Hadoop框架：HDFS讀寫機制與API詳解

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一、讀寫機制

1、資料寫入

• 客戶端訪問NameNode請求上傳檔案；
• NameNode檢查目標檔案和目錄是否已經存在；
• NameNode響應客戶端是否可以上傳；
• 客戶端請求NameNode檔案塊Block01上傳服務位置；
• NameNode響應返回3個DataNode節點；
• 客戶端通過輸入流建立DataNode01傳輸通道；
• DataNode01呼叫DataNode02，DataNode02呼叫DataNode03，通訊管道建立完成；
• DataNode01、DataNode02、DataNode03逐級應答客戶端。
• 客戶端向DataNode01上傳第一個檔案塊Block；
• DataNode01接收後傳給DataNode02，DataNode02傳給DataNode03;
• Block01傳輸完成之後，客戶端再次請求NameNode上傳第二個檔案塊；

2、資料讀取

• 客戶端通過向NameNode請求下載檔案；
• NameNode查詢獲取檔案後設資料並返回；
• 客戶端通過後設資料資訊獲取檔案DataNode地址；
• 就近原則選擇一臺DataNode伺服器，請求讀取資料；
• DataNode傳輸資料返回給客戶端；
• 客戶端以本地處理目標檔案；

二、基礎API案例

1、基礎演示介面

public interface HdfsFileService {

    // 建立資料夾
    void mkdirs(String path) throws Exception ;

    // 檔案判斷
    void isFile(String path) throws Exception ;

    // 修改檔名
    void reName(String oldFile, String newFile) throws Exception ;

    // 檔案詳情
    void fileDetail(String path) throws Exception ;

    // 檔案上傳
    void copyFromLocalFile(String local, String path) throws Exception ;

    // 拷貝到本地：下載
    void copyToLocalFile(String src, String dst) throws Exception ;

    // 刪除資料夾
    void delete(String path) throws Exception ;

    // IO流上傳
    void ioUpload(String path, String local) throws Exception ;

    // IO流下載
    void ioDown(String path, String local) throws Exception ;

    // 分塊下載
    void blockDown(String path, String local1, String local2) throws Exception ;
}

2、命令API用法

@Service
public class HdfsFileServiceImpl implements HdfsFileService {

    @Resource
    private HdfsConfig hdfsConfig ;

    @Override
    public void mkdirs(String path) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                                               configuration, "root");
        // 2、建立目錄
        fileSystem.mkdirs(new Path(path));
        // 3、關閉資源
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void isFile(String path) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                                               configuration, "root");
        // 2、判斷檔案和資料夾
        FileStatus[] fileStatuses = fileSystem.listStatus(new Path(path));
        for (FileStatus fileStatus : fileStatuses) {
            if (fileStatus.isFile()) {
                System.out.println("檔案:"+fileStatus.getPath().getName());
            }else {
                System.out.println("資料夾:"+fileStatus.getPath().getName());
            }
        }
        // 3、關閉資源
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void reName(String oldFile, String newFile) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                configuration, "root");
        // 2、修改檔名
        fileSystem.rename(new Path(oldFile), new Path(newFile));
        // 3、關閉資源
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void fileDetail(String path) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                                               configuration, "root");
        // 2、讀取檔案詳情
        RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles =
                                    fileSystem.listFiles(new Path(path), true);
        while(listFiles.hasNext()){
            LocatedFileStatus status = listFiles.next();
            System.out.println("檔名："+status.getPath().getName());
            System.out.println("檔案長度："+status.getLen());
            System.out.println("檔案許可權："+status.getPermission());
            System.out.println("所屬分組："+status.getGroup());
            // 儲存塊資訊
            BlockLocation[] blockLocations = status.getBlockLocations();
            for (BlockLocation blockLocation : blockLocations) {
                // 塊儲存的主機節點
                String[] hosts = blockLocation.getHosts();
                for (String host : hosts) {
                    System.out.print(host+";");
                }
            }
            System.out.println("==============Next==============");
        }
        // 3、關閉資源
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void copyFromLocalFile(String local, String path) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                                configuration, "root");
        // 2、執行上傳操作
        fileSystem.copyFromLocalFile(new Path(local), new Path(path));
        // 3、關閉資源
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void copyToLocalFile(String src,String dst) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                                               configuration, "root");
        // 2、執行下載操作
        // src 伺服器檔案路徑 ; dst 檔案下載到的路徑
        fileSystem.copyToLocalFile(false, new Path(src), new Path(dst), true);
        // 3、關閉資源
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void delete(String path) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                                configuration, "root");
        // 2、刪除檔案或目錄 是否遞迴
        fileSystem.delete(new Path(path), true);
        // 3、關閉資源
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void ioUpload(String path, String local) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                                configuration, "root");
        // 2、輸入輸出流
        FileInputStream fis = new FileInputStream(new File(local));
        FSDataOutputStream fos = fileSystem.create(new Path(path));
        // 3、流對拷
        IOUtils.copyBytes(fis, fos, configuration);
        // 4、關閉資源
        IOUtils.closeStream(fos);
        IOUtils.closeStream(fis);
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void ioDown(String path, String local) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                configuration, "root");
        // 2、輸入輸出流
        FSDataInputStream fis = fileSystem.open(new Path(path));
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File(local));
        // 3、流對拷
        IOUtils.copyBytes(fis, fos, configuration);
        // 4、關閉資源
        IOUtils.closeStream(fos);
        IOUtils.closeStream(fis);
        fileSystem.close();
    }

