什么是数据倾斜

简单的讲，数据倾斜就是我们在计算数据的时候，数据的分散度不够，导致大量的数据集中到了一台或者几台机器上计算，这些数据的计算速度远远低于平均计算速度，导致整个计算过程过慢。

1、关键字：数据倾斜

相信大部分做数据的童鞋们都会遇到数据倾斜，数据倾斜会发生在数据开发的各个环节中，比如：用 Hive 算数据的时候 reduce 阶段卡在 99.99%用 SparkStreaming 做实时算法时候，一直会有 executor 出现 OOM 的错误，但是其余的 executor 内存使用率却很低。

这些问题经常会困扰我们，辛辛苦苦等了几个小时的数据就是跑不出来，心里多难过啊。

例子很多，这里先随便举两个，后文会详细的说明。

2、关键字：千亿级

为什么要突出这么大数据量？先说一下笔者自己最初对数据量的理解：

数据量大就了不起了？数据量少，机器也少，计算能力也是有限的，因此难度也是一样的。凭什么数据量大就会有数据倾斜，数据量小就没有？

这样理解也有道理，但是比较片面，举两个场景来对比：公司一：总用户量1000万，5台64G内存的的服务器。

公司二：总用户量10亿，1000台64G内存的服务器。

两个公司都部署了 Hadoop 集群。假设现在遇到了数据倾斜，发生什么？

公司一的数据分时童鞋在做 join 的时候发生了数据倾斜，会导致有几百万用户的相关数据集中到了一台服务器上，几百万的用户数据，说大也不大，正常字段量的数据的话64G还是能轻松处理掉的。

公司二的数据分时童鞋在做 join 的时候也发生了数据倾斜，可能会有1个亿的用户相关数据集中到了一台机器上了（相信我，这很常见），这时候一台机器就很难搞定了，最后会很难算出结果。

数据倾斜长什么样

笔者大部分的数据倾斜问题都解决了，而且也不想重新运行任务来截图，下面会分几个场景来描述一下数据倾斜的特征，方便读者辨别。

由于Hadoop和Spark是最常见的两个计算平台，下面就以这两个平台说明：

1、Hadoop中的数据倾斜

Hadoop中直接贴近用户使用的是 Mapreduce 程序和 Hive 程序，虽说 Hive 最后也是用 MR 来执行（至少目前 Hive 内存计算并不普及），但是毕竟写的内容逻辑区别很大，一个是程序，一个是 Sql，因此这里稍作区分。

Hadoop 中的数据倾斜主要表现在、ruduce 阶段卡在99.99%，一直99.99%不能结束。

这里如果详细的看日志或者和监控界面的话会发现：有一个多几个 reduce 卡住各种 container 报错 OOM读写的数据量极大，至少远远超过其它正常的 reduce

伴随着数据倾斜，会出现任务被 kill 等各种诡异的表现。

经验：Hive 的数据倾斜，一般都发生在 Sql 中 Group 和 On上，而且和数据逻辑绑定比较深。

2、Spark中的数据倾斜

Spark 中的数据倾斜也很常见，这里包括 Spark Streaming和 Spark Sql，表现主要有下面几种：Executor lost，OOM，Shuffle 过程出错Driver OOM单个 Executor 执行时间特别久，整体任务卡在某个阶段不能结束正常运行的任务突然失败

补充一下，在 Spark streaming 程序中，数据倾斜更容易出现，特别是在程序中包含一些类似 sql 的 join、group 这种操作的时候。 因为 Spark Streaming 程序在运行的时候，我们一般不会分配特别多的内存，因此一旦在这个过程中出现一些数据倾斜，就十分容易造成 OOM.

