用户画像 | 开发性能调优

问题导读
1.数据倾斜的表现是什么？
2.数据倾斜有哪些解决方案？
3.解决方案中，哪些更适合我们？


前言
马上就快过年了，祝福小伙伴们牛年大吉，牛气冲天。本期文章分享的是赵老师在《方法论与工程化解决解决方案》一书中提到的关于如何在用户画像项目开发中进行性能调优的例子，希望大家耐心看完后有所收获！

一、数据倾斜调优
数据倾斜是开发画像过程中常遇到的问题，当任务执行一直卡在map 100%、reduce 99%，最后的1%花了几个小时都没执行完时，这时一般是遇到了数据倾斜。
问题出现的原因是当进行分布式计算时，由于某些节点需要计算的数据较多，导致其他节点的reduce阶段任务执行完成时，该节点的任务还没有执行完成，造成其他节点等待该节点执行完成的情况。比如两张大表在join的时候大部分key对应10条数据，但是个别几个key对应了100万条数据，对应10条数据的task很快执行完成了，但对应了100万数据的key则要执行几个小时。
下图便是一个典型的例子。

bb这个key在3个节点上有11条数据，aa和cc在3个节点上分别有2条和1条数据，这些数据都会被拉取到一个task上处理。处理bb这个task的运行时间可能是处理aa和cc的task的运行时间数倍，整体运行速度由最慢的task决定。

下面介绍两种解决数据倾斜问题的方案。

方案一：过滤掉倾斜数据
当少量key重复次数特别多，如果这种key不是业务需要的key，可以直接过滤掉。这里有一张埋点日志表 ods.page_event_log ，需要和订单表 dw.order_info_fact 做join关联。在执行Hive的过程中发现任务卡在map 100%、reduce 99%，最后的1%一直运行不完。考虑应该是在join的过程中出现了数据倾斜，下面进行排查。
对于ods.page_event_log表查看出现次数最多的key：

select cookieid,
       count(*) as num
from ods.page_event_log
where data_date = "20190101"
group by cookieid
    distribute by cookieid
    sort by num
    desc
limit 10;
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将 key 按出现次数从多到少排序

同样地，对订单表dw.order_info_fact查看出现次数最多的key：

select cookieid,
       count(*) as num
from dw.order_info_fact
group by cookieid
    distribute by cookieid
    sort by num desc
limit 10
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将key按出现次数从多到少排序

从上面的例子可以看出，日志表和订单表通过 cookieid 进行join，当 cookieid 为0的时候，join操作将会产生142286×142286条数据，数量如此庞大的节点系统无法处理过来。同样当 cookieid 为 NULL 值和 空值 时也会出现这种情况，而且 cookieid 为这3个值时并没有实际的业务意义。因此在对两个表做关联时，排除掉这3个值以后，就可以很快计算出结果了。

方案二：引入随机数
数据按照类型 group by 时，会将相同的key所需的数据拉取到一个节点进行聚合，而当某组数据量过大时，会出现其他组已经计算完成而当前任务未完成的情况。可以考虑加入随机数，将原来的一组key强制拆分为多组进行聚合。下面通过一个案例进行介绍。

现需要统计用户的订单量，执行如下代码：

select t1.user_id,
       t2.order_num
    from (select user_id
          from dim.user_info_fact   # 用户维度表
       where data_date = "20190101"
          and user_status_id=1
       ) t1
  join ( select user_id,
            count(*) as order_num
       from dw.dw_order_fact      # 订单表
       where site_id in (600, 900)
          and order_status_id in(1,2,3)
     group by user_id
) t2
    on t1.user_id = t2.user_id;
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用户维度表中有2000万条数据，订单表有10亿条数据，任务在未优化前执行了1个小时也没有跑出结果，判断可能是出现了数据倾斜。
订单表中某些 key 值数量较多，在group by 的过程中拉取到一个 task 上执行时，会出现其他task执行完毕，等待该task执行的情况。
这里可以将原本相同的key通过添加随机前缀的方式变成多个 key ，这样将原本被一个 task 处理的 key 分散到多个 task 上先做一次聚合，然后去掉前缀再进行一次聚合得到最终结果。

修改后代码执行如下：

select t1.user_id,
       t2.order_num
from (select user_id
      from dim_user_info_fact
      where data_date = "20190101"
     ) t1
         join (select t.user_id,
                      sum(t.order_num) as order_num
               from (select user_id,
                            round(rand() * 1000) as rnd,
                            count(1)             as order_num
                     from dw.order_info_fact
                     where pay_status in (1, 3)
                     group by user_id, round(rand() * 1000)
                    ) t
               group by t.user_id
) t2
              on t1.user_id = t2.user_id
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二、合并小文件
在Spark执行“insert overwrite table表名”的语句时，由于多线程并行向HDFS写入且RDD默认分区为200个，因此默认情况下会产生200个小文件。
Spark中可以使用 reparation 或 coalesce 对RDD的分区重新进行划分，reparation 是 coalesce 接口中 shuffle 为true的实现。

在Spark内部会对每一个分区分配一个task 执行，如果task过多，那么每个task处理的数据量很小，这就会造成线程频繁在task之间切换，导致集群工作效率低下。为解决这个问题，常采用RDD重分区函数来减少分区数量，将小分区合并为大分区，从而提高集群工作效率。

