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东时大数据Hadoop、Spark、Storm主流框架对比

开心果烁烁 2017-04-21 4372 0

摘要: 说起大数据,相信大家对Hadoop和Apache Spark这两个名字并不陌生。大数据是收集、整理、处理大容量数据集,并从中获得见解所需的非传统战略和技术的总称。

说起大数据,相信大家对Hadoop和Apache Spark这两个名字并不陌生。大数据是收集、整理、处理大容量数据集,并从中获得见解所需的非传统战略和技术的总称。虽然处理数据所需的计算能力或存储容量早已超过一台计算机的上限,但这种计算类型的普遍性、规模,以及价值在最近几年才经历了大规模扩展。我们这次来谈谈大数据处理框架。

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大数据处理框架是什么


处理框架和处理引擎负责对数据系统中的数据进行计算。虽然“引擎”和“框架”之间的区别没有什么权威的定义,但大部分时候可以将前者定义为实际负责处理数据操作的组件,后者则可定义为承担类似作用的一系列组件。


Apache Hadoop


Apache Hadoop是一种专用于批处理的处理框架。Hadoop是首个在开源社区获得极大关注的大数据框架。基于谷歌有关海量数据处理所发表的多篇论文与经验的Hadoop重新实现了相关算法和组件堆栈,让大规模批处理技术变得更易用。

新版Hadoop包含多个组件,即多个层,通过配合使用可处理批数据:

HDFS:HDFS是一种分布式文件系统层,可对集群节点间的存储和复制进行协调。HDFS确保了无法避免的节点故障发生后数据依然可用,可将其用作数据来源,可用于存储中间态的处理结果,并可存储计算的最终结果。

YARN:YARN是Yet Another Resource Negotiator(另一个资源管理器)的缩写,可充当Hadoop堆栈的集群协调组件。该组件负责协调并管理底层资源和调度作业的运行。通过充当集群资源的接口,YARN使得用户能在Hadoop集群中使用比以往的迭代方式运行更多类型的工作负载。

MapReduce:MapReduce是Hadoop的原生批处理引擎。


批处理模式


Hadoop的处理功能来自MapReduce引擎。MapReduce的处理技术符合使用键值对的map、shuffle、reduce算法要求。基本处理过程包括:

从HDFS文件系统读取数据集

将数据集拆分成小块并分配给所有可用节点

针对每个节点上的数据子集进行计算(计算的中间态结果会重新写入HDFS)

重新分配中间态结果并按照键进行分组

通过对每个节点计算的结果进行汇总和组合对每个键的值进行“Reducing”

将计算而来的最终结果重新写入 HDFS


优势和局限


由于这种方法严重依赖持久存储,每个任务需要多次执行读取和写入操作,因此速度相对较慢。但另一方面由于磁盘空间通常是服务器上最丰富的资源,这意味着MapReduce可以处理非常海量的数据集。同时也意味着相比其他类似技术,Hadoop的MapReduce通常可以在廉价硬件上运行,因为该技术并不需要将一切都存储在内存中。MapReduce具备极高的缩放潜力,生产环境中曾经出现过包含数万个节点的应用。

MapReduce的学习曲线较为陡峭,虽然Hadoop生态系统的其他周边技术可以大幅降低这一问题的影响,但通过Hadoop集群快速实现某些应用时依然需要注意这个问题。

围绕Hadoop已经形成了辽阔的生态系统,Hadoop集群本身也经常被用作其他软件的组成部件。很多其他处理框架和引擎通过与Hadoop集成也可以使用HDFS和YARN资源管理器。


Apache Spark是一种包含流处理能力的下一代批处理框架。与Hadoop的MapReduce引擎基于各种相同原则开发而来的Spark主要侧重于通过完善的内存计算和处理优化机制加快批处理工作负载的运行速度。

Spark可作为独立集群部署(需要相应存储层的配合),或可与Hadoop集成并取代MapReduce引擎。


批处理模式


与MapReduce不同,Spark的数据处理工作全部在内存中进行,只在一开始将数据读入内存,以及将最终结果持久存储时需要与存储层交互。所有中间态的处理结果均存储在内存中。

虽然内存中处理方式可大幅改善性能,Spark在处理与磁盘有关的任务时速度也有很大提升,因为通过提前对整个任务集进行分析可以实现更完善的整体式优化。为此Spark可创建代表所需执行的全部操作,需要操作的数据,以及操作和数据之间关系的Directed Acyclic Graph(有向无环图),即DAG,借此处理器可以对任务进行更智能的协调。

为了实现内存中批计算,Spark会使用一种名为Resilient Distributed Dataset(弹性分布式数据集),即RDD的模型来处理数据。这是一种代表数据集,只位于内存中,永恒不变的结构。针对RDD执行的操作可生成新的RDD。每个RDD可通过世系(Lineage)回溯至父级RDD,并最终回溯至磁盘上的数据。Spark可通过RDD在无需将每个操作的结果写回磁盘的前提下实现容错。


Apache Flink


Apache Flink是一种可以处理批处理任务的流处理框架。该技术可将批处理数据视作具备有限边界的数据流,借此将批处理任务作为流处理的子集加以处理。为所有处理任务采取流处理为先的方法会产生一系列有趣的副作用。

这种流处理为先的方法也叫做Kappa架构,与之相对的是更加被广为人知的Lambda架构(该架构中使用批处理作为主要处理方法,使用流作为补充并提供早期未经提炼的结果)。Kappa架构中会对一切进行流处理,借此对模型进行简化,而这一切是在最近流处理引擎逐渐成熟后才可行的。