数据倾斜的原理

1、数据倾斜产生的原因

我们以 Spark 和 Hive 的使用场景为例。他们在做数据运算的时候会设计到，countdistinct、group by、join 等操作，这些都会触发 Shuffle 动作，一旦触发，所有相同 key 的值就会拉到一个或几个节点上，就容易发生单点问题。

2、万恶的shuffle

Shuffle 是一个能产生奇迹的地方，不管是在 Spark 还是 Hadoop 中，它们的作用都是至关重要的。关于 Shuffle 的原理，这里不再讲述，看看 Hadoop 相关的论文或者文章理解一下就 ok.这里主要针对，在 Shuffle如何产生了数据倾斜。

Hadoop 和 Spark 在 Shuffle 过程中产生数据倾斜的原理基本类似。如下图。

大部分数据倾斜的原理就类似于下图，很明了，因为数据分布不均匀，导致大量的数据分配到了一个节点。

3、从数据角度来理解数据倾斜

我们举一个例子，就说数据默认值的设计吧，假设我们有两张表：user（用户信息表）：userid，register_ip ip（IP表）：ip，register_user_cnt

这可能是两个不同的人开发的数据表，如果我们的数据规范不太完善的话，会出现一种情况，user 表中的 register_ip 字段，如果获取不到这个信息，我们默认为 null，但是在 ip 表中，我们在统计这个值的时候，为了方便，我们把获取不到 ip 的用户，统一认为他们的 ip 为 0.

两边其实都没有错的，但是一旦我们做关联了会出现什么情况，这个任务会在做关联的阶段，也就是 sql 的 on 的阶段卡死。

4、从业务计角度来理解数据倾斜

数据往往和业务是强相关的，业务的场景直接影响到了数据的分布。

再举一个例子，比如就说订单场景吧，我们在某一天在北京和上海两个城市多了强力的推广，结果可能是这两个城市的订单量增长了10000%，其余城市的数据量不变。

然后我们要统计不同城市的订单情况，这样，一做 group 操作，可能直接就数据倾斜了。

如何解决

数据倾斜的产生是有一些讨论的，解决它们也是有一些讨论的，本章会先给出几个解决数据倾斜的思路，然后对 Hadoop 和 Spark 分别给出一些解决数据倾斜的方案。

注意： 很多数据倾斜的问题，都可以用和平台无关的方式解决，比如更好的数据预处理， 异常值的过滤等，因此笔者认为，解决数据倾斜的重点在于对数据设计和业务的理解，这两个搞清楚了，数据倾斜就解决了大部分了。

1、几个思路

解决数据倾斜有这几个思路：业务逻辑，我们从业务逻辑的层面上来优化数据倾斜，比如上面的例子，我们单独对这两个城市来做 count，最后和其它城市做整合。

程序层面，比如说在 Hive 中，经常遇到 count（distinct）操作，这样会导致最终只有一个 reduce，我们可以先 group 再在外面包一层 count，就可以了。

调参方面，Hadoop 和 Spark 都自带了很多的参数和机制来调节数据倾斜，合理利用它们就能解决大部分问题。

2、从业务和数据上解决数据倾斜

很多数据倾斜都是在数据的使用上造成的。我们举几个场景，并分别给出它们的解决方案。

数据分布不均匀：前面提到的“从数据角度来理解数据倾斜”和“从业务计角度来理解数据倾斜”中的例子，其实都是数据分布不均匀的类型，这种情况和计算平台无关，我们能通过设计的角度尝试解决它。

有损的方法：找到异常数据，比如 ip 为0的数据，过滤掉无损的方法：对分布不均匀的数据，单独计算先对 key 做一层 hash，先将数据打散让它的并行度变大，再汇集数据预处理

3、Hadoop平台的优化方法

列出来一些方法和思路，具体的参数和用法在官网看就行了。

mapjoin 方式count distinct 的操作，先转成 group，再 count万能膏药：hive.groupby.skewindata=true left semi jioin 的使用设置 map 端输出、中间结果压缩。（不完全是解决数据倾斜的问题，但是减少了 IO 读写和网络传输，能提高很多效率）

4、Spark平台的优化方法

列出来一些方法和思路，具体的参数和用法在官网看就行了。

mapjoin 方式设置 rdd 压缩合理设置 driver 的内存Spark Sql 中的优化和 Hive 类似，可以参考 Hive

总结

数据倾斜的坑还是很大的，如何处理数据倾斜是一个长期的过程，希望本文的一些思路能提供帮助。