Spark 应用调优

人数统计
- 优化
摇号次数分布
- 优化
- - Shuffle 常规优化
  - 数据分区合并
  - 加 Cache
- 优化
中签率的变化趋势
中签率局部洞察
- 优化
倍率分析
- 优化

表信息 :

apply : 申请者 : 事实表
lucky : 中签者表 : 维度表
两张表的 Schema ( batchNum，carNum ) : ( 摇号批次，申请编号 )
分区键都是 batchNum

运行环境 :

在这里插入图片描述

配置项设置 :

在这里插入图片描述

优化点 :

在这里插入图片描述

人数统计

统计至今，参与摇号的总人次和幸运的中签者人数

val rootPath: String = _

// 申请者数据（因为倍率的原因，每一期，同一个人，可能有多个号码）
val hdfs_path_apply = s"${rootPath}/apply"
val applyNumbersDF = spark.read.parquet(hdfs_path_apply)
applyNumbersDF.count

// 中签者数据
val hdfs_path_lucky = s"${rootPath}/lucky"
val luckyDogsDF = spark.read.parquet(hdfs_path_lucky)
luckyDogsDF.count

SQL 实现 :

select
	count(*)
from applyNumbersDF

select
	count(*)
from luckyDogsDF

去重计数，得到实际摇号数 :

val applyDistinctDF = applyNumbersDF.select("batchNum", "carNum").distinct

applyDistinctDF.count

SQL 实现 :

select
	count(distinct batchNum ,carNum)
from applyDistinctDF

优化

分析 : 共有 3 个 Actions，会触发 3 个 Spark Jobs
用 Cache 原则：

RDD/DataFrame/Dataset 引用次数为 1，坚决不用 Cache
当引用次数大于 1，且运行成本占比超过 30%，考虑用 Cache

优化 :

利用 Cache 机制来提升执行性能

val rootPath: String = _

// 申请者数据（因为倍率的原因，每一期，同一个人，可能有多个号码）
val hdfs_path_apply = s"${rootPath}/apply"
val applyNumbersDF = spark.read.parquet(hdfs_path_apply)
// 缓存
applyNumbersDF.cache

applyNumbersDF.count

val applyDistinctDF = applyNumbersDF.select("batchNum", "carNum").distinct
applyDistinctDF.count

在这里插入图片描述

摇号次数分布

不同人群摇号次数的分布 :

统计所有申请者累计参与了多少次摇号
所有中签者摇了多少次号才能幸运地摇中签

统计所有申请者的分布情况

val result02_01 = applyDistinctDF
  .groupBy(col("carNum")).agg(count(lit(1)).alias("x_axis"))
  .groupBy(col("x_axis")).agg(count(lit(1)).alias("y_axis"))
  .orderBy("x_axis")

result02_01.write.format("csv").save("_")

SQL 实现 :

with t1 as (
  select
  	carNum,
  	count(1) as x_axis
  from applyDistinctDF
  group by carNum
)
select
	x_axis,
	count(1) as y_axis
from t1
group by x_axis
order by x_axis

在这里插入图片描述

优化

分析 : 共两次 Shuffle。以 carNum 做分组计数，以 x_axis 列再次做分组计数

Shuffle 的本质 : 数据的重新分发，凡是有 Shuffle 地方就要关注数据分布

对过小的数据分片，要对进行合并

Shuffle 常规优化

优化点 : 减少 Shuffle 过程中磁盘与网络的请求次数

Shuffle 的常规优化：

By Pass 排序操作 : 条件：计算逻辑不涉及聚合或排序；Reduce 的并行度 < spark.shuffle.sort.bypassMergeThreshold
调整读写缓冲区 : 条件 : Execution Memory 大

对读写缓冲区做调优 :

spark.shuffle.file.buffer : Map 写入缓冲区大小
spark.reducer.maxSizeInFlight : Reduce 读缓冲区大小

读写缓冲区是以 Task 为粒度进行设置，所以调整这些参数时, 扩大 50%

默认	调优
spark.shuffle.file.buffer = 32KB	spark.shuffle.file.buffer = 48 KB (32KB * 1.5)
spark.reducer.maxSizeInFlight = 48 MB	spark.reducer.maxSizeInFlight = 72MB ( 48MB * 1.5)

性能对比 :

在这里插入图片描述

数据分区合并

优化点 : 提升 Reduce 阶段的 CPU 利用率

该数据集在内存的精确大小 :

def sizeNew(func: => DataFrame, spark: => SparkSession): String = {
  val result = func
  val lp = result.queryExecution.logical
  val size = spark.sessionState.executePlan(lp).optimizedPlan.stats.sizeInByte
  
