Hadoop: 单词计数(Word Count)的MapReduce实现

首先，Hadoop会把输入数据划分成等长的输入分片(input split) 或分片发送到MapReduce。Hadoop为每个分片创建一个map任务，由它来运行用户自定义的map函数以分析每个分片中的记录。在我们的单词计数例子中，输入是多个文件，一般一个文件对应一个分片，如果文件太大则会划分为多个分片。map函数的输入以 1.Map与Reduce过程 1.1 Map过程

首先，Hadoop会把输入数据划分成等长的输入分片(input split) 或分片发送到MapReduce。Hadoop为每个分片创建一个map任务，由它来运行用户自定义的map函数以分析每个分片中的记录。在我们的单词计数例子中，输入是多个文件，一般一个文件对应一个分片，如果文件太大则会划分为多个分片。map函数的输入以<key, value>形式做为输入，value为文件的每一行，key为该行在文件中的偏移量(一般我们会忽视)。这里map函数起到的作用为将每一行进行分词为多个word，并在context中写入<word, 1>以代表该单词出现一次。

map过程的示意图如下：

mapper代码编写如下：

public static class TokenizerMapper
        extends Mapper<Object, Text, Text, IntWritable> {
    private final static IntWritable one = new IntWritable(1);
    private Text word = new Text();

    public void map(Object key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        //每次处理一行，一个mapper里的value为一行,key为该行在文件中的偏移量
        StringTokenizer iter = new StringTokenizer(value.toString());
        while (iter.hasMoreTokens()) {
            word.set(iter.nextToken());
            // 向context中写入<word, 1>
            context.write(word, one);
            System.out.println(word);
        }
    }
}

如果我们能够并行处理分片（不一定是完全并行），且分片是小块的数据，那么处理过程将会有一个好的负载平衡。但是如果分片太小，那么管理分片与map任务创建将会耗费太多时间。对于大多数作业，理想分片大小为一个HDFS块的大小，默认是64MB。

map任务的执行节点和输入数据的存储节点相同时，Hadoop的性能能达到最佳，这就是计算机系统中所谓的data locality optimization（数据局部性优化）。而最佳分片大小与块大小相同的原因就在于，它能够保证一个分片存储在单个节点上，再大就不能了。

1.2 Reduce过程

接下来我们看reducer的编写。reduce任务的多少并不是由输入大小来决定，而是需要人工单独指定的（默认为1个）。和上面map不同的是，reduce任务不再具有本地读取的优势————一个reduce任务的输入往往来自于所有mapper的输出，因此map和reduce之间的数据流被称为 shuffle(洗牌) 。Hadoop会先按照key-value对进行排序，然后将排序好的map的输出通过网络传输到reduce任务运行的节点，并在那里进行合并，然后传递到用户定义的reduce函数中。

reduce 函数示意图如下：

reducer代码编写如下：

 public static class IntSumReducer
            extends Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable>{
        private IntWritable result = new IntWritable();
        public void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException{
            int sum = 0;
            for (IntWritable val : values) {
                sum += val.get();
            }
            result.set(sum);
            context.write(key, result);
        }
    }

2.完整代码 2.1 项目架构

关于VSCode+Java+Maven+Hadoop开发环境搭建，可以参见我的博客《VSCode+Maven+Hadoop开发环境搭建》，此处不再赘述。这里展示我们的项目架构图：

Word-Count-Hadoop
├─ input
│  ├─ file1
│  ├─ file2
│  └─ file3
├─ output
├─ pom.xml
├─ src
│  └─ main
│     └─ java
│        └─ WordCount.java
└─ target

WordCount.java代码如下：

import java.io.IOException;
import java.util.StringTokenizer;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.io.IntWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat;
import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat;
public class WordCount{
    public static class TokenizerMapper
            extends Mapper<Object, Text, Text, IntWritable> {
        private final static IntWritable one = new IntWritable(1);
        private Text word = new Text();

        public void map(Object key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {
        //每次处理一行，一个mapper里的value为一行,key为该行在文件中的偏移量
            StringTokenizer iter = new StringTokenizer(value.toString());
            while (iter.hasMoreTokens()) {
                word.set(iter.nextToken());
                // 向context中写入<word, 1>
                context.write(word, one);
            }
        }
    }

    public static class IntSumReducer
            extends Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable>{
        private IntWritable result = new IntWritable();
        public void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException{
            int sum = 0;
            for (IntWritable val : values) {
                sum += val.get();
            }
            result.set(sum);
            context.write(key, result);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Configuration conf = new Configuration();
        Job job = Job.getInstance(conf, "word_count");

        job.setJarByClass(WordCount.class);

        job.setMapperClass(TokenizerMapper.class);
        //此处的Combine操作意为即第每个mapper工作完了先局部reduce一下，最后再全局reduce
        job.setCombinerClass(IntSumReducer.class);
        job.setReducerClass(IntSumReducer.class);

        job.setOutputKeyClass(Text.class);
        job.setOutputValueClass(IntWritable.class);

        //第0个参数是输入目录，第1个参数是输出目录
        //先判断output path是否存在，如果存在则删除
        Path path = new Path(args[1]);// 
        FileSystem fileSystem = path.getFileSystem(conf);
        if (fileSystem.exists(path)) {
            fileSystem.delete(path, true);
        }

        //设置输入目录和输出目录
        FileInputFormat.addInputPath(job, new Path(args[0]));
        FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[1]));
        System.exit(job.waitForCompletion(true)?0:1);
    }
}

pom.xml中记得配置Hadoop的依赖环境：

    ...
  <!-- 集中定义版本号 -->
  <properties>
    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
    <maven.compiler.source>17</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>17</maven.compiler.target>
    <hadoop.version>3.3.1</hadoop.version>
  </properties>

  <dependencies>
    <dependency>
      <groupId>junit</groupId>
      <artifactId>junit</artifactId>
      <version>4.11</version>
      <scope>test</scope>
    </dependency>
    <!-- 导入hadoop依赖环境 -->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
        <artifactId>hadoop-common</artifactId>
        <version>${hadoop.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
        <artifactId>hadoop-hdfs</artifactId>
        <version>${hadoop.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
        <artifactId>hadoop-mapreduce-client-core</artifactId>
        <version>${hadoop.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
        <artifactId>hadoop-client</artifactId>
        <version>${hadoop.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
        <artifactId>hadoop-yarn-api</artifactId>
        <version>${hadoop.version}</version>
    </dependency>
  </dependencies>
  ...
</project>

此外，因为我们的程序自带输入参数，我们还需要在VSCode的launch.json中配置输入参数intput(代表输入目录)和output（代表输出目录）:

...
"args": [
    "input",
    "output"
],
...

编译运行完毕后，可以查看output文件夹下的part-r-00000文件：

David	1
Goodbye	1
Hello	3
Tom	1
World	2

可见我们的程序正确地完成了单词计数的功能。

参考

• [1] Hadoop官方文档：MapReduce Tutorial
• [2] White T. Hadoop: The definitive guide[M]. " O'Reilly Media, Inc.", 2012.
• [3] Stack Overflow: What is the purpose of shuffling and sorting phase in the reducer in Map Reduce Programming?

数学是符号的艺术，音乐是上界的语言。