shuffle調(diào)優(yōu)

上一篇介紹了HashShuffleManager，這次介紹SortShuffleManager

SortShuffleManager運(yùn)行原理

SortShuffleManager的運(yùn)行機(jī)制主要分成兩種，一種是普通運(yùn)行機(jī)制，另一種是bypass運(yùn)行機(jī)制。當(dāng)shuffle read task的數(shù)量小于等于spark.shuffle.sort.bypassMergeThreshold參數(shù)的值時(shí)（默認(rèn)為200），就會啟用bypass機(jī)制。

普通運(yùn)行機(jī)制

下圖說明了普通的SortShuffleManager的原理。在該模式下，數(shù)據(jù)會先寫入一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，此時(shí)根據(jù)不同的shuffle算子，可能選用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
如果是reduceByKey這種聚合類的shuffle算子，那么會選用Map數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一邊通過Map進(jìn)行聚合，一邊寫入內(nèi)存；如果是join這種普通的shuffle算子，那么會選用Array數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，直接寫入內(nèi)存。
接著，每寫一條數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，就會判斷一下，是否達(dá)到了某個(gè)臨界閾值。如果達(dá)到臨界閾值的話，那么就會嘗試將內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)溢寫到磁盤，然后清空內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

普通運(yùn)行機(jī)制

在溢寫到磁盤文件之前，會先根據(jù)key對內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。排序過后，會分批將數(shù)據(jù)寫入磁盤文件。默認(rèn)的batch數(shù)量是10000條，也就是說，排序好的數(shù)據(jù)，會以每批1萬條數(shù)據(jù)的形式分批寫入磁盤文件。寫入磁盤文件是通過Java的BufferedOutputStream實(shí)現(xiàn)的。BufferedOutputStream是Java的緩沖輸出流，首先會將數(shù)據(jù)緩沖在內(nèi)存中，當(dāng)內(nèi)存緩沖滿溢之后再一次寫入磁盤文件中，這樣可以減少磁盤IO次數(shù)，提升性能。

一個(gè)task將所有數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程中，會發(fā)生多次磁盤溢寫操作，也就會產(chǎn)生多個(gè)臨時(shí)文件。最后會將之前所有的臨時(shí)磁盤文件都進(jìn)行合并，這就是merge過程，此時(shí)會將之前所有臨時(shí)磁盤文件中的數(shù)據(jù)讀取出來，然后依次寫入最終的磁盤文件之中。此外，由于一個(gè)task就只對應(yīng)一個(gè)磁盤文件，也就意味著該task為下游stage的task準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)都在這一個(gè)文件中，因此還會單獨(dú)寫一份索引文件，其中標(biāo)識了下游各個(gè)task的數(shù)據(jù)在文件中的start offset與end offset。

SortShuffleManager由于有一個(gè)磁盤文件merge的過程，因此大大減少了文件數(shù)量。比如第一個(gè)stage有50個(gè)task，總共有10個(gè)Executor，每個(gè)Executor執(zhí)行5個(gè)task，而第二個(gè)stage有100個(gè)task。由于每個(gè)task最終只有一個(gè)磁盤文件，因此此時(shí)每個(gè)Executor上只有5個(gè)磁盤文件，所有Executor只有50個(gè)磁盤文件。

bypass運(yùn)行機(jī)制

下圖說明了bypass SortShuffleManager的原理。bypass運(yùn)行機(jī)制的觸發(fā)條件如下：
- shuffle map task數(shù)量小于spark.shuffle.sort.bypassMergeThreshold參數(shù)的值。
- 不是聚合類的shuffle算子（比如reduceByKey）。

bypass運(yùn)行機(jī)制

此時(shí)task會為每個(gè)下游task都創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)磁盤文件，并將數(shù)據(jù)按key進(jìn)行hash然后根據(jù)key的hash值，將key寫入對應(yīng)的磁盤文件之中。當(dāng)然，寫入磁盤文件時(shí)也是先寫入內(nèi)存緩沖，緩沖寫滿之后再溢寫到磁盤文件的。最后，同樣會將所有臨時(shí)磁盤文件都合并成一個(gè)磁盤文件，并創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的索引文件。

該過程的磁盤寫機(jī)制其實(shí)跟未經(jīng)優(yōu)化的HashShuffleManager是一模一樣的，因?yàn)槎家獎(jiǎng)?chuàng)建數(shù)量驚人的磁盤文件，只是在最后會做一個(gè)磁盤文件的合并而已。因此少量的最終磁盤文件，也讓該機(jī)制相對未經(jīng)優(yōu)化的HashShuffleManager來說，shuffle read的性能會更好。

而該機(jī)制與普通SortShuffleManager運(yùn)行機(jī)制的不同在于：
第一，磁盤寫機(jī)制不同；
第二，不會進(jìn)行排序。
也就是說，啟用該機(jī)制的最大好處在于，shuffle write過程中，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的排序操作，也就節(jié)省掉了這部分的性能開銷。