大数据面试题之Spark(3)

标签：面试题 Task RDD 依赖 Spark 执行 数据 Stage

目录

Spark的哪些算子会有shuffle过程?

Spark有了RDD，为什么还要有Dataform和DataSet?

Spark的RDD、DataFrame、DataSet、DataStream区别?

Spark的Job、Stage、Task分别介绍下，如何划分?

Application、job、Stage、task之间的关系

Stage内部逻辑

为什么要根据宽依赖划分Stage?

为什么要划分Stage

Stage的数量等于什么

对RDD、DAG和Task的理解

DAG为什么适合Spark?

介绍下Spark的DAG以及它的生成过程

DAGScheduler如何划分?干了什么活?

Spark容错机制?

RDD的容错

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Spark的哪些算子会有shuffle过程?

在Apache Spark中，以下是一些常见的会导致shuffle过程的算子：

1、reduceByKey: 这个算子会对RDD中的元素按键进行分组，并对每个键对应的值应用一个reduce函数来聚合这些值。由于需要将相同键的元素汇聚到一起，这个过程涉及到数据的重新分布。
2、join: 当对两个RDD进行join操作时，需要将两个数据集中的对应键值对匹配起来，这一过程涉及到了数据的重新洗牌和排列，以便相同键的数据可以位于同一分区进行操作。
3、cogroup: 类似于join，但更为通用，它允许对两个或多个RDD按键进行分组，同时保持每个键对应的所有RDD的值的迭代器。这也需要shuffle来确保键对齐。
4、repartition: 直接要求重新分区数据，不论是为了增加或减少分区数量，还是为了改变分区策略，都会导致shuffle。
5、sortByKey: 当需要全局排序时，这个操作会重新分配数据，以确保每个分区内的数据是有序的，最终所有分区可以合并成一个全局有序的RDD。
6、groupWith: 类似于cogroup，根据键将多个RDD的元素分组在一起，要求数据的重新组织。
7、distinct: 虽然不直接进行键值对操作，但为了去重可能需要将数据重新分布，尤其是在分布式环境中。
8、repartitionAndSortWithinPartitions: 结合了repartition和本地排序，同样涉及到数据的重新分布。
这些操作之所以导致shuffle，是因为它们需要跨分区或者节点移动数据，以达到某种特定的分布要求，比如相同的键聚合或数据的重新分区。Shuffle是Spark中相对昂贵的操作，因为它涉及到磁盘I/O、网络传输以及额外的计算资源，因此在设计Spark作业时，通常会尽量减少不必要的shuffle以优化性能。

Spark有了RDD，为什么还要有Dataform和DataSet?

Apache Spark 提供了多种数据结构来处理大数据，包括 RDD（Resilient Distributed Dataset，弹性分布式数据集）、DataFrame 和 DataSet。这些数据结构在 Spark 的发展过程中逐步引入，每一种都有其特定的设计目标和优势。

1、RDD (Resilient Distributed Dataset):

• RDD 是 Spark 最初引入的分布式数据集抽象。
• 它是一个不可变的、分区记录的集合，可以并行操作。
• RDD 支持两种类型的操作：转换（transformations）和动作（actions）。
• RDD 提供了低级别的控制，但缺乏类型安全性，且对于复杂的数据结构（如嵌套的数据结构）处理起来较为繁琐。

2、DataFrame:

• DataFrame 是 Spark SQL 的一部分，提供了类似于 SQL 的表格型数据结构。
• DataFrame 提供了基于列的 API，允许用户以列的方式引用数据，而不是像 RDD 那样以行的方式。
• DataFrame 是强类型的，可以包含多种数据类型，如整数、字符串、浮点数等。
• DataFrame 支持 SQL 查询和复杂的转换操作，如选择、过滤、聚合等。
• 相比 RDD，DataFrame 在处理结构化数据时更加高效和方便。

3、DataSet:

• DataSet 是 Spark 1.6+ 版本中引入的一个新的数据结构，结合了 RDD 的强大性和 DataFrame 的易用性。
• DataSet 是强类型的，可以包含复杂的嵌套数据结构，如数组、映射和自定义类型。
• DataSet 提供了一个类型安全的 API，允许用户以编程方式处理数据，而无需转换为中间格式（如 RDD）。
• DataSet 支持编码/解码优化，可以减少序列化和反序列化的开销，从而提高性能。
• DataSet 提供了与 DataFrame 相同的 SQL 查询和转换操作功能，但更加灵活和强大。

为什么 Spark 还需要 DataForm 和 DataSet?

