MapReduce是一種編程模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集(大于1TB)的并行運算。MapReduce采用”分而治之”的思想，把對大規(guī)模數(shù)據(jù)集的操作，分發(fā)給一個主節(jié)點管理下的各個分節(jié)點共同完成，然后通過整合各個節(jié)點的中間結(jié)果，得到最終結(jié)果。簡單地說，MapReduce就是”任務(wù)的分解與結(jié)果的匯總”。

MapReduce架構(gòu)

先來看一下MapReduce1.0的架構(gòu)圖

上圖中的TaskTracker對應(yīng)HDFS中的DataNode，

在MapReduce1.x中，用于執(zhí)行MapReduce任務(wù)的機器角色有兩個：一個是JobTracker;另一個是TaskTracker，JobTracker是用于調(diào)度工作的，TaskTracker是用于執(zhí)行工作的。一個Hadoop集群中只有一臺JobTracker。

流程分析

1. 在客戶端啟動任務(wù)，客戶端向JobTracker請求一個Job ID。
2. 將運行任務(wù)所需要的程序文件復(fù)制到HDFS上，包括MapReduce程序打包的JAR文件、配置文件和客戶端計算所得的輸入劃分信息。這些文件都存放在JobTracker專門為該任務(wù)創(chuàng)建的文件夾中。文件夾名Job ID。
3. JobTracker接收到任務(wù)后，將其放在一個隊列里，等待調(diào)度器對其進行調(diào)度，當作業(yè)調(diào)度器根據(jù)自己的調(diào)度算法調(diào)度到該任務(wù)時，會根據(jù)輸入劃分信息創(chuàng)建N個map任務(wù)，并將map任務(wù)分配給N個TaskTracker(DataNode)執(zhí)行。
4. map任務(wù)不是隨隨便便地分配給某個TaskTracker的，這里有個概念叫：數(shù)據(jù)本地化(Data-Local)。意思是：將map任務(wù)分配給含有該map處理的數(shù)據(jù)塊的TaskTracker上，同時將程序JAR包復(fù)制到該TaskTracker上來運行，這叫“運算移動，數(shù)據(jù)不移動”。而分配reduce任務(wù)時并不考慮數(shù)據(jù)本地化。
5. TaskTracker每隔一段時間會給JobTracker發(fā)送一個Heartbeat(心跳)，告訴JobTracker它依然在運行，同時心跳中還攜帶著很多的信息，比如當前map任務(wù)完成的進度等信息。當JobTracker收到作業(yè)的***一個任務(wù)完成信息時，便把該作業(yè)設(shè)置成“成功”。當JobClient查詢狀態(tài)時，它將得知任務(wù)已完成，便顯示一條消息給用戶。

以上是在客戶端、JobTracker、TaskTracker的層次來分析MapReduce的工作原理的，下面我們再細致一點，從map任務(wù)和reduce任務(wù)的層次來分析分析吧。

MapReduce運行流程

以wordcount為例，運行的詳細流程圖如下

1.split階段

首先mapreduce會根據(jù)要運行的大文件來進行split，每個輸入分片(input split)針對一個map任務(wù)，輸入分片(input split)存儲的并非數(shù)據(jù)本身，而是一個分片長度和一個記錄數(shù)據(jù)位置的數(shù)組。輸入分片(input split)往往和HDFS的block(塊)關(guān)系很密切，假如我們設(shè)定HDFS的塊的大小是64MB，我們運行的大文件是64x10M，mapreduce會分為10個map任務(wù)，每個map任務(wù)都存在于它所要計算的block(塊)的DataNode上。

2.map階段

map階段就是程序員編寫的map函數(shù)了，因此map函數(shù)效率相對好控制，而且一般map操作都是本地化操作也就是在數(shù)據(jù)存儲節(jié)點上進行。本例的map函數(shù)如下：

publicclassWCMapperextendsMapperLongWritable,Text,Text,IntWritable{@Override  
protectedvoidmap(LongWritablekey,Textvalue,Contextcontext)throwsIOException,InterruptedException{  
Stringstr=value.toString();  
String[]strs=StringUtils.split(str,'');for(Strings:strs){  
context.write(newText(s),newIntWritable(1));  
}  
}  
} 

根據(jù)空格切分單詞，計數(shù)為1，生成key為單詞，value為出現(xiàn)1次的map供后續(xù)計算。

3.shuffle階段

shuffle階段主要負責將map端生成的數(shù)據(jù)傳遞給reduce端，因此shuffle分為在map端的過程和在reduce端的執(zhí)行過程。

先看map端：

1. map首先進行數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)屬于哪個partition的判斷，其中一個partition對應(yīng)一個reduce，一般通過key.hash()%reduce個數(shù)來實現(xiàn)。
2. 把map數(shù)據(jù)寫入到Memory Buffer(內(nèi)存緩沖區(qū))，到達80%閥值，開啟溢寫進磁盤過程，同時進行key排序，如果有combiner步驟，則會對相同的key做歸并處理，最終多個溢寫文件合并為一個文件。

reduce端：

reduce節(jié)點從各個map節(jié)點拉取存在磁盤上的數(shù)據(jù)放到Memory Buffer(內(nèi)存緩沖區(qū))，同理將各個map的數(shù)據(jù)進行合并并存到磁盤，最終磁盤的數(shù)據(jù)和緩沖區(qū)剩下的20%合并傳給reduce階段。

4.reduce階段

reduce對shuffle階段傳來的數(shù)據(jù)進行***的整理合并

publicclassWCReducerextendsReducerText,IntWritable,Text,IntWritable{@Override  
protectedvoidreduce(Textkey,IterableIntWritablevalues,Contextcontext)throwsIOException,InterruptedException{intsum=0;for(IntWritablei:values){  
sum+=i.get();  
}  
context.write(key,newIntWritable(sum));  
}  
} 

MapReduce的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

1. 易于編程;
2. 良好的擴展性;
3. 高容錯性;

4.適合PB級別以上的大數(shù)據(jù)的分布式離線批處理。

缺點：

1. 難以實時計算(MapReduce處理的是存儲在本地磁盤上的離線數(shù)據(jù))
2. 不能流式計算(MapReduce設(shè)計處理的數(shù)據(jù)源是靜態(tài)的)
3. 難以DAG計算MapReduce這些并行計算大都是基于非循環(huán)的數(shù)據(jù)流模型，也就是說，一次計算過程中，不同計算節(jié)點之間保持高度并行，這樣的數(shù)據(jù)流模型使得那些需要反復(fù)使用一個特定數(shù)據(jù)集的迭代算法無法高效地運行。