1、DAG
DAG:字面概念是有效无环图,指的是一个无回路的有向图。如果有一个非有向无环图,且A点出发向B经C可回到A,形成一个环。将从C到A的边方向改为从A到C,则变成有向无环图。
而在Spark中,由于计算过程很多时候会有先后顺序,受制于某些任务必须比另一些任务较早执行的限制,我们必须对任务进行排队,形成一个队列的任务集合,这个队列的任务集合就是DAG图,每一个定点就是一个任务,每一条边代表一种限制约束(Spark中的依赖关系)。
通过DAG,Spark可以对计算的流程进行优化,对于数据处理,可以将在单一节点上进行的计算操作进行合并,并且计算中间数据通过内存进行高效读写,对于数据处理,需要涉及Shuffle操作的步骤划分Stage,从而使计算资源的利用更加高效和合理,减少计算资源的等待过程,减少计算中间数据读写产生的时间浪费(基于内存的高效读写)。
Spark中DAG生成过程的重点是对Stage的划分,其划分的依据是RDD的依赖关系,对于不同的依赖关系,高层调度器会进行不同的处理。对于窄依赖,RDD之间的数据不需要进行Shuffle,多个数据处理可以在同一台机器的内存中完成,所以窄依赖在Spark中被划分为同一个Stage;对于宽依赖,由于Shuffle的存在,必须等到父RDD的Shuffle处理完成后,才能开始接下来的计算,所以会在此处进行Stage的切分。
在Spark中,DAG生成的流程关键在于回溯,在程序提交后,高层调度器将所有的RDD看成是一个Stage,然后对此Stage进行从后往前的回溯,遇到Shuffle就断开,遇到窄依赖,则归并到同一个Stage。等到所有的步骤回溯完成,便生成一个DAG图。
2、RDD
RDD 是 Spark 提供的最重要的抽象概念,它是一种有容错机制的特殊数据集合,可以分布在集群的结点上,以函数式操作集合的方式进行各种并行操作。
通俗点来讲,可以将 RDD 理解为一个分布式对象集合,本质上是一个只读的分区记录集合。每个 RDD 可以分成多个分区,每个分区就是一个数据集片段。一个 RDD 的不同分区可以保存到集群中的不同结点上,从而可以在集群中的不同结点上进行并行计算。
RDD 具有容错机制,并且只读不能修改,可以执行确定的转换操作创建新的 RDD。具体来讲,RDD 具有以下几个属性。
只读:不能修改,只能通过转换操作生成新的 RDD。
分布式:可以分布在多台机器上进行并行处理。
弹性:计算过程中内存不够时它会和磁盘进行数据交换。
基于内存:可以全部或部分缓存在内存中,在多次计算间重用。
RDD 实质上是一种更为通用的迭代并行计算框架,用户可以显示控制计算的中间结果,然后将其自由运用于之后的计算。
在大数据实际应用开发中存在许多迭代算法,如机器学习、图算法等,和交互式数据挖掘工具。这些应用场景的共同之处是在不同计算阶段之间会重用中间结果,即一个阶段的输出结果会作为下一个阶段的输入。
RDD 正是为了满足这种需求而设计的。虽然 MapReduce 具有自动容错、负载平衡和可拓展性的优点,但是其最大的缺点是采用非循环式的数据流模型,使得在迭代计算时要进行大量的磁盘 I/O 操作。
通过使用 RDD,用户不必担心底层数据的分布式特性,只需要将具体的应用逻辑表达为一系列转换处理,就可以实现管道化,从而避免了中间结果的存储,大大降低了数据复制、磁盘 I/O 和数据序列化的开销。
3、Stage
Spark任务会根据RDD之间的依赖关系,形成一个DAG有向无环图,DAG会提交给DAGScheduler,DAGScheduler会把DAG划分相互依赖的多个stage,划分stage的依据就是RDD之间的宽窄依赖。遇到宽依赖就划分stage,每个stage包含一个或多个task任务。然后将这些task以taskSet的形式提交给TaskScheduler运行。 stage是由一组并行的task组成。
切割规则:从后往前,遇到宽依赖就切割stage。
4、宽依赖
父RDD与子RDD partition之间的关系是一对多。会有shuffle的产生。父RDD的一个分区的数据去到子RDD的不同分区里面。
父RDD发生内存重组的行为称为宽依赖。
5、窄依赖
父RDD和子RDD partition之间的关系是一对一的。或者父RDD一个partition只对应一个子RDD的partition情况下的父RDD和子RDD partition关系是多对一的。不会有shuffle的产生。父RDD的一个分区去到子RDD的一个分区。
父RDD没有发生内存重组的行为称为窄依赖。
6、转化、行为
RDD 的转换操作是返回新的 RDD 的操作。转换出来的 RDD 是惰性求值的,只有在行动操作中用到这些 RDD 时才会被计算。
行动操作用于执行计算并按指定的方式输出结果。行动操作接受 RDD,但是返回非 RDD,即输出一个值或者结果。在 RDD 执行过程中,真正的计算发生在行动操作。