    @Override
    public void blockDown(String path,String local1,String local2) throws Exception {
        readFileSeek01(path,local1);
        readFileSeek02(path,local2);
    }

    private void readFileSeek01(String path,String local) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                                configuration, "root");
        // 2、輸入輸出流
        FSDataInputStream fis = fileSystem.open(new Path(path));
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File(local));
        // 3、部分拷貝
        byte[] buf = new byte[1024];
        for(int i =0 ; i < 1024 * 128; i++){
            fis.read(buf);
            fos.write(buf);
        }
        // 4、關閉資源
        IOUtils.closeStream(fos);
        IOUtils.closeStream(fis);
        fileSystem.close();
    }

    private void readFileSeek02(String path,String local) throws Exception {
        // 1、獲取檔案系統
        Configuration configuration = new Configuration();
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI(hdfsConfig.getNameNode()),
                configuration, "root");
        // 2、輸入輸出流
        FSDataInputStream fis = fileSystem.open(new Path(path));
        // 定位輸入資料位置
        fis.seek(1024*1024*128);
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File(local));
        // 3、流拷貝
        IOUtils.copyBytes(fis, fos, configuration);
        // 4、關閉資源
        IOUtils.closeStream(fos);
        IOUtils.closeStream(fis);
        fileSystem.close();
    }
}

3、合併切割檔案

cat hadoop-2.7.2.zip.block1 hadoop-2.7.2.zip.block2 > hadoop.zip

三、機架感知

Hadoop2.7的文件說明

第一個副本和client在一個節點裡，如果client不在叢集範圍內，則這第一個node是隨機選取的；第二個副本和第一個副本放在相同的機架上隨機選擇；第三個副本在不同的機架上隨機選擇，減少了機架間的寫流量，通常可以提高寫效能,機架故障的概率遠小於節點故障的概率，因此該策略不會影響資料的穩定性。

四、網路拓撲

HDFS寫資料的過程中，NameNode會選擇距離待上傳資料最近距離的DataNode接收資料，基於機架感知，NameNode就可以畫出上圖所示的datanode網路拓撲圖。D1,R1都是交換機，最底層是datanode。

Distance(/D1/R1/N1,/D1/R1/N1)=0  相同的節點
Distance(/D1/R1/N1,/D1/R1/N2)=2  同一機架下的不同節點
Distance(/D1/R1/N1,/D1/R2/N1)=4  同一IDC下的不同datanode
Distance(/D1/R1/N1,/D2/R3/N1)=6  不同IDC下的datanode

五、原始碼地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/big-data-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/big-data-parent

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