  "Estimated size: " + size/1024 + "KB"
}

把 applyDistinctDF 作实参，调用 sizeNew 函数，返回大小 = 2.6 GB

将数据集尺寸/并行度(spark.sql.shuffle.partitions = 200) = Reduce 每个数据分片的存储大小 ( 2.6 GB / 200 = 13 MB）
数据分片大小在 200 MB 左右为宜，13 MB 太小

优化设置 :

计算集群配置 Executors core = 3 * 2 = 6，其 minPartitionNum 为 6

# 开启 AQE
spark.sql.adaptive.enabled = true

# 自动分区合并
spark.sql.adaptive.coalescePartitions.enabled = true
# 合并后的大小
spark.sql.adaptive.advisoryPartitionSizeInBytes = 160MB/200MB/210MB/400MB
# 分区合并后的最小分区数
spark.sqladaptive.coalescePartitions.minPartitionNum = 6

总结 :

并行度过高、数据分片过小，CPU 调度开销会变大，执行性能也变差
检验值 : 分片粒度为 200 MB 左右时，执行性能是最优的
并行度过低、数据分片过大，CPU 数据处理开销也会过大，执行性能会锐减

性能对比 :

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加 Cache

Cache : 避免数据集在磁盘中的重复扫描与重复计算

applyDistinctDF.cache
applyDistinctDF.count

val result02_01 = applyDistinctDF
  .groupBy(col("carNum")).agg(count(lit(1)).alias("x_axis"))
  .groupBy(col("x_axis")).agg(count(lit(1)).alias("y_axis"))
  .orderBy("x_axis")

result02_01.write.format("csv").save("_")

性能对比 :

在这里插入图片描述

得到中签者的摇号次数

val result02_02 = applyDistinctDF
  .join(luckyDogsDF.select("carNum"), Seq("carNum"), "inner")
  .groupBy(col("carNum")).agg(count(lit(1)).alias("x_axis"))
  .groupBy(col("x_axis")).agg(count(lit(1)).alias("y_axis"))
  .orderBy("x_axis")

result02_02.write.format("csv").save("_")

SQL 实现 :


with t3 as (
  select
    carNum,
  	count(1) as x_axis
  from applyDistinctDF t1 join luckyDogsDF t2
  	on t1.carNum = t2.carNum
  group by carNum
)
select
	x_axis,
	count(1) as y_axis
from t3
group by x_axis
order by x_axis

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优化

分析 : 计算中有一次数据关联，两次分组、聚合，排序

applyDistinctDF 有 1.35 亿条记录
luckyDogsDF 有 115 w条记录
大表 Join 小表，最先想用广播变量

用广播变量来优化大小表关联计算 :

估算小表在内存中的存储大小
设置广播阈值 spark.sql.autoBroadcastJoinThreshold

用 sizeNew 计算 luckyDogsDF ，得到大小 = 18.5MB

设置广播阈值要大于 18.5MB ，即 : 设置为 20MB :

spark.sql.autoBroadcastJoinThreshold = 20MB

性能对比 :

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中签率的变化趋势

计算中签率，分别统计每个摇号批次中的申请者和中签者人数

// 统计每批次申请者的人数
val apply_denominator = applyDistinctDF
  .groupBy(col("batchNum"))
  .agg(count(lit(1)).alias("denominator"))

// 统计每批次中签者的人数
val lucky_molecule = luckyDogsDF
  .groupBy(col("batchNum"))
  .agg(count(lit(1)).alias("molecule"))

val result03 = apply_denominator
  .join(lucky_molecule.select, Seq("batchNum"), "inner")
  .withColumn("ratio", round(col("molecule")/ col("denominator"), 5))
  .orderBy("batchNum")

result03.write.format("csv").save("_")

SQL 实现 :

with t1 as (
  select
  	batchNum,
  	count(1) as denominator
  from applyDistinctDF
  group by batchNum
),
t2 as (
  select
  	batchNum,
  	count(1) as molecule
  from luckyDogsDF
  group by batchNum
)
select
  batchNum,
	round(molecule/denominator, 5) as ratio
from t1 join t2 on t1.batchNum = t2.batchNum
order by batchNum

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中签率局部洞察

统计 2018 年的中签率

// 筛选出2018年的中签数据，并按照批次统计中签人数
val lucky_molecule_2018 = luckyDogsDF
  .filter(col("batchNum").like("2018%"))
  .groupBy(col("batchNum"))
  .agg(count(lit(1)).alias("molecule"))

