数据倾斜解决方案

数据倾斜的解决，跟之前讲解的性能调优，有一点异曲同工之妙。

性能调优中最有效最直接最简单的方式就是加资源加并行度，并注意RDD架构（复用同一个RDD，加上cache缓存）。相对于前面，shuffle、jvm等是次要的。

6.1、原理以及现象分析

6.1.1、数据倾斜怎么出现的

在执行shuffle操作的时候，是按照key，来进行values的数据的输出、拉取和聚合的。

同一个key的values，一定是分配到一个reduce task进行处理的。

多个key对应的values，比如一共是90万。可能某个key对应了88万数据，被分配到一个task上去面去执行。

另外两个task，可能各分配到了1万数据，可能是数百个key，对应的1万条数据。

这样就会出现数据倾斜问题。

想象一下，出现数据倾斜以后的运行的情况。很糟糕！

其中两个task，各分配到了1万数据，可能同时在10分钟内都运行完了。另外一个task有88万条，88 * 10 = 880分钟 = 14.5个小时。

大家看，本来另外两个task很快就运行完毕了（10分钟），但是由于一个拖后腿的家伙，第三个task，要14.5个小时才能运行完，就导致整个spark作业，也得14.5个小时才能运行完。

数据倾斜，一旦出现，是不是性能杀手？！

6.1.2、发生数据倾斜以后的现象

Spark数据倾斜，有两种表现：

1、你的大部分的task，都执行的特别特别快，（你要用client模式，standalone client，yarn client，本地机器一执行spark-submit脚本，就会开始打印log），task175 finished，剩下几个task，执行的特别特别慢，前面的task，一般1s可以执行完5个，最后发现1000个task，998，999 task，要执行1个小时，2个小时才能执行完一个task。

出现以上loginfo，就表明出现数据倾斜了。

这样还算好的，因为虽然老牛拉破车一样非常慢，但是至少还能跑。

2、另一种情况是，运行的时候，其他task都执行完了，也没什么特别的问题，但是有的task，就是会突然间报了一个OOM，JVM Out Of Memory，内存溢出了，task failed，task lost，resubmitting task。反复执行几次都到了某个task就是跑不通，最后就挂掉。

某个task就直接OOM，那么基本上也是因为数据倾斜了，task分配的数量实在是太大了！所以内存放不下，然后你的task每处理一条数据，还要创建大量的对象，内存爆掉了。

这样也表明出现数据倾斜了。

这种就不太好了，因为你的程序如果不去解决数据倾斜的问题，压根儿就跑不出来。

作业都跑不完，还谈什么性能调优这些东西？！

6.1.3、定位数据倾斜出现的原因与出现问题的位置

根据log去定位

出现数据倾斜的原因，基本只可能是因为发生了shuffle操作，在shuffle的过程中，出现了数据倾斜的问题。因为某个或者某些key对应的数据，远远的高于其他的key。

1、你在自己的程序里面找找，哪些地方用了会产生shuffle的算子，groupByKey、countByKey、reduceByKey、join

2、看log

log一般会报是在你的哪一行代码，导致了OOM异常。或者看log，看看是执行到了第几个stage。spark代码，是怎么划分成一个一个的stage的。哪一个stage生成的task特别慢，就能够自己用肉眼去对你的spark代码进行stage的划分，就能够通过stage定位到你的代码，到底哪里发生了数据倾斜。

1、使用Hive ETL预处理数据

方案适用场景：

如果导致数据倾斜的是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。

2、过滤少数导致倾斜的key

方案适用场景：

如果发现导致倾斜的key就少数几个，而且对计算本身的影响并不大的话，那么很适合使用这种方案。比如99%的key就对应10条数据，但是只有一个key对应了100万数据，从而导致了数据倾斜。

方案实现思路：

如果我们判断那少数几个数据量特别多的key，对作业的执行和计算结果不是特别重要的话，那么干脆就直接过滤掉那少数几个key。比如，在Spark SQL中可以使用where子句过滤掉这些key或者在Spark Core中对RDD执行filter算子过滤掉这些key。如果需要每次作业执行时，动态判定哪些key的数据量最多然后再进行过滤，那么可以使用sample算子对RDD进行采样，然后计算出每个key的数量，取数据量最多的key过滤掉即可。

