1. 引言
MapReduce 是 Google 提出的一种分布式计算模型，用于大规模数据集的并行处理。Hadoop 实现了这一模型，使其成为大数据处理的核心技术之一。本文将深入探讨 MapReduce 的工作原理，包括其执行流程、核心组件及优化机制。
2. MapReduce 概述
MapReduce 采用 "分而治之" 的思想，将大数据任务分解为多个小任务，并行处理后再合并结果。其核心分为两个阶段：
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Map（映射）：处理输入数据，生成键值对（Key-Value）。
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Reduce（归约）：合并 Map 阶段的输出，生成最终结果。
MapReduce 适用于 批处理任务，如日志分析、数据清洗、搜索引擎索引构建等。
3. MapReduce 工作流程
3.1 输入分片（Input Splits）
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输入数据（如 HDFS 上的文件）被划分为多个 分片（Splits），每个分片由一个 Map Task 处理。
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默认分片大小等于 HDFS 块大小（通常 128MB 或 256MB）。
3.2 Map 阶段
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Mapper 读取输入分片，逐行处理数据，生成 中间键值对（Key-Value）。
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例如，统计单词出现次数的 Map 函数：
// 输入：(行号, "hello world hello")
// 输出：("hello", 1), ("world", 1), ("hello", 1)3.3 Shuffle & Sort（数据混洗与排序）
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Shuffle：将相同 Key 的数据发送到同一个 Reducer。
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Sort：在 Reduce 阶段前，数据按键排序，便于归约处理。
3.4 Reduce 阶段
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Reducer 接收相同 Key 的所有 Value，进行聚合计算。
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例如，单词计数 Reduce 函数：
// 输入：("hello", [1, 1]), ("world", [1])
// 输出：("hello", 2), ("world", 1)3.5 输出存储
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最终结果写入 HDFS 或其他存储系统。
4. MapReduce 核心组件
| 组件 | 作用 |
|---|---|
| JobTracker | 管理作业调度，分配任务给 TaskTracker（Hadoop 1.x） |
| ResourceManager | YARN 中的全局资源管理器（Hadoop 2.x+） |
| NodeManager | 管理单个节点的资源（Hadoop 2.x+） |
| Mapper | 处理输入数据，生成中间键值对 |
| Reducer | 合并 Mapper 输出，生成最终结果 |
| Partitioner | 决定 Key 发送到哪个 Reducer（默认 HashPartitioner） |
| Combiner | 本地 Reduce 优化，减少数据传输量 |
5. MapReduce 优化机制
5.1 Combiner（局部归约）
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在 Map 阶段后，先对本地数据进行聚合，减少网络传输。
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例如，单词计数中，Map 端先计算
("hello", 2)再发送，而不是("hello", 1), ("hello", 1)。
5.2 数据压缩
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减少 Shuffle 阶段的数据传输量，提高性能。
5.3 推测执行（Speculative Execution）
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如果某个 Task 执行过慢，集群会启动相同任务的备份，取最先完成的结果。
6. MapReduce 示例（WordCount）
// Mapper
public class WordCountMapper extends Mapper<LongWritable, Text, Text, IntWritable> {public void map(LongWritable key, Text value, Context context) {String[] words = value.toString().split(" ");for (String word : words) {context.write(new Text(word), new IntWritable(1));}}
}// Reducer
public class WordCountReducer extends Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable> {public void reduce(Text key, Iterable<IntWritable> values, Context context) {int sum = 0;for (IntWritable val : values) {sum += val.get();}context.write(key, new IntWritable(sum));}
}7. MapReduce 的局限性
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不适合实时计算（适用于批处理）。
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多次磁盘 I/O（Map 和 Reduce 阶段数据需落盘）。
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编程模型较底层（相比 Spark、Flink 等框架）。
8. 总结
MapReduce 通过 Map（映射） 和 Reduce（归约） 两个阶段实现分布式计算，适用于海量数据的离线分析。虽然新框架（如 Spark）在性能上更优，但 MapReduce 仍是 Hadoop 生态的核心组件，理解其原理对学习大数据技术至关重要。
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