfs -ls /SLF4J: Class path contains multiple SLF4J bindings.SLF4J: Found binding in [jar:file:/opt/module/hadoop-2.7.2/share/hadoop/common/lib/slf4j-log4j12-1.7.10.jar!/org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder.class]SLF4J: Found binding in [jar:file:/opt/module/hbase/lib/slf4j-log4j12-1.7.5.jar!/org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder.class]SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#multiple_bindings for an explanation.SLF4J: Actual binding is of type [org.slf4j.impl.Log4jLoggerFactory]Found 11 itemsdrwxr-xr-x   - atguigu supergroup          0 2019-04-28 18:26 /datadrwxr-xr-x   - atguigu supergroup          0 2019-05-03 01:17 /directorydrwxr-xr-x   - atguigu supergroup          0 2019-04-17 19:56 /event_logs-rw-r--r--   1 atguigu supergroup    1247306 2019-04-30 19:03 /graphx-wiki-edges.txt-rw-r--r--   1 atguigu supergroup     946608 2019-04-30 19:04 /graphx-wiki-vertices.txtdrwxr-xr-x   - atguigu supergroup          0 2019-04-30 09:34 /hbase-rw-r--r--   1 atguigu supergroup  114845849 2019-05-03 10:12 /source.txtdrwxr-xr-x   - atguigu supergroup          0 2019-04-29 11:26 /sparkdrwxr-xr-x   - atguigu supergroup          0 2019-04-28 00:24 /spark_warehousedrwxrwx---   - atguigu supergroup          0 2019-04-18 10:23 /tmpdrwxr-xr-x   - atguigu supergroup          0 2019-04-22 11:23 /user[atguigu@hadoop102 software]$ 

(2)通过 spark-shell 加载原始数据并转换输出

scala> val sourceRdd = sc.textFile("hdfs://hadoop102:9000/source.txt")sourceRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = hdfs://hadoop102:9000/source.txt MapPartitionsRDD[3] at textFile at :24scala> val sourceWithIndexRdd = sourceRdd.zipWithIndex.map(tuple => {val array = scala.collection.mutable.ArrayBuffer[String](); array++=(tuple._1.split("")); tuple._2.toString +=: array; array.toArray})sourceWithIndexRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[Array[String]] = MapPartitionsRDD[5] at map at :26scala> sourceWithIndexRdd.map(_.mkString("")).saveAsTextFile("hdfs://hadoop102:9000/source_index")

HDFS 上查看转换后的结果

[atguigu@hadoop102 ~]$ /opt/module/hadoop-2.7.2/bin/hdfs dfs -ls /source_indexSLF4J: Class path contains multiple SLF4J bindings.SLF4J: Found binding in [jar:file:/opt/module/hadoop-2.7.2/share/hadoop/common/lib/slf4j-log4j12-1.7.10.jar!/org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder.class]SLF4J: Found binding in [jar:file:/opt/module/hbase/lib/slf4j-log4j12-1.7.5.jar!/org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder.class]SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#multiple_bindings for an explanation.SLF4J: Actual binding is of type [org.slf4j.impl.Log4jLoggerFactory]Found 3 items-rw-r--r--   1 atguigu supergroup          0 2019-05-03 10:18 /source_index/_SUCCESS-rw-r--r--   1 atguigu supergroup   60813047 2019-05-03 10:18 /source_index/part-00000-rw-r--r--   1 atguigu supergroup   60921692 2019-05-03 10:18 /source_index/part-00001

