Hadoop集群（第10期）_MapReduce与MySQL交互

2、MapReduce与MySQL交互

　　MapReduce技术推出后，曾遭到关系数据库研究者的挑剔和批评，认为MapReduce不具备有类似于关系数据库中的结构化数据存储和处理能力。为此，Google和MapReduce社区进行了很多努力。一方面，他们设计了类似于关系数据中结构化数据表的技术（Google的BigTable，Hadoop的HBase）提供一些粗粒度的结构化数据存储和处理能力；另一方面，为了增强与关系数据库的集成能力，Hadoop MapReduce提供了相应的访问关系数据库库的编程接口。

　　MapReduce与MySQL交互的整体架构如下图所示。

图2-1整个环境的架构

　　具体到MapReduce框架读/写数据库，有2个主要的程序分别是 DBInputFormat和DBOutputFormat，DBInputFormat 对应的是SQL语句select，而DBOutputFormat 对应的是 Inster/update，使用DBInputFormat和DBOutputForma时候需要实现InputFormat这个抽象类，这个抽象类含有getSplits()和createRecordReader()抽象方法，在DBInputFormat类中由 protected String getCountQuery() 方法传入结果集的个数，getSplits()方法再确定输入的切分原则，利用SQL中的 LIMIT 和 OFFSET 进行切分获得数据集的范围 ，请参考DBInputFormat源码中public InputSplit[] getSplits(JobConf job, int chunks) throws IOException的方法，在DBInputFormat源码中createRecordReader()则可以按一定格式读取相应数据。

      1）建立关系数据库连接

• DBConfiguration：提供数据库配置和创建连接的接口。

      DBConfiguration类中提供了一个静态方法创建数据库连接：

public static void configureDB(Job job,String driverClass,String dbUrl,String userName,String Password)

      其中，job为当前准备执行的作业，driverClasss为数据库厂商提供的访问其数据库的驱动程序，dbUrl为运行数据库的主机的地址，userName和password分别为数据库提供访问地用户名和相应的访问密码。

      2）相应的从关系数据库查询和读取数据的接口

• DBInputFormat：提供从数据库读取数据的格式。
• DBRecordReader：提供读取数据记录的接口。

　　3）相应的向关系数据库直接输出结果的编程接口

• DBOutputFormat：提供向数据库输出数据的格式。
• DBRecordWrite：提供数据库写入数据记录的接口。

　　数据库连接完成后，即可完成从MapReduce程序向关系数据库写入数据的操作。为了告知数据库将写入哪个表中的哪些字段，DBOutputFormat中提供了一个静态方法来指定需要写入的数据表和字段：

public static void setOutput(Job job,String tableName,String ... fieldName)

      其中，tableName指定即将写入的数据表，后续参数将指定哪些字段数据将写入该表。

2.1 从数据库中输入数据

      虽然Hadoop允许从数据库中直接读取数据记录作为MapReduce的输入，但处理效率较低，而且大量频繁地从MapReduce程序中查询和读取关系数据库可能会大大增加数据库的访问负载，因此DBInputFormat仅适合读取小量数据记录的计算和应用，不适合数据仓库联机数据分析大量数据的读取处理。

      读取大量数据记录一个更好的解决办法是：用数据库中的Dump工具将大量待分析数据输出为文本数据文件，并上载到HDFS中进行处理。

      1）首先创建要读入的数据

• Windows环境

　　首先创建数据库"school"，使用下面命令进行：

create database school;

      然后通过以下几句话，把我们事先准备好的sql语句（student.sql事先放到了D盘目录）导入到刚创建的"school"数据库中。用到的命令如下：

use school;

source d:\student.sql

      "student.sql"中的内容如下所示：

DROP TABLE IF EXISTS `school`.`student`;

 

CREATE TABLE `school`.`student` (

`id` int(11) NOT NULL default ‘0‘,

`name` varchar(20) default NULL,

`sex` varchar(10) default NULL,

`age` int(10) default NULL,

PRIMARY KEY (`id`)

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

 

INSERT INTO `student` VALUES (‘201201‘, ‘张三‘, ‘男‘, ‘21‘);

