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Apache Crunch:用于简化MapReduce编程的Java库

| 作者 Josh Wills 关注 0 他的粉丝 ,译者 臧秀涛 关注 2 他的粉丝 发布于 2013年3月19日. 估计阅读时间: 10 分钟 | Google、Facebook、Pinterest、阿里、腾讯 等顶尖技术团队的上百个可供参考的架构实例!

Apache Crunch(孵化器项目)是基于Google的FlumeJava库编写的Java库,用于创建MapReduce流水线。与其他用来创建MapReduce作业的高层工具(如Apache Hive、Apache Pig和Cascading等)类似,Crunch提供了用于实现如连接数据、执行聚合和排序记录等常见任务的模式库。而与其他工具不同的是,Crunch并不强制所有输入遵循同一数据类型。相反,Crunch使用了一种定制的类型系统,非常灵活,能够直接处理复杂数据类型,如时间序列、HDF5文件、Apache HBase表和序列化对象(像protocol buffer或Avro记录)等。

Crunch并不想阻止开发者以MapReduce方式思考,而是尝试使之简化。尽管MapReduce有诸多优点,但对很多问题而言,并非正确的抽象级别:大部分有意思的计算都是由多个MapReduce作业组成的,情况往往是这样——出于性能考虑,我们需要将逻辑上独立的操作(如数据过滤、数据投影和数据变换)组合为一个物理上的MapReduce作业。

本质上,Crunch设计为MapReduce之上的一个薄层,希望在不牺牲MapReduce力量(或者说不影响开发者使用MapReduce API)的前提下,更容易在正确的抽象级别解决手头问题。

尽管Crunch会让人想起历史悠久的Cascading API,但是它们各自的数据模型有很大不同:按照常识简单总结一下,可以认为把问题看做数据流的人会偏爱Crunch和Pig,而考虑SQL风格连接的人会偏爱Cascading和Hive。

Crunch的理念

PCollection和PTable<K, V>是Crunch的核心抽象,前者代表一个分布式、不可变的对象集合,后者是Pcollection的一个子接口,其中包含了处理键值对的额外方法。这两个核心类支持如下四个基本操作:

  1. parallelDo:将用户定义函数应用于给定PCollection,返回一个新的PCollection作为结果。
  2. groupByKey:将一个PTable中的元素按照键值排序并分组(等同于MapReduce作业中的shuffle阶段)
  3. combineValues:执行一个关联操作来聚合来自groupByKey操作的值。
  4. union:将两个或多个Pcollection看做一个虚拟的PCollection。

Crunch的所有高阶操作(joins、cogroups和set operations等)都是通过这些基本原语实现的。Crunch的作业计划器(job planner)接收流水线开发者定义的操作图,将操作分解为一系列相关的MapReduce作业,然后在Hadoop集群上执行。Crunch也支持内存执行引擎,可用于本地数据上流水线的测试与调试。

有些问题可以从能够操作定制数据类型的大量用户定义函数受益,而Crunch就是为这种问题设计的。Crunch中的用户定义函数设计为轻量级的,为满足应用程序的需要,仍然提供了完整的访问底层MapReduce API的功能。Crunch开发者也可以使用Crunch原语来定义API,为客户提供涉及一系列复杂MapReduce作业的高级ETL、机器学习和科学计算功能。

Crunch起步

可以从Crunch的网站下载最新版本的源代码或二进制文件,或者使用在Maven Central发布的dependencies

源代码中有很多示例应用。下面是Crunch中WordCount应用的源代码:

import org.apache.crunch.DoFn;
import org.apache.crunch.Emitter;
import org.apache.crunch.PCollection;
import org.apache.crunch.PTable;
import org.apache.crunch.Pair;
import org.apache.crunch.Pipeline;
import org.apache.crunch.impl.mr.MRPipeline;
import org.apache.crunch.type.writable.Writables;

public class WordCount {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // Create an object to coordinate pipeline creation and execution.
    Pipeline pipeline = new MRPipeline(WordCount.class);
    // Reference a given text file as a collection of Strings.
    PCollection<String> lines = pipeline.readTextFile(args[0]);

    // Define a function that splits each line in a PCollection of Strings into a
    // PCollection made up of the individual words in the file.
    PCollection<String> words = lines.parallelDo(new DoFn<String, String>() {
      public void process(String line, Emitter<String> emitter) {
	for (String word : line.split("\\s+")) {
	  emitter.emit(word);
	}
      }
    }, Writables.strings()); // Indicates the serialization format

    // The count method applies a series of Crunch primitives and returns
    // a map of the top 20 unique words in the input PCollection to their counts.
    // We then read the results of the MapReduce jobs that performed the
    // computations into the client and write them to stdout.
     for (Pair<String, Long> wordCount : words.count().top(20).materialize()) {
      System.out.println(wordCount);
     }
   }
}

Crunch优化方案

Crunch优化器的目标是尽可能减少运行的MapReduce作业数。大多数MapReduce作业都是 IO密集型的,因此访问数据的次数越少越好。公平地说,每种优化器(Hive、Pig、Cascading和Crunch)的工作方式本质上是相同的。但与其他框架不同的是,Crunch把优化器原语暴露给了客户开发人员,对于像构造ETL流水线或构建并评估一组随机森林模型这样的任务而言,构造可复用的高阶操作更容易。

结论

Crunch目前仍处于Apache的孵化器阶段,我们非常欢迎社区贡献(参见项目主页)让这个库更好。特别的是,我们正在寻求更高效的MapReduce编译思想(包括基于成本考虑的优化)、新的MapReduce设计模式,还希望支持更多的数据源和目标,如HCatalog、Solr和ElasticSearch等。还有很多把Crunch带向如ScalaClojure等其他JVM语言的项目,也有很多使用Crunch以R语言来创建MapReduce流水线的工具。

关于作者

Josh Wills是Cloudera的数据科学主管,主要负责与客户和工程师一起基于Hadoop为不同行业开发解决方案。他从杜克大学获得数学专业学士学位,又从得克萨斯大学奥斯汀分校获得运筹学专业硕士学位。

查看英文原文:Apache Crunch: A Java Library for Easier MapReduce Programming

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