spark面试必问｜碰到数据倾斜你该怎么办？
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Spark推荐系统 ， 作者 echoy189
目录： 一、数据倾斜介绍与定位 二、解决方法一：聚合数据源 三、解决方法二：提高shuffle操作reduce并行度 四、解决方法之三：随机key实现双重聚合 五、解决方法之四：将reduce join 转换为map join 六、解决方法之五：sample采样倾斜key进行两次join 七、解决方法之六：使用随机数以及扩容表进行join
一、数据倾斜介绍与定位
a、数据倾斜的原理
在执行shuffle操作的时候，大家都知道，我们之前讲解过shuffle的原理。是按照key，来进行values的数据的输出、拉取和聚合的。同一个key的values，一定是分配到一个reduce task进行处理的。多个key对应的values，总共是90万。但是问题是，可能某个key对应了88万数据，key-88万values，分配到一个task上去面去执行。另外两个task，可能各分配到了1万数据，可能是数百个key，对应的1万条数据。
第一个和第二个task，各分配到了1万数据；那么可能1万条数据，需要10分钟计算完毕；第一个和第二个task，可能同时在10分钟内都运行完了；第三个task要88万条，88 * 10 = 880分钟 = 14.5个小时；
b、数据倾斜的现象，有两种表现：
1、你的大部分的task，都执行的特别特别快，刷刷刷，就执行完了（你要用client模式，standalone client，yarn client，本地机器主要一执行spark-submit脚本，就会开始打印log），task175 finished；剩下几个task，执行的特别特别慢，前面的task，一般1s可以执行完5个；最后发现1000个task，998，999 task，要执行1个小时，2个小时才能执行完一个task。
出现数据倾斜了
还算好的，因为虽然老牛拉破车一样，非常慢，但是至少还能跑。
2、运行的时候，其他task都刷刷刷执行完了，也没什么特别的问题；但是有的task，就是会突然间，啪，报了一个OOM，JVM Out Of Memory，内存溢出了，task failed，task lost，resubmitting task。反复执行几次都到了某个task就是跑不通，最后就挂掉。某个task就直接OOM，那么基本上也是因为数据倾斜了，task分配的数量实在是太大了！！！所以内存放不下，然后你的task每处理一条数据，还要创建大量的对象。内存爆掉了。
出现数据倾斜了
这种就不太好了，因为你的程序如果不去解决数据倾斜的问题，压根儿就跑不出来。
c、数据倾斜定位与出现问题的位置：
根据log去定位
出现数据倾斜的原因，基本只可能是因为发生了shuffle操作，在shuffle的过程中，出现了数据倾斜的问题。因为某个，或者某些key对应的数据，远远的高于其他的key。
1、你在自己的程序里面找找，哪些地方用了会产生shuffle的算子，groupByKey、countByKey、reduceByKey、join
2、看log
log一般会报是在你的哪一行代码，导致了OOM异常；或者呢，看log，看看是执行到了第几个stage！！！哪一个stage，task特别慢，就能够自己用肉眼去对你的spark代码进行stage的划分，就能够通过stage定位到你的代码，哪里发生了数据倾斜。去找找，代码那个地方，是哪个shuffle操作。
二、解决方法一：聚合数据源
聚合数据源做法一：
groupByKey、reduceByKey；groupByKey，就是拿到每个key对应的values；reduceByKey，说白了，就是对每个key对应的values执行一定的计算。现在这些操作，比如groupByKey和reduceByKey，包括之前说的join。都是在spark作业中执行的。
spark作业的数据来源，通常是哪里呢？90%的情况下，数据来源都是hive表（hdfs，大数据分布式存储系统）。hdfs上存储的大数据。hive表，hive表中的数据，通常是怎么出来的呢？有了spark以后，hive比较适合做什么事情？hive就是适合做离线的，晚上凌晨跑的，ETL（extract transform load，数据的采集、清洗、导入），hive sql，去做这些事情，从而去形成一个完整的hive中的数据仓库；说白了，数据仓库，就是一堆表。spark作业的源表，hive表，其实通常情况下来说，也是通过某些hive etl生成的。hive etl可能是晚上凌晨在那儿跑。今天跑昨天的数据。
