[Spark] 数据倾斜, 原因确定, 解决方法

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作者
猴君
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判断是否存在倾斜

  1. 任务执行时间

    • 观察 Spark 任务中各个阶段的执行时间。如果某些任务或阶段的执行时间明显长于其他任务或阶段,可能存在数据倾斜。
    • 例如,在 Spark UI 中,如果看到某些 Task 执行时间远远超过平均执行时间,就可能是数据倾斜的迹象。
  2. 资源使用情况

    • 检查资源使用的不均衡性。例如,某些节点的 CPU 利用率、内存使用量等明显高于其他节点。
    • 可以通过监控系统(如 YARN 等)查看节点的资源使用情况。
  3. 数据分布分析

    • 对数据进行采样或统计,查看数据在各个键或分区上的分布情况。
    • 例如,通过简单的代码计算每个键出现的频率,如果某些键的频率远远高于其他键,可能存在倾斜。
  4. 查看日志

    • Spark 任务的日志中可能会有关于数据倾斜的提示或警告信息。
  5. 任务进度

    • 观察任务的进度,如果大部分任务已经完成,但仍有少数任务进度缓慢,可能是数据倾斜导致的。
  6. 监控指标

    • 一些监控工具可以提供关于数据倾斜的指标,如字节倾斜度、记录数倾斜度等。

例如,假设您有一个 Spark 作业处理用户行为数据,通过 Spark UI 发现某个 Stage 中的 Task 执行时间分布极不均匀,大部分 Task 在几分钟内完成,而有几个 Task 却需要数十分钟甚至更长时间,这就很可能是因为处理某些用户的行为数据时出现了数据倾斜。

又如,对数据进行简单的采样统计,发现某个产品的购买量在数据中占比过高,远超过其他产品,这也可能表明在处理该产品相关数据时会有倾斜问题。

解决方法

在代码中处理数据倾斜问题可以采取以下几种常见的方法:

1. 使用随机前缀

在进行关联操作或聚合操作之前,为数据的键添加随机前缀。这样可以将原本集中在某些特定键上的数据分散开,减少倾斜程度。处理完之后再去掉前缀。

示例代码:

import scala.util.Random  // 为键添加随机前缀 def addRandomPrefix(key: String): String = {   val randomPrefix = Random.nextInt(100).toString   randomPrefix + "_" + key }  // 去掉随机前缀 def removeRandomPrefix(prefixedKey: String): String = {   prefixedKey.split("_").tail.mkString("_") } 

2. 二次聚合

先进行局部聚合,再进行全局聚合。这样可以减少数据量,缓解数据倾斜。

二次聚合(局部聚合+全局聚合)通常用于解决在对 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出现的数据倾斜问题。其核心实现思路是进行两阶段聚合,具体步骤如下:

  1. 第一次聚合(局部聚合):先给每个键都打上一个随机数(例如 10 以内的随机数),此时原先相同的键就会变成不同的键,比如 (hello, 1)(hello, 1)(hello, 1)(hello, 1),可能会变成 (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,局部聚合结果可能会变成 (1_hello, 2)(2_hello, 2)
  2. 第二次聚合(全局聚合):将各个键的前缀去掉,得到类似于 (hello, 2)(hello, 2) 的结果,然后再次进行全局聚合操作,就可以得到最终结果,比如 (hello, 4)

通过将原本相同的键附加随机前缀的方式,使其变成多个不同的键,这样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。然后去除随机前缀,再次进行全局聚合,得到最终的结果。

以下是使用 Scala 实现二次聚合的示例代码:

import org.apache.spark.{SparkConf, SparkContext} import scala.util.Random  object TwoStageAggregationExample {   def main(args: Array[String]): Unit = {     val conf = new SparkConf().setAppName("TwoStageAggregationExample").setMaster("local[2]")     val sc = new SparkContext(conf)      // 准备数据     val array = new Array[Int](10000)     for (i <- 0 to 9999) {       array(i) = new Random().nextInt(10)     }      // 生成一个 RDD     val rdd = sc.parallelize(array)      // 所有 key 加一操作     val mapRdd = rdd.map((_, 1))      // 加随机前缀     val prefixRdd = mapRdd.map(x => {       val prefix = new Random().nextInt(10)       (prefix + "_" + x._1, x._2)     })      // 加上随机前缀的 key 进行局部聚合     val tmpRdd = prefixRdd.reduceByKey(_ + _)      // 去除随机前缀     val newRdd = tmpRdd.map(x => (x._1.split("_")(1), x._2))      // 最终聚合     newRdd.reduceByKey(_ + _).foreach(print)   } } 

上述代码首先生成了一个包含随机整数的 RDD,然后给每个键加上一个随机前缀,进行局部聚合,去掉前缀后再进行全局聚合,从而实现二次聚合的过程。

这种方法对于聚合类的 shuffle 操作导致的数据倾斜效果较好,通常可以解决或大幅度缓解数据倾斜问题,提升 Spark 作业的性能。但它仅适用于聚合类的 shuffle 操作,适用范围相对较窄,如果是 join 类的 shuffle 操作,还需使用其他解决方案。


3. 过滤异常数据

如果数据中存在一些异常值导致数据倾斜,可以在代码中先对这些异常数据进行过滤或单独处理。

示例代码:

val filteredRdd = rdd.filter(row => {   // 定义过滤条件   row.getValue < 10000 }) 

4. 调整并行度

增加任务的并行度,使数据更均匀地分布在多个任务中。

示例代码:

val newRdd = rdd.repartition(numPartitions)  

5. 使用加盐

类似于添加随机前缀,但是盐值更具规律性。

示例代码:

def addSalt(key: String, salt: Int): String = {   key + "_" + salt } 

处理数据倾斜需要根据具体的数据特点和业务需求选择合适的方法,有时可能需要综合使用多种方法来达到较好的效果。

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