流处理模型


Flink的流处理模型在处理传入数据时会将每一项视作真正的数据流。Flink提供的DataStream API可用于处理无尽的数据流。Flink可配合使用的基本组件包括:

Stream(流)是指在系统中流转的,永恒不变的无边界数据集

Operator(操作方)是指针对数据流执行操作以产生其他数据流的功能

Source(源)是指数据流进入系统的入口点

Sink(槽)是指数据流离开Flink系统后进入到的位置,槽可以是数据库或到其他系统的连接器

为了在计算过程中遇到问题后能够恢复,流处理任务会在预定时间点创建快照。为了实现状态存储,Flink可配合多种状态后端系统使用,具体取决于所需实现的复杂度和持久性级别。

此外Flink的流处理能力还可以理解“事件时间”这一概念,这是指事件实际发生的时间,此外该功能还可以处理会话。这意味着可以通过某种有趣的方式确保执行顺序和分组。


优势和局限


Flink目前是处理框架领域一个独特的技术。虽然Spark也可以执行批处理和流处理,但Spark的流处理采取的微批架构使其无法适用于很多用例。Flink流处理为先的方法可提供低延迟,高吞吐率,近乎逐项处理的能力。

Flink的很多组件是自行管理的。虽然这种做法较为罕见,但出于性能方面的原因,该技术可自行管理内存,无需依赖原生的Java垃圾回收机制。与Spark不同,待处理数据的特征发生变化后Flink无需手工优化和调整,并且该技术也可以自行处理数据分区和自动缓存等操作。


Apache Storm


Apache Storm是一种侧重于极低延迟的流处理框架,也许是要求近实时处理的工作负载的最佳选择。该技术可处理非常大量的数据,通过比其他解决方案更低的延迟提供结果。

流处理模式


Storm的流处理可对框架中名为Topology(拓扑)的DAG(Directed Acyclic Graph,有向无环图)进行编排。这些拓扑描述了当数据片段进入系统后,需要对每个传入的片段执行的不同转换或步骤。

拓扑包含:

Stream:普通的数据流,这是一种会持续抵达系统的无边界数据。

Spout:位于拓扑边缘的数据流来源,例如可以是API或查询等,从这里可以产生待处理的数据。

Bolt:Bolt代表需要消耗流数据,对其应用操作,并将结果以流的形式进行输出的处理步骤。Bolt需要与每个Spout建立连接,随后相互连接以组成所有必要的处理。在拓扑的尾部,可以使用最终的Bolt输出作为相互连接的其他系统的输入。

Storm背后的想法是使用上述组件定义大量小型的离散操作,随后将多个组件组成所需拓扑。默认情况下Storm提供了“至少一次”的处理保证,这意味着可以确保每条消息至少可以被处理一次,但某些情况下如果遇到失败可能会处理多次。Storm无法确保可以按照特定顺序处理消息。

为了实现严格的一次处理,即有状态处理,可以使用一种名为Trident的抽象。严格来说不使用Trident的Storm通常可称之为Core Storm。Trident会对Storm的处理能力产生极大影响,会增加延迟,为处理提供状态,使用微批模式代替逐项处理的纯粹流处理模式。

为避免这些问题,通常建议Storm用户尽可能使用Core Storm。然而也要注意,Trident对内容严格的一次处理保证在某些情况下也比较有用,例如系统无法智能地处理重复消息时。如果需要在项之间维持状态,例如想要计算一个小时内有多少用户点击了某个链接,此时Trident将是你唯一的选择。尽管不能充分发挥框架与生俱来的优势,但Trident提高了Storm的灵活性。

Trident拓扑包含:

流批(Stream batch):这是指流数据的微批,可通过分块提供批处理语义。

操作(Operation):是指可以对数据执行的批处理过程。


优势和局限


目前来说Storm可能是近实时处理领域的最佳解决方案。该技术可以用极低延迟处理数据,可用于希望获得最低延迟的工作负载。如果处理速度直接影响用户体验,例如需要将处理结果直接提供给访客打开的网站页面,此时Storm将会是一个很好的选择。


Spark数据处理速度秒杀MapReduce


Spark因为其处理数据的方式不一样,会比MapReduce快上很多。MapReduce是分步对数据进行处理的: ”从集群中读取数据,进行一次处理,将结果写到集群,从集群中读取更新后的数据,进行下一次的处理,将结果写到集群,等等…“ Booz Allen Hamilton的数据科学家Kirk Borne如此解析。


反观Spark,它会在内存中以接近“实时”的时间完成所有的数据分析:“从集群中读取数据,完成所有必须的分析处理,将结果写回集群,完成,” Born说道。Spark的批处理速度比MapReduce快近10倍,内存中的数据分析速度则快近100倍。


如果需要处理的数据和结果需求大部分情况下是静态的,且你也有耐心等待批处理的完成的话,MapReduce的处理方式也是完全可以接受的。


但如果你需要对流数据进行分析,比如那些来自于工厂的传感器收集回来的数据,又或者说你的应用是需要多重数据处理的,那么你也许更应该使用Spark进行处理。


大部分机器学习算法都是需要多重数据处理的。此外,通常会用到Spark的应用场景有以下方面:实时的市场活动,在线产品推荐,网络安全分析,机器日记监控等。


以上就是关于大数据几个主流框架的比较,毫无疑问Hadoop和Spark在企业的使用最广,东时Java大数据课程详解hadoop及Spark,东时教育为您提供权威的Java大数据培训。





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