Step3：通过 spark-shell 加载新的数据并进行对应处理

#加载添加了id的原始数据scala> val sourceRdd = sc.textFile("hdfs://hadoop102:9000/source_index")sourceRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = hdfs://hadoop102:9000/source_index MapPartitionsRDD[1] at textFile at :24#新建一个 case 类代表数据集scala> case class brower(id: Int, time: Long, uid: String, keyword: String, url_rank: Int, click_num: Int, click_url: String) extends Serializabledefined class brower#通过 case 类创建 Datasetscala> val ds = sourceRdd.map(_.split("")).map(attr => brower(attr(0).toInt, attr(1).toLong, attr(2), attr(3), attr(4).toInt, attr(5).toInt, attr(6))).toDSds: org.apache.spark.sql.Dataset[brower] = [id: int, time: bigint ... 5 more fields]#注册一个临时表scala> ds.createOrReplaceTempView("sourceTable")#执行新的查询scala> val newSource = spark.sql("SELECT CASE WHEN id < 900000 THEN (8  + (CAST (RAND() * 50000 AS bigint)) * 12 ) ELSE id END, time, uid, keyword, url_rank, click_num, click_url  FROM sourceTable")newSource: org.apache.spark.sql.DataFrame = [CASE WHEN (id < 900000) THEN (CAST(8 AS BIGINT) + (CAST((rand(-5486683549522524104) * CAST(50000 AS DOUBLE)) AS BIGINT) * CAST(12 AS BIGINT))) ELSE CAST(id AS BIGINT) END: bigint, time: bigint ... 5 more fields]#将 900000 之前的 ID 设定为 12 取余为 8 的 ID 集，当并行度为 12 时，会通过 hash 分区器分区到第 8 个任务#输出新的测试数据scala> newSource.rdd.map(_.mkString("")).saveAsTextFile("hdfs://hadoop102:9000/test_data")

Step4：通过上述处理，一份可能造成后续数据倾斜的测试数据已经准备好

  接下来，使用 Spark 读取该测试数据，并通过 groupByKey(12) 对 id 分组处理，且 Shuffle 并行度为 12。代码如下：

scala> val sourceRdd = sc.textFile("hdfs://hadoop102:9000/test_data/p*")sourceRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = hdfs://hadoop102:9000/test_data/p* MapPartitionsRDD[1] at textFile at :24scala> val kvRdd = sourceRdd.map(x => { val parm = x.split(""); (parm(0).trim().toInt, parm(1).trim()) })kvRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[(Int, String)] = MapPartitionsRDD[2] at map at :26scala> kvRdd.groupByKey(12).countres0: Long = 150000                                                             scala> :quit

 本次实验所使用集群节点数为 3，每个节点可被 Yarn 使用的 CPU 核数为 3，内存为 2GB。在 Spark-shell 中进行提交。

  GroupBy Stage 的 Task 状态如下图所示，Task 8 处理的记录数为 90 万，远大于(9 倍于)其它 11 个 Task 处理的 10 万记录。而 Task 8 所耗费的时间为1 秒，远高于其它 11 个 Task 的平均时间。整个 Stage 的时间也为 1 秒，该时间主要由最慢的 Task 8 决定。数据之间处理的比例最大为 105 倍。

在这种情况下，可以通过调整 Shuffle 并行度，使得原来被分配到同一个 Task(即该例中的 Task 8)的不同 Key 分配到不同 Task，从而降低 Task 8 所需处理的数据量，缓解数据倾斜。

  通过 groupByKey(17) 将 Shuffle 并行度调整为 17，重新提交到 Spark。新的 Job 的 GroupBy Stage 所有 Task 状态如下图所示。

scala> val sourceRdd = sc.textFile("hdfs://hadoop102:9000/test_data/p*")sourceRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = hdfs://hadoop102:9000/test_data/p* MapPartitionsRDD[1] at textFile at :24scala> val kvRdd = sourceRdd.map(x =>{ val parm=x.split("");(parm(0).trim().toInt, parm(1).trim()) })kvRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[(Int, String)] = MapPartitionsRDD[2] at map at :26scala> kvRdd.groupByKey(17).countres0: Long = 150000                                                             scala> :quit

从上图可知，相比以上次一计算，目前每一个计算的数据都比较平均，数据之间的最大比例基本为 1:1，总体时间降到了 0.8 秒。

  在这种场景下，调整并行度，并不意味着一定要增加并行度，也可能是减小并行度。如果通过 groupByKey(7) 将 Shuffle 并行度调整为 7，重新提交到 Spark。新 Job 的 GroupBy Stage 的所有 Task 状态如下图所示。

