Hadoop数据压缩
Hadoop数据压缩
1 概述
压缩技术能够有效减少底层存储系统（HDFS）读写字节数。压缩提高了网络带宽和磁盘空间的效率。在Hadood下，尤其是数据规模很大和工作负载密集的情况下，使用数据压缩显得非常重要。在这种情况下，I/O操作和网络数据传输要花大量的时间。还有，Shuffle与Merge过程同样也面临着巨大的I/O压力。
鉴于磁盘I/O和网络带宽是Hadoop的宝贵资源，数据压缩对于节省资源、最小化磁盘I/O和网络传输非常有帮助。不过，尽管压缩与解压操作的CPU开销不高，其性能的提升和资源的节省并非没有代价。
如果磁盘I/O和网络带宽影响了MapReduce作业性能，在任意MapReduce阶段启用压缩都可以改善端到端处理时间并减少I/O和网络流量。
压缩mapreduce的一种优化策略：通过压缩编码对mapper或者reducer的输出进行压缩，以减少磁盘IO，提高MR程序运行速度（但相应增加了cpu运算负担）。
注意：压缩特性运用得当能提高性能，但运用不当也可能降低性能。
基本原则：
（1）运算密集型的job，少用压缩
（2）IO密集型的job，多用压缩
2 MR支持的压缩编码
压缩格式 | hadoop自带？ | 算法 | 文件扩展名 | 是否可切分 | 换成压缩格式后，原来的程序是否需要修改 |
DEFAULT | 是，直接使用 | DEFAULT | .deflate | 否 | 和文本处理一样，不需要修改 |
Gzip | 是，直接使用 | DEFAULT | .gz | 否 | 和文本处理一样，不需要修改 |
bzip2 | 是，直接使用 | bzip2 | .bz2 | 是 | 和文本处理一样，不需要修改 |
LZO | 否，需要安装 | LZO | .lzo | 是 | 需要建索引，还需要指定输入格式 |
Snappy | 否，需要安装 | Snappy | .snappy | 否 | 和文本处理一样，不需要修改 |
为了支持多种压缩/解压缩算法，Hadoop引入了编码/解码器，如下表所示
压缩格式 | 对应的编码/解码器 |
DEFLATE | org.apache.hadoop.io.compress.DefaultCodec |
gzip | org.apache.hadoop.io.compress.GzipCodec |
bzip2 | org.apache.hadoop.io.compress.BZip2Codec |
LZO | com.hadoop.compression.lzo.LzopCodec |
Snappy | org.apache.hadoop.io.compress.SnappyCodec |
压缩性能的比较
压缩算法 | 原始文件大小 | 压缩文件大小 | 压缩速度 | 解压速度 |
gzip | 8.3GB | 1.8GB | 17.5MB/s | 58MB/s |
bzip2 | 8.3GB | 1.1GB | 2.4MB/s | 9.5MB/s |
LZO | 8.3GB | 2.9GB | 49.3MB/s | 74.6MB/s |
http://google.github.io/snappy/
On a single core of a Core i7 processor in 64-bit mode, Snappy compresses at about 250 MB/sec or more and decompresses at about 500 MB/sec or more.
3 各种压缩方式详解
3.1 Gzip压缩
优点：压缩率比较高，而且压缩/解压速度也比较快；hadoop本身支持，在应用中处理gzip格式的文件就和直接处理文本一样；大部分linux系统都自带gzip命令，使用方便。
缺点：不支持split。
应用场景：当每个文件压缩之后在130M以内的（1个块大小内），都可以考虑用gzip压缩格式。譬如说一天或者一个小时的日志压缩成一个gzip文件，运行mapreduce程序的时候通过多个gzip文件达到并发。hive程序，streaming程序，和java写的mapreduce程序完全和文本处理一样，压缩之后原来的程序不需要做任何修改。
3.2 bzip2压缩
优点：支持split；具有很高的压缩率，比gzip压缩率都高；hadoop本身支持，但不支持native；在linux系统下自带bzip2命令，使用方便。
缺点：压缩/解压速度慢；不支持native。
应用场景：适合对速度要求不高，但需要较高的压缩率的时候，可以作为mapreduce作业的输出格式；或者输出之后的数据比较大，处理之后的数据需要压缩存档减少磁盘空间并且以后数据用得比较少的情况；或者对单个很大的文本文件想压缩减少存储空间，同时又需要支持split，而且兼容之前的应用程序（即应用程序不需要修改）的情况。
3.3 lzo压缩
优点：压缩/解压速度也比较快，合理的压缩率；支持split，是hadoop中最流行的压缩格式；可以在linux系统下安装lzop命令，使用方便。
