目录

Hadoop生态圈

数据流程概述

1.数据采集主要技术

2.数据处理主要技术

3.数据存储技术

行式存储VS列式存储

SQL on Hadoop 调优

1.架构调优

2.语法调优

3.执行调优

Hadoop生态圈

数据流程概述

1.数据采集主要技术

Sqoop：是SQL-to-Hadoop的缩写，主要用于在Hadoop与关系型数据库之间交换数据，通过sqoop可以方便的将数据从MySql、Oracle等关系型数据库导入HDFS、HBase或Hive中，或者反过来。Sqoop主要通过JDBC与关系型数据库交互。

Flume：是Cloudera提供的一个高可用、高可靠、分布式的日志采集、聚合、传输的框架。Flume提供对数据进行简单处理并且写入各种数据接收方的能力。

Kafka：通常来说Flume采集数据的速度和下游处理的速度通常不同步，因此实时平台架构都会用一个消息中间件来缓冲，而这方面最为流行和应用最为广泛的无疑是Kafka。它是由LinkedIn开发的一个分布式消息系统，目前主流的开源分布式处理系统（如Storm和Spark等）都支持与Kafka 集成。Kafka是一个基于分布式的消息发布-订阅系统，特点是速度快、可扩展且持久。与其他消息发布-订阅系统类似，Kafka可在主题中保存消息的信息。生产者向主题写入数据，消费者从主题中读取数据。作为一个分布式的、分区的、低延迟的、冗余的日志提交服务。和Kafka类似消息中间件开源产品还包括RabbiMQ、ActiveMQ、ZeroMQ等。

2.数据处理主要技术

MapReduce：它是一种编程模型，用于大规模数据集（大于1TB）的并行计算。

Hive：是一个机遇Hadoop的数据仓库工具，可用于对Hadoop文件中的数据及进行数据整理、特殊查询和分析存储。Hive SQL实际上先被SQL解析器解析，然后被Hive框架解析成一个MapReduce可执行计划，并按照该计划生产MapReduce任务后交给Hadoop集群处理。适合做数据仓库的统计分析。

Spark：MapReduce和Hive数据处理延迟太高，比较适合做离线计算，不适合迭代计算、DAG(有限无环图)计算和实时计算。Spark具有可伸缩、基于内存计算能特点，可以直接读写Hadoop上任何格式的数据。Spark的作业中间结果可以保存在内存中，不需要读写HDFS，因此能更好适用于数据挖掘和机器学习等需要迭代的MapReduce算法。

Spark也提供类Live的SQL接口，即Spark SQL，来方便数据人员处理和分析数据。

　　Spark还有用于处理实时数据的流计算框架Spark Streaming，其基本原理是将实时流数据分成小的时间片段（秒或几百毫秒），以类似Spark离线批处理的方式来处理这小部分数据。

Storm：MapReduce、Hive和Spark是离线和准实时数据处理的主要工具，而Storm是实时处理数据的。Storm集群表面上和Hadoop集群非常像，但是在Hadoop上面运行的是MapReduce的Job,而在Storm上面运行的是Topology（拓扑）。Storm拓扑任务和Hadoop MapReduce任务一个非常关键的区别在于：1个MapReduce Job最终会结束，而1一个Topology永远运行（除非显示的杀掉它，），所以实际上Storm等实时任务的资源使用相比MapReduce任务等要大很多，因为离线任务运行完就释放掉所使用的计算、内存等资源，而Storm等实时任务必须一直占有直到被显式的杀掉。Storm具有低延迟、分布式、可扩展、高容错等特性，可以保证消息不丢失，目前Storm, 类Storm或基于Storm抽象的框架技术是实时处理、流处理领域主要采用的技术。

Flink：在数据处理领域，Storm只支持流处理任务，而MapReduce, Hive只支持批处理任务。Flink是一个同时面向分布式实时流处理和批量数据处理的开源数据平台，它能基于同一个Flink运行时（Flink Runtime）,提供支持流处理和批处理两种类型应用的功能。Flink完全支持流处理，批处理被作为一种特殊的流处理，只是它的数据流被定义为有界的而已。Flink分别提供了流处理和批处理API，而这两种API也是实现上层面向流处理、批处理类型应用框架的基础。

