Spark Shuffle之Sort Shuffle

源文件放在github，随着理解的深入，不断更新，如有谬误之处，欢迎指正。原文链接https://github.com/jacksu/utils4s/blob/master/spark-knowledge/md/sort-shuffle.md

正如你所知，spark实现了多种shuffle方法，通过 spark.shuffle.manager来确定。暂时总共有三种：hash shuffle、sort shuffle和tungsten-sort shuffle，从1.2.0开始默认为sort shuffle。本节主要介绍sort shuffle。

从1.2.0开始默认为sort shuffle(spark.shuffle.manager = sort)，实现逻辑类似于Hadoop MapReduce，Hash Shuffle每一个reducers产生一个文件，但是Sort Shuffle只是产生一个按照reducer id排序可索引的文件，这样，只需获取有关文件中的相关数据块的位置信息，并fseek就可以读取指定reducer的数据。但对于rueducer数比较少的情况，Hash Shuffle明显要比Sort Shuffle快，因此Sort Shuffle有个“fallback”计划，对于reducers数少于 “spark.shuffle.sort.bypassMergeThreshold” (200 by default)，我们使用fallback计划，hashing相关数据到分开的文件，然后合并这些文件为一个，具体实现为BypassMergeSortShuffleWriter。

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在map进行排序，在reduce端应用Timsort[1]进行合并。map端是否容许spill，通过spark.shuffle.spill来设置，默认是true。设置为false，如果没有足够的内存来存储map的输出，那么就会导致OOM错误，因此要慎用。

用于存储map输出的内存为：“JVM Heap Size” \* spark.shuffle.memoryFraction \* spark.shuffle.safetyFraction，默认为“JVM Heap Size” \* 0.2 \* 0.8 = “JVM Heap Size” \* 0.16。如果你在同一个执行程序中运行多个线程（设定spark.executor.cores/ spark.task.cpus超过1）,每个map任务存储的空间为“JVM Heap Size” * spark.shuffle.memoryFraction * spark.shuffle.safetyFraction / spark.executor.cores * spark.task.cpus, 默认2个cores，那么为0.08 * “JVM Heap Size”。
spark使用AppendOnlyMap存储map输出的数据，利用开源hash函数MurmurHash3和平方探测法把key和value保存在相同的array中。这种保存方法可以是spark进行combine。如果spill为true，会在spill前sort。

Sort Shuffle内存的源码级别更详细说明可以参考[4],读写过程可以参考[5]

优点

1. map创建文件量较少
2. 少量的IO随机操作，大部分是顺序读写

缺点

1. 要比Hash Shuffle要慢，需要自己通过spark.shuffle.sort.bypassMergeThreshold来设置合适的值。
2. 如果使用SSD盘存储shuffle数据，那么Hash Shuffle可能更合适。

参考

[1]Timsort原理介绍

[2]形式化方法的逆袭——如何找出Timsort算法和玉兔月球车中的Bug？

[3]Spark Architecture: Shuffle

[4]Spark Sort Based Shuffle内存分析

[5]Spark Shuffle Write阶段磁盘文件分析