MapReduce排序机制（Hadoop）

在MapReduce中，排序的目的是为了方便Reduce阶段的处理，通常是为了将相同键的键值对聚合在一起，以便进行聚合操作或其他处理。

1. Map阶段的局部排序（

Local Sorting

）：

• 对于MapTask，它会将处理的结果暂时放到环形缓冲区中，当环形缓冲区使 用率达到一定阈值后，再对缓冲区中的数据进行一次快速排序，并将这些有序数 据溢写到磁盘上，而当数据处理完毕后，它会对磁盘上所有文件进行归并排序。
• 在Map阶段，通常会对Mapper输出的键值对进行局部排序，以便后续的合并或传递给Reducer。
• 这个排序过程在每个Mapper任务内部进行，不涉及跨节点的通信。
• 一般来说，局部排序可以使用内部排序算法，比如快速排序（Quicksort）、归并排序（Mergesort）或堆排序（Heapsort）等。这些算法在排序小规模数据时都有很好的性能表现。
• 这种排序是为了将相同键的键值对聚集在一起，以便后续的合并操作或者直接传递给Reducer进行处理。
• 通常情况下，Map阶段的输出会根据键进行排序，但并不要求所有Mapper输出的数据都需要进行全局排序。

2.Combiner阶段的局部合并（

Local Merging

）：

• 在Map阶段输出数据到Reduce之前，可能会使用Combiner对Mapper输出的中间结果进行局部合并。
• 这个合并过程可以减少数据传输和提高效率，通常也会涉及排序以便合并相同键的键值对。
• 类似于Map阶段局部排序，可以使用内部排序算法来实现。

- 示例：

3.

Shuffle

和

Sort

阶段：

• MapReduce框架将Mapper输出的键值对根据键进行分区（Partition）。 mapreduce分区机制
• 每个分区的数据将被发送到相应的Reducer节点。
• 在传输过程中，框架会对数据进行排序（Sort），以确保每个Reducer节点接收到的数据是有序的。
• 通常使用稳定的排序算法，如归并排序，以确保相同键的键值对在排序后仍然保持相对顺序。
• 这个排序过程可以是基于键的排序，保证Reduce阶段处理的数据是按照键的顺序排列的。

4.

Reduce

阶段：

• 在Shuffle和Sort阶段，数据会在传输过程中进行排序，以确保每个Reducer接收到的数据是按照键的顺序排列的。
• 因此，在Reduce阶段，数据已经是有序的，Reduce任务只需要按照接收到的键值对的顺序进行处理即可，无需再进行额外的排序操作。
• Reduce任务接收到来自各个Mapper的分区数据。
• Reduce任务按照接收到的键值对的顺序进行处理，从而保证输出也是有序的。

5.排序的实现方式：

MapReduce

框架通常会提供默认的排序机制，但也允许用户根据具体需求进行定制化。一般来说，排序机制的实现主要依赖于以下两个方面：

a. 键的比较器（

Key Comparator

）：

键的比较器用于确定两个键的顺序关系，从而实现排序。通常情况下，MapReduce框架会要求用户实现一个自定义的比较器，用于比较键的大小关系。用户可以根据键的类型和排序需求来编写自定义的比较器。

b. 分区函数（

Partitioning Function

）：

分区函数决定了键值对如何被分配到不同的Reduce任务中。

在排序过程中，分区函数会根据键的大小将键值对划分到不同的分区中，从而保证在Reduce阶段每个Reduce任务都能处理一组有序的键值对。

7.

WritableComparable 

排序

WritableComparable

排序是指在 Hadoop 中对自定义数据类型进行排序。在 Hadoop MapReduce 中，键值对是主要的数据单元，当 MapReduce 作业执行过程中需要排序时，通常是根据键进行排序。**而要对键进行排序，键的类型必须实现

WritableComparable

接口。**

WritableComparable 接口

WritableComparable

接口是 Hadoop 中的一个接口，它继承自

Writable

接口，并添加了

Comparable

接口的功能。它定义了两个方法：

1. write(DataOutput out)：将对象的字段按照指定的顺序写入 DataOutput 流中，以便序列化。
2. compareTo(T o)：比较当前对象与指定对象的顺序。返回值为负数表示当前对象在指定对象之前，返回值为零表示两个对象相等，返回值为正数表示当前对象在指定对象之后。