// 合并插入用户宽表数据的分区
val executesqls = spark.sql(
  """
    |     select user_id,
    |           org_id,
    |           org_name,
    |           sum(act_weight) as act_weight,
    |           sum(cnt) as cnt
    |       from dw.peasona_user_tag_relation
    |      where user_id is not null
    |        and user_id <> 'null'
    |   group by user_id,org_id,org_name
""".stripMargin).rdd.coalesce(1)

val datardd = executesqls.map(row => {
    val user_id = row.getAs[String]("user_id")
    val org_id = row.getAs[String]("org_id")
    val org_name = row.getAs[String]("org_name")
    val act_weight = row.getAs[String]("act_weight")
    val cnt = row.getAs[String]("cnt")
    Row(user_id,org_id,org_name,act_weight,cnt)
})
spark.createDataFrame(datardd, StructType(Seq(
    StructField("user_id", StringType),
    StructField("org_id", StringType),
    StructField("org_name", StringType),
    StructField("act_weight", StringType),
    StructField("cnt", StringType)
))).createOrReplaceTempView("user_act_info")

spark.sql(
  s"""
    | INSERT OVERWRITE TABLE dw.peasona_user_tag_relation partition(data_date="$data_date")
    |     SELECT user_id,org_id,org_name,act_weight,cnt
    |      FROM user_act_info
  """.stripMargin)
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三、缓存中间数据
Spark的一个重要的能力就是将数据持久化缓存，这样在多个操作期间都可以访问这些持久化的数据。当持久化一个RDD时，每个节点的其他分区都可以使用RDD在内存中进行计算，在该数据上的其他action操作将直接使用内存中的数据，这样会使其操作计算速度加快。对RDD的复杂操作如果没有持久化，那么一切的操作都会从源头开始，一步步往后计算，不会复用原始数据。

在画像标签每天ETL的时候，对于一些中间计算结果可以不落磁盘，只需把数据缓存在内存中。而使用Hive进行ETL时需要将一些中间计算结果落在临时表中，使用完临时表后再将其删除。

RDD可以使用 persist 或 cache方法进行持久化，使用 StorageLevel 对象给 persist 方法设置存储级别时，常用的存储级别如下所示。
MEMORY_ONLY：只存储在内存中
MEMORY_ONLY_2：只存储在内存中，每个分区在集群中两个节点上建立副本；
DISK_ONLY：只存储在磁盘中；
MEMORY_AND_DISK：先存储在内存中，内存不够的话存储在磁盘中
其中 cache 方法等同于调用 persist（）的 MEMORY_ONLY方法
在画像标签开发中，一般从Hive中读取数据，然后将需要做中间处理的DataFrame注册成缓存表。
这里介绍一个开发画像标签时缓存中间数据的案例。

执行如下代码：

// 读取原数据 下单用户
val peopleRDD = spark.sparkContext.textFile("C:\\Users\\king\\Desktop\\practice\\cookiesession")
  .map(_.split(","))       // RDD[Array[String]]
  .map( row => Row(row(0),row(1),row(2),row(3),row(4)))    // RDD[Row]
peopleRDD.persist(StorageLevel.MEMORY_ONLY)
peopleRDD.createOrReplaceTempView(“user_base_info”)
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这里将读取的用户数据缓存在内存中并注册为一张视图。后续直接从视图中读取对应用户数据。在该Spark任务执行完成后，释放内存，不需要清除该缓存数据。

四、开发中间表
在用户画像迭代开发的过程中，初期开发完标签后，通过对标签加工作业的血缘图整理，可以找到使用相同数据源的标签，对这部分标签，可以通过加工中间表缩减每日画像调度作业时间。
做中间层设计前需要明确几个重要的点：
1）这个中间层对应的业务场景、业务目标是什么？
2）业务方有了这份中间层数据以后可以进行哪些维度的分析，ETL时有了这份中间层数据可以减少对哪些数据的重复开发计算？
3) 这个业务场景分析中包含哪些分析维度和指标？
4）同时面向很多业务场景的中间层不一定是好的中间层。

在开发中间表前，首先需要梳理目前用户标签计算时依赖的上游数据仓库的表（如图5-5所示）

和标签的血缘依赖

例如在开发过程中，可以在 dwd 层的日分区存放当天日期对应的订单，而 dws层作为服务层，其日分区用于存放当天日期对应的全量数据。这样，在日常调度计算的过程中，可避免在dwd层重复计算历史数据，只需计算当天的新增数据，既节省了ETL时间，也不会影响服务层的数据。通过对用户标签的血缘图进行梳理，找到共同依赖的上游数据。

本章小结
之前在笔者的项目开发过程中，ETL调度时间过长是一个较难解决的“瓶颈”，每天的调度在跑完计算标签、标签校验预警、计算人群、人群校验预警、同步到服务层等环节后往往需要几个小时，最后提供到服务层数据时也比较晚了。在这个过程中为了减少调度时间，我们也做了很多尝试，包括对一些Hive表设计多个分区，并行跑任务插入数据；对一些执行时间过长的脚本进行调优；梳理数据血缘开发中间层表，对一些常见的公共数据直接从中间层表获取数据，减少数据的重复开发计算等。在经过多次迭代后也取得了不错的效果，将整体调度时间压缩了1/3，可以满足每天及时将画像数据输出到服务层的需要。

本期介绍了画像系统在数据开发中可能遇到的需要调优的场景。通过对数据倾斜、合并小文件、缓存中间数据、开发中间表几个常见问题的处理，可以优化ETL作业流程，减少调度的整体时间。

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