• 易用性：DataFrame 和 DataSet 提供了更加直观和易于使用的 API，使得用户能够更轻松地处理结构化数据。与 RDD 相比，它们减少了用户需要编写的代码量，并提高了代码的可读性和可维护性。
• 性能：DataFrame 和 DataSet 提供了针对结构化数据的优化处理，可以减少序列化和反序列化的开销，并利用 Spark SQL 的查询优化器来提高查询性能。这些优化使得 DataFrame 和 DataSet 在处理大规模数据集时更加高效。
• 类型安全性：DataFrame 和 DataSet 是强类型的，可以确保在编译时捕获类型错误，从而提高了代码的健壮性和可靠性。与 RDD 相比，它们减少了运行时错误的可能性。
• 灵活性：DataSet 提供了与 RDD 类似的灵活性，允许用户以编程方式处理数据，并支持复杂的嵌套数据结构。这使得 DataSet 在处理复杂数据时更加灵活和强大。

综上所述，虽然 RDD 是 Spark 的核心数据结构之一，但 DataFrame 和 DataSet 的引入进一步扩展了 Spark 的功能，并提高了处理结构化数据的效率和易用性。

Spark的RDD、DataFrame、DataSet、DataStream区别?

Spark中四种主要的数据处理抽象——RDD、DataFrame、DataSet、DataStream各有其特点和适用场景，下面是它们之间的区别概述：

RDD (Resilient Distributed Dataset)

• 概念：RDD是最基础的数据抽象，代表弹性分布式数据集，是不可变的、可分区的记录集合。它允许用户以容错的方式在大型集群上进行并行计算。
• 特点：低级别、灵活，但需要手动管理数据的转换和类型安全。
• 适用场景：适合需要高度定制化数据处理逻辑的场景，或在DataFrame和Dataset尚不支持的复杂算法实现中。

DataFrame

• 概念：DataFrame是一个以列的形式组织的分布式数据集合，类似于关系数据库中的表，具备模式信息（schema）。它支持SQL查询和DataFrame API，提供了比RDD更高的抽象级别。
• 特点：优化的执行计划，易于使用，支持SQL查询，但不如Dataset类型安全。
• 适用场景：适合结构化数据分析，特别是当你希望使用SQL查询或DataFrame API来处理数据时。

Dataset

• 概念：Dataset是DataFrame的扩展，提供了类型安全的编程接口。它结合了DataFrame的优化执行引擎和RDD的强类型编程能力，允许编译时类型检查。
• 特点：类型安全，性能优化，同时支持面向对象的API（如Scala或Java中的case class）和DataFrame API。
• 适用场景：适合需要类型安全和高性能处理结构化数据的应用，特别是当项目需要利用静态类型语言的全部功能时。

DataStream (Structured Streaming)

• 概念：虽然严格意义上不是RDD、DataFrame或Dataset的直接同类，但Structured Streaming是Spark中用于处理实时数据流的高级抽象。它将无界的数据流视为一系列不断增长的DataFrame或Dataset。
• 特点：专为实时数据处理设计，支持声明式的数据处理逻辑，具有容错和可伸缩性。
• 适用场景：适用于实时数据分析、在线处理和流式ETL等场景，处理持续到达的数据流。

总结而言，RDD、DataFrame、Dataset主要服务于批处理场景，而DataStream服务于实时数据处理场景。选择哪种数据处理模型取决于具体的业务需求、数据结构以及对性能、类型安全性的要求。在Spark 2.x及之后的版本中，DataFrame和Dataset在很大程度上已经融合，DataFrame被视为Dataset的一个特例，进一步简化了数据处理的选择。

Spark的Job、Stage、Task分别介绍下，如何划分?

