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大数据处理框架:Hadoop:大数据与Hadoop简介.docx
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大数据处理框架:Hadoop:大数据与Hadoop简介.docx
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1
大数据处理框架:Hadoop:大数据与 Hadoop 简介
1 大数据与 Hadoop 概述
1.1 大数据的定义与特征
大数据是指无法用传统数据处理应用软件来处理的、具有海量、高速、多
样性的数据集合。其特征通常被概括为“4V”:
� Volume(大量):数据量巨大,可能达到 PB 甚至 EB 级别。
� Velocity(高速):数据生成和处理速度非常快,可能需要实时处
理。
� Variety(多样):数据类型多样,包括结构化、半结构化和非结构
化数据。
� Value(价值):从大数据中提取有价值的信息,但价值密度可能
较低。
1.1.1 示例:大数据处理场景
假设一家电商公司每天产生数百万条交易记录,每条记录包含用户 ID、商
品 ID、购买时间、购买数量等信息。为了分析用户购买行为,需要处理这些数
据以提取有价值的信息,如用户偏好、热销商品等。使用 Hadoop 可以高效地
处理这些数据。
#
示例代码:使用
Hadoop MapReduce
处理电商交易数据
# Map
函数:将交易记录转换为(商品
ID
,购买数量)的键值对
def map_function(line):
fields = line.split(',')
product_id = fields[1]
quantity = int(fields[3])
yield product_id, quantity
# Reduce
函数:计算每个商品的总购买数量
def reduce_function(key, values):
total_quantity = sum(values)
yield key, total_quantity
1.2 Hadoop 的历史与发展
Hadoop 最初由 Doug Cutting 和 Mike Cafarella 在 2005 年开发,灵感来源于
Google 的 MapReduce 论文和 Google 文件系统(GFS)论文。Hadoop 的核心是
HDFS(Hadoop Distributed File System)和 MapReduce,它们分别用于存储和处
理大数据。
2
1.2.1 Hadoop 版本演进
� Hadoop 1.0:主要包含 HDFS 和 MapReduce,MapReduce 负责数
据的处理和调度。
� Hadoop 2.0:引入了 YARN(Yet Another Resource Negotiator),将
资源管理和作业调度分离,使得 Hadoop 平台可以支持更多类型的数据
处理框架。
� Hadoop 3.0:进一步增强了 HDFS 的性能和可靠性,支持更大的数
据集和更多的节点。
1.3 Hadoop 生态系统概览
Hadoop 生态系统包含一系列工具和框架,它们共同提供了一个强大的大数
据处理平台。以下是一些关键组件:
� HDFS:分布式文件系统,用于存储大数据。
� MapReduce:分布式数据处理框架,用于并行处理数据。
� YARN:资源管理和作业调度系统。
� Hive:数据仓库工具,提供 SQL-like 查询语言。
� Pig:用于数据分析的高级语言。
� HBase:分布式列式存储系统,用于实时读写大数据。
� ZooKeeper:分布式协调服务,用于管理分布式系统中的配置信息
和命名服务。
� Sqoop:用于在 Hadoop 和关系型数据库之间传输数据的工具。
� Flume:用于收集、聚合和移动大量日志数据的工具。
1.3.1 示例:使用 Hive 进行数据分析
假设我们有一个存储在 HDFS 上的用户行为日志文件,我们想要分析用户
在不同时间段的活跃度。使用 Hive 可以轻松地进行这种分析。
--
创建
Hive
表
CREATE TABLE user_activity (
user_id INT,
activity_time TIMESTAMP,
activity_type STRING
)
ROW FORMAT DELIMITED
FIELDS TERMINATED BY ','
STORED AS TEXTFILE;
--
加载数据
LOAD DATA INPATH '/user_activity_logs' INTO TABLE user_activity;
--
分析用户在不同时间段的活跃度
SELECT activity_type, COUNT(*) as activity_count
3
FROM user_activity
WHERE activity_time BETWEEN '2023-01-01 00:00:00' AND '2023-01-01 23:59:59'
GROUP BY activity_type;
通过上述代码,我们可以看到 Hive 如何简化大数据的 SQL 查询,使得数据
分析变得更加直观和高效。
2 Hadoop 核心组件
2.1 Hadoop 分布式文件系统(HDFS)
Hadoop 分布式文件系统(HDFS)是 Hadoop 项目的核心组成部分之一,它
为 Hadoop 应用程序提供了一个高度可靠、高性能的数据存储系统。HDFS 被设
计用于跨越多台计算机集群存储和处理大规模数据集,其架构能够容忍硬件故
障,确保数据的高可用性和持久性。
2.1.1 原理
HDFS 采用主从架构,其中包含一个 NameNode 和多个 DataNode。
NameNode 负责管理文件系统的命名空间和客户端对文件的访问,而 DataNode
则负责存储实际的数据块。HDFS 将文件分割成多个数据块,默认大小为 128MB,
每个数据块都会被复制并存储在不同的 DataNode 上,以提高数据的可靠性和
可用性。
2.1.2 内容
� 数据块管理:HDFS 将文件分割成多个数据块,每个数据块都会被
复制并存储在不同的 DataNode 上。
� 容错机制:HDFS 能够自动检测和处理数据块的丢失或损坏,确保
数据的完整性。
� 数据本地性:HDFS 会优先将数据块存储在本地节点,以减少网络
传输延迟,提高数据处理速度。
2.1.3 示例
以下是一个使用 Python 的 HDFS 客户端 hdfs3 库来读取和写入 HDFS 文件的
例子:
from hdfs3 import HDFileSystem
#
连接
HDFS
hdfs = HDFileSystem(host='myhdfs.com', port=8020)
#
写入文件
with hdfs.open('/user/stitch/test.txt', 'w') as f:
f.write('Hello, HDFS!')
4
#
读取文件
with hdfs.open('/user/stitch/test.txt', 'r') as f:
print(f.read())
2.2 MapReduce 编程模型
MapReduce 是 Hadoop 框架中用于处理大规模数据集的编程模型。它将数
据处理任务分解为两个阶段:Map 阶段和 Reduce 阶段,这两个阶段分别在不
同的节点上并行执行,从而实现高效的大数据处理。
2.2.1 原理
� Map 阶段:将输入数据集分割成多个小的数据块,每个数据块由
一个 Map 任务处理。Map 任务将数据转换为键值对的形式,为 Reduce
阶段做准备。
� Reduce 阶段:将 Map 阶段产生的键值对进行汇总和处理,生成
最终的输出结果。Reduce 任务的数量可以根据数据集的大小和集群的资
源进行调整。
2.2.2 内容
� 数据分割:MapReduce 将输入数据集分割成多个小的数据块,每
个数据块由一个 Map 任务处理。
� 并行处理:Map 和 Reduce 任务可以在不同的节点上并行执行,
提高数据处理的效率。
� 容错机制:MapReduce 能够自动检测和处理任务失败,确保数据
处理的正确性和完整性。
2.2.3 示例
以下是一个使用 Java 实现的 MapReduce 示例,用于计算文本文件中单词
的频率:
import java.io.IOException;
import java.util.StringTokenizer;
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;
5
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 {
StringTokenizer itr = new StringTokenizer(value.toString());
while (itr.hasMoreTokens()) {
word.set(itr.nextToken());
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);
job.setCombinerClass(IntSumReducer.class);
job.setReducerClass(IntSumReducer.class);
job.setOutputKeyClass(Text.class);
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