Beam：Google开源的Beam在Flink基础上更进了一步，不但希望统一批处理和流处理，而且希望统一大数据处理范式和标准。Apache Beam项目重点在于数据处理的的编程范式和接口定义，并不涉及具体执行引擎的实现。Apache Beam希望基于Beam开发的数据处理程序可以执行在任意的分布式计算引擎上。

3.数据存储技术

HDFS：Hadoop Distributed File System,简称FDFS，是一个分布式文件系统。它有一定高度的容错性和高吞吐量的数据访问，非常适合大规模数据集上的应用。HDFS提供了一个高容错性和高吞吐量的海量数据存储解决方案。

HBase：HBase是一种构建在HDFS之上的分布式、面向列族的存储系统。在需要实时读写并随机访问超大规模数据集等场景下，HBase目前是市场上主流的技术选择。

HBase 不是关系型数据库，也不支持SQL，它的特性如下：

1、大：一个表可以有上亿上，上百万列。

2、面向列：面向列表（簇）的存储和权限控制，列（簇）独立检索。

3、稀疏：为空（null）的列不占用存储空间，因此表可以设计的非常稀疏。

4、无模式:：每一行都有一个可以排序的主键和任意多的列。列可以根据需求动态增加，同一张表中不同的行可以有截然不同的列。

5、数据多版本：每个单元的数据可以有多个版本，默认情况下，版本号字段分开，它是单元格插入时的时间戳。

6、数据类型单一：HBase中数据都是字符串，没有类型。

行式存储VS列式存储

列式存储(column-based)是相对于传统关系型数据库的行式存储(Row-basedstorage)来说的。

优缺点：

1）行存储的写入是一次性完成，消耗的时间比列存储少，并且能够保证数据的完整性，缺点是数据读取过程中会产生冗余数据，如果只有少量数据，此影响可以忽略;数量大可能会影响到数据的处理效率。

2）列存储在写入效率、保证数据完整性上都不如行存储，它的优势是在读取过程，不会产生冗余数据，这对数据完整性要求不高的大数据处理领域，比如互联网，犹为重要。
 

SQL on Hadoop 调优

目的：在资源不变的前提下，让作业的执行性能有提升。两大类：CPU负载/IO负载。

1.架构调优

（1）Hive 分区表 partition：是指按照数据表的某列或某些列分为多个区，区从形式上可以理解为文件夹。数据表的内容巨大，在查询时进行全表扫描耗费的资源非常多。这这个情况下，我们可以按照例如日期之类的列对数据表进行分区，不同日期的数据存放在不同的分区，在查询时只要指定分区字段的值就可以直接从该分区查找。

（2）Hive 分桶表：分桶是相对分区进行更细粒度的划分。分桶将整个数据内容安装某列属性值得hash值进行区分，如要安装name属性分为3个桶，就是对name属性值的hash值对3取摸，按照取模结果对数据分桶。如取模结果为0的数据记录存放到一个文件，取模为1的数据存放到一个文件，取模为2的数据存放到一个文件。

（3）充分利用中间结果集：

比如：

select a,b,c from xxx where ...;

select a,c from xxx where ...;

select a,d from xxx where ...;

XXX数据集使用了3次，每次都要对xxx表进行全表检索，非常耗费资源。

考虑充分利用中间数据集：

create table xx_temp as select a,b,c,d from xxx where ...;

select a,b,c from xx_temp;

select a,c from xx_temp;

select a,d from xx_temp;

显然，xx_temp的数据量比xxx小得多，可以降低IO负载，性能得到优化。

（4）使用压缩：压缩技术能够有效减少底层存储系统（HDFS）读写字节数，提高网络带宽和磁盘空间的效率，减小IO负载。但需要注意的是，压缩与解压操作会需要额外的CPU开销，虽然这种开销并不大，但运用不当也可能降低性能。