在Apache Spark中，Job、Stage和Task是三个核心概念，它们共同构成了Spark应用程序的执行模型。以下是关于这三个概念的详细介绍以及它们的划分方式：

1. Job
定义：
Job是由一组RDD（Resilient Distributed Dataset，弹性分布式数据集）上的转换（transformations）和动作（actions）组成。Job的触发是由动作操作完成的，每次在一个RDD上执行动作操作时，都会触发一个Job。

特点：

• Job是Spark中计算的最大单位，但在Spark的任务页面中通常无法直接看到Job这个单位。
• Job的划分基于动作操作，即每次动作操作都会触发一个新的Job。

2. Stage
定义：
Stage是Job的子集，其划分依据是RDD之间的依赖关系。具体地说，当遇到宽依赖（shuffle操作）时，就会将Job划分为前后两个Stage。

特点：

• Stage的划分从后往前进行，但执行时是从前往后。
• Stage由一组并行的Task组成，这些Task会被封装在TaskSet中，提交给TaskScheduler进行分配，最后发送到Executor执行。
• 如果Job内部RDD之间存在宽依赖，Spark会针对它产生一个中间Stage，即ShuffleMapStage。这个Stage是针对父RDD而产生的，相当于在父RDD上做一个map操作并收集结果。

3. Task
定义：
Task是Stage的子集，其数量由RDD的分区数决定。即一个分区对应一个Task。

特点：

• Task是Spark中执行的最小单位，每个Task都在Executor上运行。
• Task的执行由TaskScheduler负责调度，SchedulerBackend则负责提供可用资源给调度策略，调度策略决定把Task发送给哪个Executor。
• 如何划分Job、Stage和Task
• Job的划分：基于动作操作进行划分，每次动作操作触发一个新的Job。
• Stage的划分：从后往前进行，依据RDD之间的依赖关系。遇到宽依赖（shuffle操作）就划分为前后两个Stage。
• Task的划分：基于RDD的分区数进行划分，每个分区对应一个Task。

总结
Spark的Job、Stage和Task构成了一个层次化的执行模型，其中Job是最大单位，由动作操作触发；Stage是Job的子集，依据RDD之间的依赖关系进行划分；Task是Stage的子集，也是最小执行单位，基于RDD的分区数进行划分。这个模型使得Spark能够高效地处理大规模数据集，并提供了强大的并行计算能力。

Application、job、Stage、task之间的关系

在Apache Spark中，Application、job、Stage和task构成了Spark执行模型的核心层次结构，它们之间有着明确的层级关系和作用分工，共同支撑起Spark的分布式计算框架。以下是它们之间的关系概述：

Application（应用程序）

• 概念：Spark Application是用户提交给Spark集群执行的一个完整的工作单元。它可以包含多个job，旨在完成特定的数据处理或分析任务。
• 作用：代表了用户代码的整体执行环境，包括初始化SparkContext、定义RDD转换和行动操作等。

Job（作业）

• 概念：当在Spark Application中遇到一个Action操作时，会触发一个Job。每个job代表了一次从数据读取到计算结果输出的完整过程。
• 作用：将用户提交的计算请求分解成一系列执行步骤，每个job都对应着一个最终要完成的具体计算目标。

Stage（阶段）

• 概念：在Spark中，Job会被进一步划分为多个Stage。每个Stage包含了一系列具有相同 Shuffle边界的操作，即执行过程中需要跨节点重新分布数据的操作（例如reduceByKey）。
• 作用：通过将Job切分为多个Stage，Spark可以更好地管理和优化执行流程，例如通过流水线执行窄依赖的Stage来减少数据读写，或者并行执行不同的Stage来提高计算效率。

Task（任务）

• 概念：Task是最小的执行单位，每个task对应着一个RDD分区上的具体计算操作。Tasks是在Executor上执行的实际工作单元。
• 作用：每个Stage由多个Task组成，每个分区的数据处理都会分配给一个Task。Task的执行结果会被汇集以完成Stage的计算，进而完成整个Job。