 从上图可见，处理记录数都比较平均。

总结：

  适用场景：大量不同的 Key 被分配到了相同的 Task 造成该 Task 数据量过大。

  解决方案：调整并行度。一般是增大并行度，但有时如本例减小并行度也可达到效果。

  方案优点：实现简单，可在需要 Shuffle 的操作算子上直接设置并行度或者使用 spark.default.parallelism 设置。如果是 Spark SQL，还可通过 SET spark.sql.shuffle.partitions=[num_tasks] 设置并行度。可用最小的代价解决问题。一般如果出现数据倾斜，都可以通过这种方法先试验几次，如果问题未解决，再尝试其它方法。

  方案缺点：适用场景少，只能将分配到同一 Task 的不同 Key 分散开，但对于同一 Key 倾斜严重的情况该方法并不适用。并且该方法一般只能缓解数据倾斜，没有彻底消除问题。从实践经验来看，其效果一般。

3、自定义 Partitioner

  方案原理：使用自定义的 Partitioner(默认为 HashPartitioner)，将原本被分配到同一个 Task 的不同 Key 分配到不同 Task。

案例：

  以上述数据集为例，继续将并发度设置为 12，但是在 groupByKey 算子上，使用自定义的 Partitioner，实现如下：

class CustomerPartitioner(numParts: Int) extends org.apache.spark.Partitioner {  // 覆盖分区数  override def numPartitions: Int = numParts  // 覆盖分区号获取函数  override def getPartition(key: Any): Int = {    val id: Int = key.toString.toInt    if (id <= 900000)      return new java.util.Random().nextInt(100) % 12    else      return id % 12  }}

执行如下代码：scala> :paste// Entering paste mode (ctrl-D to finish)class CustomerPartitioner(numParts: Int) extends org.apache.spark.Partitioner {  // 覆盖分区数  override def numPartitions: Int = numParts  // 覆盖分区号获取函数  override def getPartition(key: Any): Int = {    val id: Int = key.toString.toInt    if (id <= 900000)      return new java.util.Random().nextInt(100) % 12    else      return id % 12  }}// Exiting paste mode, now interpreting.defined class CustomerPartitionerscala> val sourceRdd = sc.textFile("hdfs://hadoop102:9000/test_data/p*")sourceRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = hdfs://hadoop102:9000/test_data/p* MapPartitionsRDD[10] at textFile at :24scala> val kvRdd = sourceRdd.map(x =>{ val parm=x.split("");(parm(0).trim().toInt, parm(1).trim()) })kvRdd: org.apache.spark.rdd.RDD[(Int, String)] = MapPartitionsRDD[11] at map at :26scala> kvRdd.groupByKey(new CustomerPartitioner(12)).countres5: Long = 565650                                scala> :quit

  由下图可见，使用自定义 Partition 后，各 Task 所处理的数据集大小相当。

总结：

  方案适用场景：大量不同的 Key 被分配到了相同的 Task 造成该 Task 数据量过大。

  解决方案：使用自定义的 Partitioner 实现类代替默认的 HashPartitioner，尽量将所有不同的 Key 均匀分配到不同的 Task 中。

  方案优点：不影响原有的并行度设计。如果改变并行度，后续 Stage 的并行度也会默认改变，可能会影响后续 Stage。

  方案缺点：适用场景有限，只能将不同 Key 分散开，对于同一 Key 对应数据集非常大的场景不适用。效果与调整并行度类似，只能缓解数据倾斜而不能完全消除数据倾斜。而且需要根据数据特点自定义专用的 Partitioner，不够灵活。

4、将 Reduce side Join 转变为 Map side Join

  方案适用场景：在对 RDD 使用 join 类操作，或者是在 Spark SQL 中使用 join 语句时，而且 join 操作中的一个 RDD 或表的数据量比较小(比如几百M 或者一两 G)，比较适用此方案。

