本篇教程探讨了大数据技术 Spark Shuffle（3）Executor是如何fetch shuffle的数据文件，希望阅读本篇文章以后大家有所收获，帮助大家对大数据技术的理解更加深入。

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1. 前言

在前面的文章中讨论了Executor, Driver之间如何汇报Executor生成的Shuffle的数据文件，以及Executor获取到Shuffle的数据文件的分布，那么Executor是如何获取到Shuffle的数据文件进行Action的算子的计算呢？

在ResultTask中，Executor通过MapOutPutTracker向Driver获取了ShuffID的Shuffle数据块的结构，整理成以BlockManangerId为Key的结构，这样可以更容易区分究竟是本地的Shuffle还是远端executor的Shuffle
2. Fetch数据
在MapOutputTracker中获取到的BlockID的地址，是以BlockManagerId的seq数组

Seq[(BlockManagerId, Seq[(BlockId, Long)])] 


BlockManagerId结构

class BlockManagerId private (
    private var executorId_ : String,
    private var host_ : String,
    private var port_ : Int,
    private var topologyInfo_ : Option[String])
  extends Externalizable 


是以ExecutorId，Executor Host IP, Executor Port 标示从哪个Executor获取Shuffle的数据文件，通过Seq[BlockManagerId, Seq(BlockID,Long)]的结构，当前executor很容易区分究竟哪些是本地的数据文件，哪些是远端的数据，本地的数据可以直接本地读取，而需要不通过网络来获取。
2.1 读取本Executor文件
如何认为是本地数据？
Spark认为区分是通过相同的ExecutorId来区别的，如果ExecutorId和自己的ExecutorId相同，认为是本地Local，可以直接读取文件。

    for ((address, blockInfos) <- blocksByAddress) {
      totalBlocks += blockInfos.size
      if (address.executorId == blockManager.blockManagerId.executorId) {
        // Filter out zero-sized blocks
        localBlocks ++= blockInfos.filter(_._2 != 0).map(_._1)
        numBlocksToFetch += localBlocks.size
      } 
    }


这里有两种情况：

    同一个Executor会生成多个Task，单个Executor里的Task运行可以直接获取本地文件，不需要通过网络
    同一台机器多个Executor，在这种情况下，不同的Executor获取相同机器下的其他的Executor的文件，需要通过网络

2.2 读取非本Executor文件
2.2.1 构造FetchRequest请求
获取非本Executor的文件，在Spark里会生成一个FetchRequest，为了避免单个Executor的MapId过多发送多个FetchRequest请求，会合并同一个Executor的多个请求，合并的规则由最大的请求参数控制

spark.reducer.maxSizeInFlight 
val targetRequestSize = math.max(maxBytesInFlight / 5, 1L)

对同一个Executor，如果请求多个Block请求的数据大小未超过targetRequestSize，将会被分配到同一个FetchRequest中，以避免多次FetchRequest的请求

val iterator = blockInfos.iterator
        var curRequestSize = 0L
        var curBlocks = new ArrayBuffer[(BlockId, Long)]
        while (iterator.hasNext) {
          val (blockId, size) = iterator.next()
          // Skip empty blocks
          if (size > 0) {
            curBlocks += ((blockId, size))
            remoteBlocks += blockId
            numBlocksToFetch += 1
            curRequestSize += size
          } else if (size < 0) {
            throw new BlockException(blockId, "Negative block size " + size)
          }
          if (curRequestSize >= targetRequestSize) {
            // Add this FetchRequest
            remoteRequests += new FetchRequest(address, curBlocks)
            curBlocks = new ArrayBuffer[(BlockId, Long)]
            logDebug(s"Creating fetch request of $curRequestSize at $address")
            curRequestSize = 0
          }
        }
        // Add in the final request
        if (curBlocks.nonEmpty) {
          remoteRequests += new FetchRequest(address, curBlocks)
        }

多个FetchRequest会被随机化后放入队列Queue中，每个Executor从Driver端获取的ShuffID对应的BlockManagerID所管理的BlockID的状态是相同的顺序，如果不对FetchRequest进行随机化，那么非常有可能存在多个Executor同时向同一个Executor获取发送FetchRequest的情况，从而导致Executor的负载增高，为了均衡每个Executor的数据获取，随机化FetchRequest是非常有必要的。

2.2.1 发送FetchRequest

FetchRequest并不是并行提交的，对同一个Task来说，在Executor的做combine的时候是一个一个的BlockID块合并的，而Task本身就是一个线程运行的，所以不需要设计FetchRequest成并行提交，当一个BlockID完成计算后，才需要判断是否需要进行下一个FetchRequest请求，因为FetchRequest是多个Block提交的，为了控制Executor获取多个BlockID的shuffle数据的带宽，在提交FetchRequest的时候控制了请求的频率