方案实现原理：

将导致数据倾斜的key给过滤掉之后，这些key就不会参与计算了，自然不可能产生数据倾斜。

3、提高shuffle操作的并行度

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个不同的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。

4、双重聚合

方案适用场景：

对RDD执行reduceByKey等聚合类shuffle算子或者在Spark SQL中使用group by语句进行分组聚合时，比较适用这种方案。

方案实现思路：

这个方案的核心实现思路就是进行两阶段聚合。第一次是局部聚合，先给每个key都打上一个随机数，比如10以内的随机数，此时原先一样的key就变成不一样的了，比如(hello, 1) (hello, 1) (hello, 1) (hello, 1)，就会变成(1_hello, 1) (1_hello, 1) (2_hello, 1) (2_hello, 1)。接着对打上随机数后的数据，执行reduceByKey等聚合操作，进行局部聚合，那么局部聚合结果，就会变成了(1_hello, 2) (2_hello, 2)。然后将各个key的前缀给去掉，就会变成(hello,2)(hello,2)，再次进行全局聚合操作，就可以得到最终结果了，比如(hello, 4)。

方案实现原理：

将原本相同的key通过附加随机前缀的方式，变成多个不同的key，就可以让原本被一个task处理的数据分散到多个task上去做局部聚合，进而解决单个task处理数据量过多的问题。接着去除掉随机前缀，再次进行全局聚合，就可以得到最终的结果。如果一个RDD中有一个key导致数据倾斜，同时还有其他的key，那么一般先对数据集进行抽样，然后找出倾斜的key,再使用filter对原始的RDD进行分离为两个RDD，一个是由倾斜的key组成的RDD1，一个是由其他的key组成的RDD2，那么对于RDD1可以使用加随机前缀进行多分区多task计算，对于另一个RDD2正常聚合计算，最后将结果再合并起来。

随机前缀加几，ReduceByKey分几个区。

5、将reduce join转为map join（彻底避免数据倾斜）

BroadCast+filter(或者map)

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。

6、采样倾斜key并分拆join操作

方案适用场景：

两个RDD/Hive表进行join的时候，如果数据量都比较大，无法采用“解决方案五”，那么此时可以看一下两个RDD/Hive表中的key分布情况。如果出现数据倾斜，是因为其中某一个RDD/Hive表中的少数几个key的数据量过大，而另一个RDD/Hive表中的所有key都分布比较均匀，那么采用这个解决方案是比较合适的。

方案实现思路：

对包含少数几个数据量过大的key的那个RDD，通过sample算子采样出一份样本来，然后统计一下每个key的数量，计算出来数据量最大的是哪几个key。然后将这几个key对应的数据从原来的RDD中拆分出来，形成一个单独的RDD，并给每个key都打上n以内的随机数作为前缀，而不会导致倾斜的大部分key形成另外一个RDD。接着将需要join的另一个RDD，也过滤出来那几个倾斜key对应的数据并形成一个单独的RDD，将每条数据膨胀成n条数据，这n条数据都按顺序附加一个0~n的前缀，不会导致倾斜的大部分key也形成另外一个RDD。再将附加了随机前缀的独立RDD与另一个膨胀n倍的独立RDD进行join，此时就可以将原先相同的key打散成n份，分散到多个task中去进行join了。而另外两个普通的RDD就照常join即可。最后将两次join的结果使用union算子合并起来即可，就是最终的join结果。

7、使用随机前缀和扩容RDD进行join

方案适用场景：

如果在进行join操作时，RDD中有大量的key导致数据倾斜，那么进行分拆key也没什么意义，此时就只能使用最后一种方案来解决问题了。

方案实现思路：

该方案的实现思路基本和“解决方案六”类似，首先查看RDD/Hive表中的数据分布情况，找到那个造成数据倾斜的RDD/Hive表，比如有多个key都对应了超过1万条数据。然后将该RDD的每条数据都打上一个n以内的随机前缀。同时对另外一个正常的RDD进行扩容，将每条数据都扩容成n条数据，扩容出来的每条数据都依次打上一个0~n的前缀。最后将两个处理后的RDD进行join即可。

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