  方案实现思路：不使用 join 算子进行连接操作，而使用 Broadcast 变量与 map 类算子实现 join 操作，进而完全规避掉 shuffle 类的操作，彻底避免数据倾斜的发生和出现。将较小 RDD 中的数据直接通过 collect 算子拉取到 Driver 端的内存中来，然后对其创建一个 Broadcast 变量；接着对另外一个 RDD 执行 map 类算子，在算子函数内，从 Broadcast 变量中获取较小 RDD 的全量数据，与当前 RDD 的每一条数据按照连接 key 进行比对，如果连接 key 相同的话，那么就将两个 RDD 的数据用你需要的方式连接起来。

  方案实现原理：普通的 join 是会走 shuffle 过程的，而一旦 shuffle，就相当于会将相同 key 的数据拉取到一个 shuffle read task 中再进行 join，此时就是 reduce join。但是如果一个 RDD 是比较小的，则可以采用广播小 RDD 全量数据 +map 算子来实现与 join 同样的效果，也就是 map join，此时就不会发生 shuffle 操作，也就不会发生数据倾斜。具体原理如下图所示。

方案优点：对 join 操作导致的数据倾斜，效果非常好，因为根本就不会发生 shuffle，也就根本不会发生数据倾斜。

  方案缺点：适用场景较少，因为这个方案只适用于一个大表和一个小表的情况。毕竟我们需要将小表进行广播，此时会比较消耗内存资源，Driver 和每个 Executor 内存中都会驻留一份小 RDD 的全量数据。如果我们广播出去的 RDD 数据比较大，比如 10G 以上，那么就可能发生内存溢出了。因此并不适合两个都是大表的情况。

  通过 Spark 的 Broadcast 机制，将 Reduce 侧 Join 转化为 Map 侧 Join，避免 Shuffle 从而完全消除 Shuffle 带来的数据倾斜。

案例1：

Step1：准备数据

scala> val sourceRdd = sc.textFile("hdfs://hadoop102:9000/source_index/p*")scala> val kvRdd = sourceRdd.map(x => { val parm = x.split(""); (parm(0).trim().toInt, x) } )scala> kvRdd.firstres6: (Int, String) = (0,0    20111230000005  57375476989eea12893c0c3811607bcf    奇艺高清    1   1   http://www.qiyi.com/)scala> val kvRdd2 = kvRdd.map(x => { if(x._1 < 900001) (900001, x._2) else x } )scala> kvRdd2.firstres7: (Int, String) = (900001,0    20111230000005  57375476989eea12893c0c3811607bcf    奇艺高清    1   1   http://www.qiyi.com/)scala> kvRdd2.map(x => x._1 + "," + x._2).saveAsTextFile("hdfs://hadoop102:9000/big_data/")scala> val joinRdd2 = kvRdd.filter(_._1 > 900000)scala> joinRdd2.firstres9: (Int, String) = (900001,900001    20111230093140  5d880d73e96fc08b294999ef87b778ab    凰图腾 4   1   http://www.youku.com/show_page/id_z85090998867b11e0a046.html)scala> joinRdd2.map(x => x._1 + "," + x._2).saveAsTextFile("hdfs://hadoop102:9000/small_data/")

Step2：测试与修正

scala> val sourceRdd = sc.textFile("hdfs://hadoop102:9000/big_data/p*")scala> val sourceRdd2 = sc.textFile("hdfs://hadoop102:9000/small_data/p*")scala> val joinRdd = sourceRdd.map(x => { val parm = x.split(","); (parm(0).trim().toInt, parm(1).trim) })scala> val joinRdd2 = sourceRdd2.map(x => { val parm = x.split(","); (parm(0).trim().toInt, parm(1).trim) })scala> joinRdd.join(joinRdd2).count

通过如下 DAG 图可见，直接通过将 joinRdd(大数据集)和 joinRdd2(小数据集)进行 join 计算，如下：

全部内容请查看链接：https://pan.baidu.com/s/1DfxI1BtwWTkqDjtEDXsjPA

提取码：gta7。里面有PDF版。[灵光一闪]