数据倾斜，某个key对应的80万数据，某些key对应几百条，某些key对应几十条；现在，咱们直接在生成hive表的hive etl中，对数据进行聚合。比如按key来分组，将key对应的所有的values，全部用一种特殊的格式，拼接到一个字符串里面去，比如“key=sessionid, value: action_seq=1|user_id=1|search_keyword….”。
对key进行group，在spark中，拿到key=sessionid，values<Iterable>；hive etl中，直接对key进行了聚合。那么也就意味着，每个key就只对应一条数据。在spark中，就不需要再去执行groupByKey+map这种操作了。直接对每个key对应的values字符串，map操作，进行你需要的操作即可。key,values串。spark中，可能对这个操作，就不需要执行shffule操作了，也就根本不可能导致数据倾斜。
或者是，对每个key在hive etl中进行聚合，对所有values聚合一下，不一定是拼接起来，可能是直接进行计算。reduceByKey，计算函数，应用在hive etl中，每个key的values。
聚合数据源做法二：
你可能没有办法对每个key，就聚合出来一条数据；
那么也可以做一个妥协；对每个key对应的数据，10万条；有好几个粒度，比如10万条里面包含了几个城市、几天、几个地区的数据，现在放粗粒度；直接就按照城市粒度，做一下聚合，几个城市，几天、几个地区粒度的数据，都给聚合起来。比如说
city_id，date，area_id
select ... from ... group by city_id，date，area_id
尽量去聚合，减少每个key对应的数量，也许聚合到比较粗的粒度之后，原先有10万数据量的key，现在只有1万数据量。减轻数据倾斜的现象和问题。
三、解决方法二：提高shuffle操作reduce并行度
如果第一种方法不适合做。那么采用第二种方法：提高shuffle操作的reduce并行度
将增加reduce task的数量，就可以让每个reduce task分配到更少的数据量，这样的话，也许就可以缓解，或者甚至是基本解决掉数据倾斜的问题。
a、原理图介绍：
b、提升shuffle reduce端并行度的具体操作
主要给我们所有的shuffle算子，比如groupByKey、countByKey、reduceByKey。在调用的时候，传入进去一个参数。一个数字。那个数字，就代表了那个shuffle操作的reduce端的并行度。那么在进行shuffle操作的时候，就会对应着创建指定数量的reduce task。
这样的话，就可以让每个reduce task分配到更少的数据。基本可以缓解数据倾斜的问题。
比如说，原本某个task分配数据特别多，直接OOM，内存溢出了，程序没法运行，直接挂掉。按照log，找到发生数据倾斜的shuffle操作，给它传入一个并行度数字，这样的话，原先那个task分配到的数据，肯定会变少。就至少可以避免OOM的情况，程序至少是可以跑的。
c、提升shuffle reduce并行度的缺陷
治标不治本的意思，因为，它没有从根本上改变数据倾斜的本质和问题。不像第一个和第二个方案（直接避免了数据倾斜的发生）。原理没有改变，只是说，尽可能地去缓解和减轻shuffle reduce task的数据压力，以及数据倾斜的问题。
实际生产环境中的经验：
1、如果最理想的情况下，提升并行度以后，减轻了数据倾斜的问题，或者甚至可以让数据倾斜的现象忽略不计，那么就最好。就不用做其他的数据倾斜解决方案了。
2、不太理想的情况下，就是比如之前某个task运行特别慢，要5个小时，现在稍微快了一点，变成了4个小时；或者是原先运行到某个task，直接OOM，现在至少不会OOM了，但是那个task运行特别慢，要5个小时才能跑完。
那么，如果出现第二种情况的话，各位，就立即放弃这种方法，开始去尝试和选择后面的方法解决。
四、解决方法之三：随机key实现双重聚合
原理图介绍：
使用场景：（1）groupByKey（2）reduceByKey
join，咱们通常不会这样来做，后面有针对不同的join造成的数据倾斜的问题的解决方案。
五、解决方法之四：将reduce join 转换为map join
普通reduce join：
map join:
普通的join
肯定是要走shuffle；那么，所以既然是走shuffle，那么普通的join，就肯定是走的是reduce join。先将所有相同的key，对应的values，汇聚到一个task中，然后再进行join。
reduce join转换为map join
如果两个RDD要进行join，其中一个RDD是比较小的。一个RDD是100万数据，一个RDD是1万数据。（一个RDD是1亿数据，一个RDD是100万数据）其中一个RDD必须是比较小的，broadcast出去那个小RDD的数据以后，就会在每个executor的block manager中都驻留一份。要确保你的内存足够存放那个小RDD中的数据