关系概述

• 一个Application可以包含多个Job。
• 每个Job被划分为多个连续的Stage，划分依据主要是数据依赖关系中的shuffle界限。
• 每个Stage由一系列Task组成，这些Task并行执行于Cluster中的各个Worker节点上的Executor上。
• Task是最基本的执行单元，负责处理单个分区的数据，其执行结果汇总后形成Stage的输出，进而完成Job，直至整个Application运行完毕。

这种分层架构使得Spark能够有效地管理和优化大规模数据处理任务，通过合理的任务划分和调度，达到高效计算的目的。

Stage内部逻辑

在Apache Spark中，一个Stage的内部逻辑主要围绕着一组具有相同或相似操作的Task来组织，这些Task并行执行以完成某个特定的计算阶段。以下是Stage内部运作的一些关键点：

1、Task的生成：每个Stage根据其父RDD的分区数生成相应数量的Task。这意味着，如果一个Stage的输入RDD有N个分区，那么这个Stage就会有N个Task。这些Task被安排在集群中的不同Executor上执行。
2、数据局部性：Spark会尽可能地将Task安排在数据所在的节点上执行，以减少数据在网络间传输的开销。这是通过Spark的局部性策略来实现的，包括PROCESS_LOCAL、NODE_LOCAL、NO_PREF、RACK_LOCAL等。
3、流水线执行：在Stage内部，尤其是在没有shuffle操作的Stage（即只包含窄依赖的Stage），Spark会尝试通过流水线执行机制来优化执行效率。这意味着在一个Task内部或Task之间，多个操作可以连续执行而不必等待前一个操作完全完成，从而减少了中间结果的存储需求和提高了计算效率。
4、内存管理：Task在执行时，会利用Executor的内存来缓存数据、执行计算等。Spark的内存管理策略会根据配置动态调整内存的分配，包括存储RDD的分区、记录追踪信息、保留执行任务的空间等。
5、错误处理与重试：如果Task在执行过程中遇到错误，Spark会尝试重新调度该Task在其他Executor上执行。错误处理机制确保了计算的容错性，增加了系统的稳定性。
6、数据交换：对于含有shuffle操作的Stage，Task在执行结束后，其输出结果会根据键值进行重新分区并写入磁盘，准备供下一个Stage的Task读取。这个过程称为shuffle write和shuffle read，涉及到序列化、磁盘I/O和网络传输。
7、Task依赖与协调：DAGScheduler负责将Job划分为多个Stage，并决定这些Stage的执行顺序。而TaskScheduler则负责在Executor上调度Task的执行，管理Task的执行状态，并处理Task间的依赖关系，确保数据的正确流动。
综上所述，Stage的内部逻辑涉及到任务的生成与分配、资源管理、错误恢复、数据处理与传输等多个方面，旨在高效、可靠地执行分布式计算任务。

为什么要根据宽依赖划分Stage?

在Apache Spark中，根据宽依赖来划分Stage是为了优化计算过程和提高执行效率。具体原因如下：

1、资源管理和并行度控制：Stage作为任务调度的基本单位，使得Spark可以更好地管理资源和控制并行度。窄依赖操作因其数据局部性好，可以在一个Stage内流水线执行，充分利用计算资源并减少数据传输。而宽依赖通常涉及数据的重新分布（shuffle），这会带来较大的开销。
2、优化数据处理流程：划分Stage允许Spark在有宽依赖的操作之前结束当前Stage的所有任务，这样可以确保所有相关数据都已经就绪，减少了不必要的计算和数据传输。当遇到宽依赖时启动新Stage，意味着之前的计算结果已经稳定，可以安全地进行数据混洗和重组。
3、容错与重试：每个Stage的边界也是故障恢复的边界。如果某个Task失败，Spark只需要重新计算该Stage内的部分Task，而不是整个DAG。这种方式限制了错误的影响范围，提高了系统的健壮性。
4、资源调度灵活性：Stage划分让Spark可以根据当前集群的资源状况灵活调度。例如，窄依赖的Stage可以在资源允许的情况下并行执行更多任务，而宽依赖的Stage则可能需要更多考虑数据传输和磁盘I/O的限制。
5、性能优化：通过将宽依赖作为Stage划分的边界，Spark可以更好地利用任务间的依赖关系来优化执行计划。例如，对于窄依赖，Spark可以利用pipeline优化，减少中间结果的存储；而对于宽依赖，Spark可以提前规划数据的重新分区和传输，减少网络拥堵。
综上，根据宽依赖划分Stage是Spark为了在分布式计算环境中实现高效、可扩展且容错的计算而采取的核心策略之一。