在满足下面以下条件下，才允许提交下个FetchRequest

    当正在请求的所有BlockId的内容和下一个FetchRequest的请求内容之和小于maxBytesInFlight的时候，才能进行下一个FetchRequest 的请求
    当正在请求的数量小于所设置的最大的允许请求数量的时候，才能进行下一个FetchRequest的请求，控制参数如下：

spark.reducer.maxReqsInFlight

2.2.2 完整的FetchRequest流程
技术分享

         Executor A 通过ExternalShuffleClient 进行fetchBlocks的操作，如果配置了

        io.maxRetries

        最大重试参数的话，将启动一个能重试RetryingBlockFetcher的获取器
        初始化TransportClient，OneForOneBlockFetcher获取器
        在OneForOneBlockFetcher里首先向另一个Executor B发送了OpenBlocks的询问请求，里面告知ExecutorID, APPID和BlockID的集合
        Executor B获取到BlockIDs，后通过BlockManager获取相关的BlockID的文件（通过mapid, reduceid获取相关的索引和数据文件），构建FileSegmentManagedBuffer
        通过StreamManager(OneForOneStreamManager) registerStream 生成streamId，和StreamState(多个ManagedBuffer，AppID)的缓存技术分享
        返回所生成的StreamId
        Executor B 返回给 StreamHandle的消息，里面包含了StreamId和Chunk的数量，这里chunk的数量其实就是Block的数量
        Executor A 获取到 StreamHandle的消息，一个一个的发送ChunkFetchRequest里面包含了StreamId, Chunk index，去真实的获取Executor B的shuffle数据文件
        Executor B 通过传递的ChunkFetchRequest消息获取到StreamId, Chunk index, 通过缓存获取到对应的FileSgementManagedBuffer，返回chunkFetchSuccess消息，里面包含着streamID, 和FileSegmentManagedBuffer
        在步骤3-6步骤里是堵塞在Task线程里，而步骤7一个一个发送ChunkFetchRequest后，并不堵塞等待返回结果，结果是通过回调函数来实现的，在调用前注册了一个回调函数

        client.fetchChunk(streamHandle.streamId, i, chunkCallback);
          private class ChunkCallback implements ChunkReceivedCallback {
            @Override
            public void onSuccess(int chunkIndex, ManagedBuffer buffer) {
              // On receipt of a chunk, pass it upwards as a block.
              listener.onBlockFetchSuccess(blockIds[chunkIndex], buffer);
            }

            @Override
            public void onFailure(int chunkIndex, Throwable e) {
              // On receipt of a failure, fail every block from chunkIndex onwards.
              String[] remainingBlockIds = Arrays.copyOfRange(blockIds, chunkIndex, blockIds.length);
              failRemainingBlocks(remainingBlockIds, e);
            }
          }

        在这里的listener就是前面fetchBlocks里注入的BlockFetchingListener

         new BlockFetchingListener {
                override def onBlockFetchSuccess(blockId: String, buf: ManagedBuffer): Unit = {
                  // Only add the buffer to results queue if the iterator is not zombie,
                  // i.e. cleanup() has not been called yet.
                  ShuffleBlockFetcherIterator.this.synchronized {
                    if (!isZombie) {
                      // Increment the ref count because we need to pass this to a different thread.
                      // This needs to be released after use.
                      buf.retain()
                      remainingBlocks -= blockId
                      results.put(new SuccessFetchResult(BlockId(blockId), address, sizeMap(blockId), buf,
                        remainingBlocks.isEmpty))
                      logDebug("remainingBlocks: " + remainingBlocks)
                    }
                  }
                  logTrace("Got remote block " + blockId + " after " + Utils.getUsedTimeMs(startTime))
                }

                override def onBlockFetchFailure(blockId: String, e: Throwable): Unit = {
                  logError(s"Failed to get block(s) from ${req.address.host}:${req.address.port}", e)
                  results.put(new FailureFetchResult(BlockId(blockId), address, e))
                }
              }


        如果获取成功将封装SuccessFetchResult里面保存着blockId，地址，数据大小，以及ManagedBuffer，并保存到results的queue中

2.2.3 Fetch 迭代获取数据文件
Executor在BlockStoreShuffeReader的read函数中构建ShuffleBlockFetcherIterator，ShuffleBlockFetcherIterator是个InputStream的迭代器，每个BlockID生成一个InputStream，在设计里并没有区分是本地的还是远端的，每一次迭代都是从堵塞的Queue里获取到BlockID的ManagerBuffer，通过调用ManagerBuffer.createInputStream获取每个InputStream，进行读取并且反序列话，进行KV的combine.

技术分享

如何判断所有的BlockID已经读取完了？

override def hasNext: Boolean = numBlocksProcessed < numBlocksToFetch

在hasNext里判断当前的是否已经达到需要读取的block数量了，每一次读取下一个block的时候都会在numBlocksProcessed+1，在读取失败的情况下会直接抛出异常。

3. Fetch 交互协议
在前面的博客里描述了很多交互协议都使用了Java的原生态的反序列化，但在上文描述的Fetch协议中，是Spark单独定义的一套协议标准，自己实现encoder和decoder
ChunkFetchRequest, ChunkFetchSuccess,  RpcRequest, RpcResponse.... 这些都是直接使用Java进行封装，在Network-Commmon的包里，所有的消息最后都实现了基本的接口。
3.1 Message Encoder

public interface Message extends Encodable{}


而核心的是Encodable，有点类似Java的Serializable接口，需要自己实现Encoder和Decoder的方法

public interface Encodable {
  /** Number of bytes of the encoded form of this object. */
  int encodedLength();

  /**
   * Serializes this object by writing into the given ByteBuf.
   * This method must write exactly encodedLength() bytes.
   */
  void encode(ByteBuf buf);
}

核心的序列话的encode的入参数是ByteBuf 很符合Netty里的NIO所暴露出的接口，同时也要注意这是Netty的ByteBuf 和Netty是耦合了

如何让Netty调用Encodable encode方法呢？
在Netty里暴露出的类MessageToMessageEncoder，里暴露encode的抽象方法，这是一个可以允许对传递的消息进行一次自定义的编码

MessageToMessageEncoder

protected abstract void encode(ChannelHandlerContext paramChannelHandlerContext, I paramI, List

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