一般情况下：

• 运算密集型的job，少用压缩
• IO密集型的job，多用压缩

在选取压缩方式时，要考虑是否能切分、压缩比等因素。

压缩性能比较：

2.语法调优

（1）排序（主要是HIVE）

Hive基于HADOOP来执行分布式程序的，和普通单机程序不同的一个特点就是最终的数据会产生多个子文件，每个reducer节点都会处理partition给自己的那份数据产生结果文件，这导致了在HADOOP环境下很难对数据进行全局排序，如果在HADOOP上进行order by全排序，会导致所有的数据集中在一台reducer节点上，然后进行排序，这样很可能会超过单个节点的磁盘和内存存储能力导致任务失败。

• order by 只有一个reduce负责对所有的数据进行排序，若大数据量，则需要较长的时间。建议在小的数据集中使用order by 进行排序。

• order by 可以通过设置hive.mapred.mode参数控制执行方式，若选择strict，则order by 则需要指定limit（若有分区还有指定哪个分区） ；若为nostrict，则与关系型数据库差不多。

• sort by 基本上不受hive.mapred.mode影响，可以通过mapred.reduce.task 指定reduce个数，查询后的数据被分发到相关的reduce中。

• sort by 的数据在进入reduce前就完成排序，如果要使用sort by 是行排序，并且设置map.reduce.tasks>1,则sort by 才能保证每个reducer输出有序，不能保证全局数据有序。

• distribute by 采集hash算法，在map端将查询的结果中hash值相同的结果分发到对应的reduce文件中。

• distribute by 可以使用length方法会根据string类型的长度划分到不同的reduce中，最终输出到不同的文件中。 length 是内建函数，也可以指定其他的函数或这使用自定义函数。

• cluster by 除了distribute by 的功能外，还会对该字段进行排序，所以cluster by = distribute by +sort by 。

（2）控制输出（reduce/partition/task）的数量：一个参数来设置，为什么要设置reduce的个数：决定了数据输出落地的文件的个数

• reduce很多：小文件很多，并且reduce的创建和结束也会产生开销。

• reduce很少：导致数据倾斜

（3）普通join/map join：Hive里默认的不是普通的join而是map join

   普通的join也叫shuffle join相当于reduce join，真正的join是在reduce端完成的。

   map join不经过shuffle，它会把小表加载到缓存中，通过mapper去读取大表数据，在读取大表数据时，和缓存中的小表数据直接对比，然后连接上。

mapreduce local task会去读小表数据，生成HashTable files，将其放入hadoop的distributed cache，然后maptask去读大表数据，没有shuffle，所以没有reduce。要设置 hive.auto.convert.join=true。

总结

• mapjoin可以加快处理效率，但是这样如果数据量过大，加载到内存有可能会引起OOM（内存耗尽Out Of Memory）。

• 普通join 会产生shuffle，会影响效率（数据传输），也可能产生数据倾斜（一个key太多，那任务处理就会很慢）

3.执行调优

推测执行：是指在集群环境下运行MapReduce，可能是程序Bug，负载不均或者其他的一些问题，导致在一个JOB下的多个TASK速度不一致，比如有的任务已经完成，但是有些任务可能只跑了10%，根据木桶原理，这些任务将成为整个JOB的短板，如果集群启动了推测执行，这时为了最大限度的提高短板，Hadoop会为该task启动备份任务，让speculative task与原始task同时处理一份数据，哪个先运行完，则将谁的结果作为最终结果，并且在运行完成后Kill掉另外一个任务。推测执行是通过利用更多的资源来换取时间的一种优化策略，但是在资源很紧张的情况下，推测执行也不一定能带来时间上的优化。在资源本身就不够的情况下，还要跑推测执行的任务，这样会导致后续启动的任务无法获取到资源，以导致无法执行。

并行执行：前提要求多个task之间不存在依赖。使用参数设置，默认是关闭的，建议打开，默认并行任务数8。

JVM重用：Maptask和raducetask都是以进程方式进行，有多少个task就会启动多少个JVM，当task运行完毕，jvm会被销毁。设置JVM重用，可以使得JVM执行完一个TASK，不会销毁，继续执行下一个TASK，节省资源。也可以通过JVM重用解决小文件job过多的问题。

最后

以上就是冷艳金针菇为你收集整理的大数据面试（二）之常见SQL on Hadoop生态圈Hadoop生态圈的全部内容，希望文章能够帮你解决大数据面试（二）之常见SQL on Hadoop生态圈Hadoop生态圈所遇到的程序开发问题。

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