为什么要划分Stage

在Apache Spark中，划分Stage是为了优化执行效率、资源管理和故障恢复能力，具体原因包括：

1、优化数据处理流程：通过识别宽依赖（那些需要进行数据混洗的操作，如shuffle）来划分Stage，Spark可以确保在数据混洗前完成所有必要的计算。这样可以将数据重新分布的成本（包括磁盘I/O和网络传输）控制在最低，因为宽依赖通常涉及大量数据的重新排列和聚合。
2、提升并行执行能力：Stage是任务执行的最小单位，每个Stage内的Task可以独立并行执行。窄依赖（在同一个Stage内）的RDD转换可以流水线执行，而宽依赖则自然地划分出新的Stage，使得不同Stage间可以并行执行，提高了整体的执行速度。
3、资源管理与调度：Stage划分帮助Spark更有效地管理计算资源。Spark可以根据当前集群资源情况动态地调度不同Stage的Task，以及在Stage间平衡负载，确保资源的高效利用。
4、错误隔离与恢复：Stage划分还充当了错误处理的边界。如果某个Task失败，Spark可以重新计算该Task所属的Stage，而不需要回溯到整个作业的开始。这种机制减少了错误传播的风险，提高了系统的容错性。
5、优化数据局部性：通过在Stage内部优化Task的分配，Spark可以利用数据局部性原则，尽量让Task在数据所在节点上执行，减少数据移动，提高执行效率。
6、执行计划优化：划分Stage后，Spark可以构建一个更加细化的执行计划，这个计划能够考虑到各种因素（如数据分布、计算资源等），并据此优化任务调度顺序和资源分配，从而最小化延迟和提高吞吐量。
综上所述，划分Stage是Spark执行引擎设计的关键策略之一，它不仅提升了分布式计算的效率，也增强了系统整体的稳定性和灵活性。

Stage的数量等于什么

在Apache Spark中，Stage的数量通常取决于两个主要因素：

1、转换操作中的shuffle事件：当执行的操作，如reduceByKey, groupBy, 或者 join，导致数据需要跨节点重新排序和分组时，就会发生shuffle。由于shuffle涉及到数据的重新分布，因此每次发生shuffle操作时，当前的Stage会结束，并开始一个新的Stage。因此，Stage的数量直接与作业中shuffle操作的数量相关。
2、宽依赖（wide dependency）：在RDD的依赖关系中，宽依赖指的是一个分区需要依赖于另一个RDD的多个分区的情况，这通常发生在shuffle操作中。为了处理这种依赖，Spark需要将计算划分到不同的Stage中，以先解决宽依赖引发的数据重新分布问题，然后再进行后续的计算。
总结来说，Stage的数量等于作业中因shuffle操作和宽依赖引起的执行边界数量。Spark通过DAGScheduler组件分析作业的依赖关系图（DAG），并基于这些依赖特性来划分Stage，以优化执行计划。

对RDD、DAG和Task的理解

在Apache Spark中，RDD、DAG和Task是核心概念，它们共同构成了Spark的执行模型和数据处理流程，下面是对这三个概念的理解：

RDD (Resilient Distributed Dataset)
RDD，即弹性分布式数据集，是Spark中最基本的数据抽象。它代表了一个不可变、可分区的分布式元素集合，这些元素可以是Java、Scala、Python或其他Spark支持的语言中的任何对象。RDD具有以下特性：

• 分区性：数据集被切分为多个分区，可以在集群中的不同节点上并行处理。
• 容错性：通过记录数据的转换操作而非实际数据，Spark可以自动重建丢失的分区。
• 可执行确定性操作：RDD支持丰富的转换操作（如map、filter）和行动操作（如collect、count），并且这些操作是可追踪和可重现的。
• 惰性计算：RDD的转换操作不会立即执行，而是等到行动操作触发时才计算，这有助于优化执行计划。