这种方式下，根本不会发生shuffle操作，肯定也不会发生数据倾斜；从根本上杜绝了join操作可能导致的数据倾斜的问题；对于join中有数据倾斜的情况，大家尽量第一时间先考虑这种方式，效果非常好；如果某个RDD比较小的情况下。
不适合的情况：
两个RDD都比较大，那么这个时候，你去将其中一个RDD做成broadcast，就很笨拙了。很可能导致内存不足。最终导致内存溢出，程序挂掉。而且其中某些key（或者是某个key），还发生了数据倾斜；此时可以采用最后两种方式。
特别声明：
对于join这种操作，不光是考虑数据倾斜的问题；即使是没有数据倾斜问题，也完全可以优先考虑，用我们讲的这种高级的reduce join转map join的技术，不要用普通的join，去通过shuffle，进行数据的join；完全可以通过简单的map，使用map join的方式，牺牲一点内存资源；在可行的情况下，优先这么使用。不走shuffle，直接走map，性能肯定是提高很多的。
六、解决方法之五：sample采样倾斜key进行两次join
方案的实现思路：其实关键之处在于，将发生数据倾斜的key，单独拉出来，放到一个RDD中去；就用这个原本会倾斜的key RDD跟其他RDD，单独去join一下，这个时候，key对应的数据，可能就会分散到多个task中去进行join操作，最后将join后的表进行union操作。
就不至于，这个key跟之前其他的key混合在一个RDD中时，导致一个key对应的所有数据，都到一个task中去，就会导致数据倾斜。
应用场景：
优先对于join，肯定是希望能够采用上一讲讲的，reduce join转换map join。两个RDD数据都比较大，那么就不要那么搞了。
针对你的RDD的数据，你可以自己把它转换成一个中间表，或者是直接用countByKey()的方式，你可以看一下这个RDD各个key对应的数据量；此时如果你发现整个RDD就一个，或者少数几个key，是对应的数据量特别多；尽量建议，比如就是一个key对应的数据量特别多。
此时可以采用咱们的这种方案，单拉出来那个最多的key；单独进行join，尽可能地将key分散到各个task上去进行join操作。
什么时候不适用呢？
如果一个RDD中，导致数据倾斜的key，特别多；那么此时，最好还是不要这样了；还是使用我们最后一个方案，终极的join数据倾斜的解决方案。
进一步优化：
就是说，咱们单拉出来了，一个或者少数几个可能会产生数据倾斜的key，然后还可以进行更加优化的一个操作；
对于那个key，从另外一个要join的表中，也过滤出来一份数据，比如可能就只有一条数据。userid2infoRDD，一个userid key，就对应一条数据。然后呢，采取对那个只有一条数据的RDD，进行flatMap操作，打上100个随机数，作为前缀，返回100条数据。
单独拉出来的可能产生数据倾斜的RDD，给每一条数据，都打上一个100以内的随机数，作为前缀。
再去进行join，是不是性能就更好了。肯定可以将数据进行打散，去进行join。join完以后，可以执行map操作，去将之前打上的随机数，给去掉，然后再和另外一个普通RDD join以后的结果，进行union操作。
七、解决方法之六：使用随机数以及扩容表进行join
当采用随机数和扩容表进行join解决数据倾斜的时候，就代表着，你的之前的数据倾斜的解决方案，都没法使用。这个方案是没办法彻底解决数据倾斜的，更多的，是一种对数据倾斜的缓解。
步骤：
1、选择一个RDD，要用flatMap，进行扩容(比较小的RDD)，将每条数据，映射为多条数据，每个映射出来的数据，都带了一个n以内的随机数，通常来说，会选择10以内。
2、将另外一个RDD，做普通的map映射操作，每条数据，都打上一个10以内的随机数。
3、最后，将两个处理后的RDD，进行join操作。
另一个方法：
sample采样倾斜key并单独进行join
1、将key，从另外一个RDD中过滤出的数据，可能只有一条，或者几条，此时，咱们可以任意进行扩容，扩成1000倍。
2、将从第一个RDD中拆分出来的那个倾斜key RDD，打上1000以内的一个随机数。
3、join并且提供并行度。这样配合上，提升shuffle reduce并行度，join(rdd, 1000)。通常情况下，效果还是非常不错的。打散成100份，甚至1000份，2000份，去进行join，那么就肯定没有数据倾斜的问题了吧。
此方法局限性：
1、因为你的两个RDD都很大，所以你没有办法去将某一个RDD扩的特别大，一般咱们就是扩10倍。
2、如果就是10倍的话，那么数据倾斜问题，的确是只能说是缓解和减轻，不能说彻底解决。