// 通过与筛选出的中签数据按照批次做关联，计算每期的中签率
val result04 = apply_denominator
  .join(lucky_molecule_2018, Seq("batchNum"), "inner")
  .withColumn("ratio", round(col("molecule")/ col("denominator"), 5))
  .orderBy("batchNum")

result04.write.format("csv").save("_")

SQL 实现 :

with t1 as (
  select
  	batchNum,
  	count(1) as molecule
  from luckyDogsDF
  where batchNum like '2018%'
  group by batchNum
)
select
	batchNum,
	round(molecule/denominator, 5)
from apply_denominator t2 on t1.batchNum = t2.batchNum
order by batchNum

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优化

DPP 的条件 :

事实表必须是分区表，且分区字段（可以是多个）必须包含 Join Key
DPP 仅支持等值 Joins，不支持大于、小于这种不等值关联关系
维表过滤后的数据集，要小于广播阈值，调整 spark.sql.autoBroadcastJoinThreshold

DPP 优化 :

降低事实表 applyDistinctDF 的磁盘扫描量

applyDistinctDF.select("batchNum", "carNum").distinct

applyDistinct.count

性能对比 :

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倍率分析

倍率的分布情况 :

不同倍率下的中签人数
不同倍率下的中签比例

2016 年后的不同倍率下的中签人数 :

val result05_01 = applyNumbersDF
  .join(luckyDogsDF.filter(col("batchNum") >= "201601").select("carNum"), Seq("carNum"), "inner")
  .groupBy(col("batchNum"), col("carNum")).agg(count(lit(1)).alias("multiplier"))
  .groupBy("carNum").agg(max("multiplier").alias("multiplier"))
  .groupBy("multiplier").agg(count(lit(1)).alias("cnt"))
  .orderBy("multiplier")

result05_01.write.format("csv").save("_")

with t3 as (
  select
  	batchNum,
  	carNum,
    count(1) as multiplier
  from applyNumbersDF t1 
  	join luckyDogsDF t2 on t1.carNum = t2.carNum
  where t2.batchNum >= '201601'
  group by batchNum, carNum
),
t4 as (
  select
    carNum,
  	max(multiplier) as multiplier
  from t3
  group by carNum
)
select
	multiplier,
	count(1) as cnt
from t4
group by multiplier
order by multiplier;

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优化

关联中的 Join Key 是 carNum (非分区键)，所以无法用 DPP 机制优化

将大表 Join 小表 , SMJ 转 BHJ :

计算 luckyDogsDF 的内存大小，确保 < 广播阈值，利用 Spark SQL 的静态优化机制将 SMJ 转为 BHJ
确保过滤后 luckyDogsDF < 广播阈值，利用 Spark SQL 的 AQE 机制动态将 SMJ 转为 BHJ

# 静态BHJ
spark.sql.autoBroadcastJoinThreshold = 20MB

# AQE 动态BHJ
spark.sql.autoBroadcastJoinThreshold = 10MB

性能对比 :

在这里插入图片描述

计算不同倍率人群的中签比例

// Step01: 过滤出2016-2019申请者数据，统计出每个申请者在每期内的倍率，并在所有批次中选取
val apply_multiplier_2016_2019 = applyNumbersDF
  .filter(col("batchNum") >= "201601")
  .groupBy(col("batchNum"), col("carNum")).agg(count(lit(1)).alias("multiplier"))
  .groupBy("carNum").agg(max("multiplier").alias("multiplier"))
  .groupBy("multiplier").agg(count(lit(1)).alias("apply_cnt"))

// Step02: 将各个倍率下的申请人数与各个倍率下的中签人数左关联，并求出各个倍率下的中签率
val result05_02 = apply_multiplier_2016_2019
  .join(result05_01.withColumnRenamed("cnt", "lucy_cnt"), Seq("multiplier"), "left")
  .na.fill(0)
  .withColumn("ratio", round(col("lucy_cnt")/ col("apply_cnt"), 5))
  .orderBy("multiplier")

result05_02.write.format("csv").save("_")

SQL 实现 :

with t5 as (
  select
  	batchNum,
  	carNum
  	count(1) as multiplier
  from applyNumbersDF 
  where batchNum >= '201601'
  group by batchNum, carNum
),
t6 as (
  select
  	carNum,
  	max(multiplier) as multiplier
  from t1
  group by carNum
),
t7 as (
  select
  	multiplier,
  	count(1) as apply_cnt
  from t2 
  group by multiplier
)
select 
	multiplier,
	round(coalesce(lucy_cnt, 0)/ apply_cnt, 5) as ratio
from t7 left 
	left join t5 on t5.multiplier = t7.multiplier
order by multiplier;