DAG (Directed Acyclic Graph)
DAG，即有向无环图，是Spark中用来表示RDD之间依赖关系的图形结构。当用户编写Spark程序时，一系列的RDD转换操作会形成一个DAG。这个图描述了从原始数据到最终结果的转换路径，每个节点代表一个RDD，边表示RDD之间的依赖关系（窄依赖或宽依赖）。DAGScheduler会分析这个图，并将其划分为多个Stage，以便于更高效的执行和资源管理。

Task
Task是Spark中执行的最小工作单元，它是DAG中每一个RDD分区上的一个计算操作。例如，如果一个RDD有100个分区，且对其进行一个map操作，那么将会产生100个map Tasks。Tasks由TaskScheduler分配到集群中的Executor上执行。每个Task执行特定的计算逻辑，如应用一个函数到RDD的某个分区上。Task的执行结果会汇聚起来以完成Stage，进而完成整个Job。

综上所述，RDD是数据的基本表示形式，DAG描述了RDD之间的转换关系和执行逻辑，而Task则是这些逻辑在集群上执行的具体实例。这三者共同支持了Spark的分布式、并行和容错计算能力。

DAG为什么适合Spark?

DAG（有向无环图）非常适合Spark的原因在于它能够有效地表达复杂的依赖关系和并行计算模式，具体体现在以下几个方面：

1、并行处理：DAG结构天然支持并行计算。在Spark中，DAG描述了RDD之间的依赖关系，使得计算任务可以被分解成多个Stage，每个Stage又可以细分为多个Task。这些Task能够在集群的多个节点上同时执行，极大地加速了大规模数据集的处理速度。
2、优化执行计划：Spark的DAGScheduler能够分析DAG，识别出宽依赖和窄依赖，据此将计算任务合理地划分为不同的Stage。这种划分使得宽依赖（通常涉及shuffle操作）相关的任务可以作为一个执行单元，而窄依赖（任务间数据传递简单）的任务可以流水线执行，减少了不必要的数据读写和中间结果存储。
3、资源高效利用：基于DAG的调度允许Spark根据当前集群资源状况动态分配任务，优化资源使用。此外，通过延迟计算（惰性求值）和数据本地性原则，DAGScheduler能够最小化数据移动和网络传输，进一步提升计算效率。
4、容错与恢复：DAG中记录的RDD血统（Lineage）提供了数据的转换历史，使得Spark能够在部分计算失败时，通过重新计算丢失的分区而非整个数据集来恢复，保证了计算的高容错性。
5、任务调度灵活性：DAG模型允许Spark动态调整执行策略，比如重新安排任务执行顺序、合并任务或重新分配任务到更合适的节点，以应对资源变化或失败情况，保持计算的高效和稳定性。
6、可视化与理解：DAG为开发者提供了清晰的视觉表示，便于理解和调试复杂的计算流程，因为它直观地展示了数据流和转换步骤。
综上，DAG模型与Spark的计算需求和设计理念高度契合，它不仅提升了计算效率和资源利用率，还增强了系统的弹性和可维护性，是Spark能够高效处理大规模数据集的关键因素之一。

介绍下Spark的DAG以及它的生成过程

Spark的DAG（Directed Acyclic Graph，有向无环图）是一种数据结构，用于表示Spark作业中所有操作（转换和行动）之间的依赖关系。它清晰地展现了数据处理的逻辑流程，包括从原始数据到最终结果的每一步转换和计算步骤。DAG有助于Spark优化执行计划，并有效管理并行任务的调度与执行。