通过实现

WritableComparable

接口，可以指定如何比较自定义数据类型的对象，并且在 Hadoop MapReduce 作业中进行排序。

示例

假设有一个自定义的键类型

CustomKey

，其中包含两个字段

value1

和

value2

，需要根据

value1

字段进行排序。为了实现这个排序功能，需要按照以下步骤进行：

1. CustomKey 类实现 WritableComparable<CustomKey> 接口，并重写其中的方法 write 和 compareTo。
2. 在 compareTo 方法中，指定按照 value1 字段进行排序的逻辑。

importjava.io.DataInput;importjava.io.DataOutput;importjava.io.IOException;importorg.apache.hadoop.io.WritableComparable;publicclassCustomKeyimplementsWritableComparable<CustomKey>{privateint value1;privateint value2;// 省略构造函数和其他方法@Overridepublicvoidwrite(DataOutput out)throwsIOException{
        out.writeInt(value1);
        out.writeInt(value2);}@OverridepublicvoidreadFields(DataInput in)throwsIOException{
        value1 = in.readInt();
        value2 = in.readInt();}@OverridepublicintcompareTo(CustomKey o){// 按照 value1 字段进行比较if(this.value1 < o.value1){return-1;}elseif(this.value1 > o.value1){return1;}else{// 如果 value1 相等，则按照 value2 字段进行比较returnInteger.compare(this.value2, o.value2);}}}

通过实现

WritableComparable

接口并重写

compareTo

方法，可以指定在 Hadoop MapReduce 作业中对

CustomKey

对象进行排序的逻辑。然后，将

CustomKey

类用作 MapReduce 作业的输出键类型，作业执行过程中就会根据指定的排序逻辑对键进行排序。

6.示例

假设我们有一个文本文件，其中包含一些单词及其出现的次数。我们希望使用MapReduce来对这些单词按照字母顺序进行排序，并统计每个单词出现的总次数。

1.

Map

阶段：

假设我们有以下输入数据：

apple 1
banana 2
apple 3
banana 1
cat 2

**在

Map

阶段，我们的

Mapper

任务将处理这些数据，并生成中间键值对。每个键值对的键是单词，值是该单词出现的次数。**

Mapper的输出可能如下所示（假设我们有两个Mapper任务）：
Mapper 1输出：

apple 1
banana 2

Mapper 2输出：

apple 3
banana 1
cat 2

每个Mapper输出的键值对按照键进行局部排序。

2.

Combiner

阶段：

**在本地，Combiner会对Mapper输出的中间结果进行合并，

以减少数据传输量

。假设Combiner合并后的结果如下：**

apple 4
banana 3
cat 2

**

Combiner

合并了相同键的键值对，并将它们的值相加。**

3.

Shuffle

和

Sort

阶段：

MapReduce框架将Combiner输出的键值对根据键进行分区，并在传输过程中进行排序。假设我们有两个Reducer节点，并且我们使用哈希分区函数将键值对分配到Reducer节点。

Reducer 1接收到的分区数据：

apple 4
banana 3

Reducer 2接收到的分区数据：

cat 2

在传输过程中，数据已经根据键进行了排序。

4.

Reduce

阶段：

每个Reducer按照接收到的键值对的顺序进行处理。假设我们的Reduce函数只是简单地将每个单词的总次数进行累加。

Reducer 1输出：

apple 4
banana 3

Reducer 2输出：

cat 2

每个Reducer的输出都是按照键的顺序排列的。

**这就是一个简单的

MapReduce

排序机制的示例。在这个过程中，数据在

Map

阶段进行了

局部排序

，然后在

Shuffle

和

Sort

阶段进行了

全局排序

，最终在Reduce阶段输出了有序的结果。**

总结：

排序是MapReduce中非常重要的一个环节，它决定了在Reduce阶段如何对键值对进行处理。通过合适的排序机制，可以确保Reduce任务能够高效地处理数据，并且保证处理结果的正确性。