缺点：压缩率比gzip要低一些；hadoop本身不支持，需要安装；在应用中对lzo格式的文件需要做一些特殊处理（为了支持split需要建索引，还需要指定inputformat为lzo格式）。
应用场景：一个很大的文本文件，压缩之后还大于200M以上的可以考虑，而且单个文件越大，lzo优点越越明显。
3.4 snappy压缩
优点：高速压缩速度和合理的压缩率。
缺点：不支持split；压缩率比gzip要低；hadoop本身不支持，需要安装；
应用场景：当mapreduce作业的map输出的数据比较大的时候，作为map到reduce的中间数据的压缩格式；或者作为一个mapreduce作业的输出和另外一个mapreduce作业的输入。
3.5 如何选择压缩格式？
Hadoop应用处理的数据集非常大，因此需要借助于压缩。使用哪种压缩格式与待处理的文件的大小、格式和所使用的工具相关。下面我们给出了一些建议，大致是按照效率从高到低排序的。
1）使用容器文件格式，例如顺序文件、RCFile或者Avro 数据文件，所有这些文件格式同时支持压缩和切分。通常最好与一个快速压缩工具联合使用，例如LZO，LZ4或者 Snappy。
2）使用支持切分的压缩格式，例如bzip2(尽管bzip2 非常慢)，或者使用通过索引实现切分的压缩格式，例如LZO。
3）在应用中将文件切分成块，并使用任意一种压缩格式为每个数据块建立压缩文件(不论它是否支持切分)。这种情况下，需要合理选择数据块的大小，以确保压缩后数据块的大小近似与HDFS块的大小。
4）存储未经压缩的文件。
对大文件来说，不要使用不支持切分整个文件的压缩格式，因为会失去数据的本地特性，进而造成MapReduce应用效率低下。
4 采用压缩的位置
压缩可以在MapReduce作用的任意阶段启用。
1）输入压缩：
在有大量数据并计划重复处理的情况下，应该考虑对输入进行压缩。然而，你无须显示指定使用的编解码方式。Hadoop自动检查文件扩展名，如果扩展名能够匹配，就会用恰当的编解码方式对文件进行压缩和解压。否则，Hadoop就不会使用任何编解码器。
2）压缩mapper输出：
当map任务输出的中间数据量很大时，应考虑在此阶段采用压缩技术。这能显著改善内部数据Shuffle过程，而Shuffle过程在Hadoop处理过程中是资源消耗最多的环节。如果发现数据量大造成网络传输缓慢，应该考虑使用压缩技术。可用于压缩mapper输出的快速编解码器包括LZO或者Snappy。
注：LZO是供Hadoop压缩数据用的通用压缩编解码器。其设计目标是达到与硬盘读取速度相当的压缩速度，因此速度是优先考虑的因素，而不是压缩率。与gzip编解码器相比，它的压缩速度是gzip的5倍，而解压速度是gzip的2倍。同一个文件用LZO压缩后比用gzip压缩后大50%，但比压缩前小25%~50%。这对改善性能非常有利，map阶段完成时间快4倍。
3）压缩reducer输出：
在此阶段启用压缩技术能够减少要存储的数据量，因此降低所需的磁盘空间。当mapreduce作业形成作业链条时，因为第二个作业的输入也已压缩，所以启用压缩同样有效。
5 压缩配置参数
要在Hadoop中启用压缩，可以配置如下参数（mapred-site.xml文件中）：
参数 | 默认值 | 阶段 | 建议 |
io.compression.codecs （在core-site.xml中配置） | org.apache.hadoop.io.compress.DefaultCodec, org.apache.hadoop.io.compress.GzipCodec, org.apache.hadoop.io.compress.BZip2Codec, org.apache.hadoop.io.compress.Lz4Codec | 输入压缩 | Hadoop使用文件扩展名判断是否支持某种编解码器 |
mapreduce.map.output.compress | false | mapper输出 | 这个参数设为true启用压缩 |
mapreduce.map.output.compress.codec | org.apache.hadoop.io.compress.DefaultCodec | mapper输出 | 使用LZO、LZ4或snappy编解码器在此阶段压缩数据 |
mapreduce.output.fileoutputformat.compress | false | reducer输出 | 这个参数设为true启用压缩 |
mapreduce.output.fileoutputformat.compress.codec | org.apache.hadoop.io.compress. DefaultCodec | reducer输出 | 使用标准工具或者编解码器，如gzip和bzip2 |
mapreduce.output.fileoutputformat.compress.type | RECORD | reducer输出 | SequenceFile输出使用的压缩类型：NONE和BLOCK |