DAG的生成过程主要包括以下几个步骤：
1、代码转化为逻辑执行计划：
当用户编写Spark应用程序并触发一个行动操作（例如collect、save等），Spark首先会分析程序代码，将其转化成一系列逻辑上的转换步骤。这些步骤对应于各种RDD（弹性分布式数据集）转换操作，如map、filter、reduceByKey、join等。
2、逻辑计划优化：
Spark的Catalyst优化器会介入，对生成的逻辑执行计划进行优化。这包括但不限于消除冗余操作、重排操作以减少数据移动、以及合并可以连续执行的操作（即流水线优化），以提高执行效率。
3、逻辑计划转化为物理执行计划：
优化后的逻辑计划会被转换为物理执行计划，决定每个操作的具体实现方式。这一阶段会考虑到数据分布、资源可用性等因素，以生成更加高效的执行方案。
4、DAG划分Stage：
Spark根据RDD之间的依赖关系（窄依赖和宽依赖）来划分Stage。窄依赖意味着一个RDD的分区可以直接从父RDD的相应分区计算得出，可以在同一个Stage内并行执行。宽依赖则涉及到数据重分布（shuffle），需要跨Stage处理。宽依赖是划分Stage的主要依据，因为它们强制要求前一个Stage的所有任务完成才能开始下一个Stage。
5、任务生成与调度：
每个Stage会被进一步切分为多个Task，这些Task会被发送到各个Worker节点上执行。Spark的TaskScheduler负责Task的分配和调度，考虑数据本地性以减少网络传输开销。
通过这个过程，Spark能够构建起一个高效、灵活且易于理解的执行计划，确保大数据处理作业的高效执行。DAG的可视化功能也使得开发者能够直观地监控和调试其应用程序的运行情况。

DAGScheduler如何划分?干了什么活?

DAGScheduler在Spark中扮演着核心的角色，负责将DAG（有向无环图）转换为可执行的任务集，并有效地划分Stage以优化执行计划。具体来说，DAGScheduler的工作可以总结为以下几个关键方面：

如何划分Stage：
1、依赖分析：DAGScheduler首先分析RDD之间的依赖关系，识别出窄依赖和宽依赖。窄依赖指的是父RDD的一个分区最多被一个子RDD的分区所依赖，而宽依赖则涉及多个子RDD分区依赖于同一个父RDD的所有分区，通常发生在shuffle操作中。
2、Stage划分规则：基于依赖关系，DAGScheduler从DAG的末端（即最终的行动操作）开始，反向遍历整个DAG。每当遇到宽依赖时，就将当前路径上的所有操作划分为一个新的Stage。这意味着，每个Stage内部都是窄依赖，可以并行执行；而Stage之间通过shuffle操作进行数据交换。
3、优化：在划分Stage的同时，DAGScheduler还会进行一些优化，比如尝试合并可以流水线执行的窄依赖操作，以减少实际执行的Stage数量，提升执行效率。
干了什么活：
1、任务调度：DAGScheduler负责将划分好的Stage进一步细分为多个Task（任务），每个Task对应RDD的一个分区上的计算。它将这些Tasks按照Stage组织成TaskSet，并将TaskSet提交给TaskScheduler进行实际的资源分配和执行。
2、资源分配建议：虽然具体的资源管理和任务分配是由TaskScheduler负责，但DAGScheduler会基于RDD的存储位置信息，为Task提出执行的首选位置建议，以利用数据本地性优势，减少数据在网络间传输的成本。
3、故障恢复：当Executor失败时，DAGScheduler会检测到失败的任务，并负责重新调度这些任务。它会维护一个失败任务的记录，以便在必要时重新执行任务或调整执行计划。
4、执行监控与状态跟踪：DAGScheduler还负责监控任务的执行状态，跟踪Stage的进度，并在必要时调整执行策略，比如重新调度因资源不足而等待的任务。
综上所述，DAGScheduler是Spark作业调度的核心组件，它通过智能化的Stage划分和任务调度，确保了大规模数据处理作业的高效执行。

Spark容错机制?

Spark的容错机制是其能够在分布式计算环境中稳定运行的关键特性之一，主要依靠两种机制实现：RDD的血统（Lineage）和数据检查点（Checkpointing）。以下是这两种机制的详细说明：

1. RDD的血统（Lineage）

• 原理：Spark通过记录RDD的转换序列（即血统）来实现容错。每个RDD都知道它是如何从其他RDD（或者外部数据源）转换而来。如果某个RDD的部分分区数据丢失，Spark可以根据血统信息重新计算丢失的分区，而不需要重新计算整个RDD。这种机制减少了对昂贵的磁盘检查点的依赖。
• 依赖关系：RDD的依赖关系分为窄依赖和宽依赖。窄依赖是指每个父RDD的分区最多被一个子RDD的分区所依赖，这允许在同一个Stage内进行流水线式的计算，而宽依赖则涉及到数据重分布，通常会导致新的Stage的开始。血统信息帮助Spark确定哪些分区需要重新计算以及如何计算。

2. 数据检查点（Checkpointing）

• 目的：虽然血统可以高效地恢复丢失的数据，但在长作业或者复杂的DAG中，过度依赖血统可能导致重计算成本过高。为此，Spark提供了数据检查点机制，允许用户将RDD的某些关键状态保存到持久存储系统（如HDFS）上。
• 操作：通过调用rdd.checkpoint()方法，用户可以指示Spark在计算完成后将RDD数据保存到指定的检查点目录。一旦RDD被检查点，其后续的血统会被切断，这样即使上游的RDD丢失也不影响已检查点的RDD。

其他容错措施：

• Executor与Task重试：Spark支持Executor和Task级别的故障恢复。如果Executor或Task因某种原因失败，Spark的调度器会自动尝试在其他节点上重新执行这些任务。
• Driver容错：在使用Spark Standalone模式时，可以通过与ZooKeeper集成实现Driver的高可用性。而在YARN或Kubernetes集群管理器上运行时，Spark应用通常能够利用这些平台提供的容错机制来重启失败的Driver。

综上所述，Spark通过RDD血统来高效地处理数据分区的丢失，辅以数据检查点机制来应对复杂或长期运行的作业，同时还包含了对Executor、Task及Driver的故障恢复机制，共同构建了一个强大的容错系统。

RDD的容错

RDD（弹性分布式数据集）在Spark中的容错机制主要依赖于两个核心策略：血统（Lineage）和检查点（Checkpointing）。

血统（Lineage）
1、原理：RDD的血统机制记录了从一个RDD到另一个RDD的转换过程，即记录了创建RDD的所有转换操作（例如map、filter、join等）。这个转换序列形成了一个依赖关系链，当RDD的部分分区数据丢失时，Spark可以根据这些记录的信息重新计算丢失的分区，而不是整个RDD，从而实现了高效的容错恢复。
2、窄依赖与宽依赖：RDD之间的依赖关系分为窄依赖和宽依赖。窄依赖意味着一个RDD的每个分区只依赖于另一个RDD的一个或几个特定分区，这种情况下可以进行流水线式计算。宽依赖则涉及一个RDD的分区被多个其他RDD的分区所依赖，通常需要通过shuffle操作实现，这会导致新的Stage划分。血统机制利用这些依赖信息来确定如何恢复数据。
检查点（Checkpointing）
1、目的：尽管血统机制高效，但在某些场景下，特别是当RDD的转换链很长时，重放整个链可能会非常耗时。检查点机制允许用户将RDD的数据写入到稳定的存储系统（如HDFS）中，以此断开RDD之间的血统依赖，减少恢复时的计算量。
2、操作：通过调用RDD.checkpoint()方法，可以手动指定一个RDD进行检查点。Spark会在计算完成后将该RDD的数据保存到检查点目录中，未来即使上游的RDD数据丢失，该RDD也可以从检查点中恢复，无需依赖于整个血统链。
总结
RDD的容错机制通过血统自动恢复小范围的数据丢失，确保了计算的连续性和高效性。而检查点作为一种补充手段，针对复杂的计算流程或长期运行的应用，提供了额外的保护层，降低了因依赖链过长导致的恢复成本。结合这两种策略，Spark确保了在分布式计算环境中的数据可靠性和任务的健壮性。

引用：https://www.nowcoder.com/discuss/353159520220291072

通义千问、文心一言

标签：面试题,Task,RDD,依赖,Spark,执行,数据,Stage
From： https://blog.csdn.net/k7gxn56/article/details/140076301