INSERT INTO `student` VALUES (‘201202‘, ‘李四‘, ‘男‘, ‘22‘);

INSERT INTO `student` VALUES (‘201203‘, ‘王五‘, ‘女‘, ‘20‘);

INSERT INTO `student` VALUES (‘201204‘, ‘赵六‘, ‘男‘, ‘21‘);

INSERT INTO `student` VALUES (‘201205‘, ‘小红‘, ‘女‘, ‘19‘);

INSERT INTO `student` VALUES (‘201206‘, ‘小明‘, ‘男‘, ‘22‘);

      执行结果如下所示：

      查询刚才创建的数据库表"student"的内容。

      结果发现显示是乱码，记得我当时是设置的UTF-8，怎么就出现乱码了呢？其实我们使用的操作系统的系统为中文，且它的默认编码是gbk，而MySQL的编码有两种，它们分别是：

　　【client】：客户端的字符集。客户端默认字符集。当客户端向服务器发送请求时，请求以该字符集进行编码。

　　【mysqld】：服务器字符集，默认情况下所采用的。

      找到安装MySQL目录，比如我们的安装目录为：

E:\HadoopWorkPlat\MySQL Server 5.5

      从中找到"my.ini"配置文件，最终发现my.ini里的2个character_set把client改成gbk，把server改成utf8就可以了。

    【client】端：

[client]

port=3306

[mysql]

default-character-set=gbk

    【mysqld】端：

[mysqld]

# The default character set that will be used when a new schema or table is

# created and no character set is defined

character-set-server=utf8

      按照上面修改完之后，重启MySQL服务。

      此时在Windows下面的数据库表已经准备完成了。

• Linux环境

　　首先通过"FlashFXP"把我们刚才的"student.sql"上传到"/home/hadoop"目录下面，然后按照上面的语句创建"school"数据库。

      查看我们上传的"student.sql"内容：

      创建"school"数据库，并导入"student.sql"语句。

      显示数据库"school"中的表"student"信息。

     显示表"student"中的内容。

      到此为止在"Windows"和"Linux"两种环境下面都创建了表"student"表，并初始化了值。下面就开始通过MapReduce读取MySQL库中表"student"的信息。

      2）使MySQL能远程连接

      MySQL默认是允许别的机器进行远程访问地，为了使Hadoop集群能访问MySQL数据库，所以进行下面操作。

• 用MySQL用户"root"登录。

mysql -u root -p

• 使用下面语句进行授权，赋予任何主机访问数据的权限。

GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO ‘root‘@‘%‘ IDENTIFIED BY ‘hadoop‘ WITH GRANT OPTION;

• 刷新，使之立即生效。

FLUSH PRIVILEGES;

      执行结果如下图。

      Windows下面：

      Linux下面：

      到目前为止，如果连接Win7上面的MySQL数据库还不行，大家还应该记得前面在Linux下面关掉了防火墙，但是我们在Win7下对防火墙并没有做任何处理，如果不对防火墙做处理，即使执行了上面的远程授权，仍然不能连接。下面是设置Win7上面的防火墙，使远程机器能通过3306端口访问MySQL数据库。

      解决方案：只要在‘入站规则‘上建立一个3306端口即可。

　　执行顺序：控制面板à管理工具à高级安全的Windows防火墙à入站规则

　　然后新建规则à选择‘端口‘à在‘特定本地端口‘上输入一个‘3306‘ à选择‘允许连接‘=>选择‘域‘、‘专用‘、‘公用‘=>给个名称，如：MySqlInput

      3）对JDBC的Jar包处理

      因为程序虽然用Eclipse编译运行但最终要提交到Hadoop集群上，所以JDBC的jar必须放到Hadoop集群中。有两种方式：

      （1）在每个节点下的${HADOOP_HOME}/lib下添加该包，重启集群，一般是比较原始的方法。

      我们的Hadoop安装包在"/usr/hadoop"，所以把Jar放到"/usr/hadoop/lib"下面，然后重启，记得是Hadoop集群中所有的节点都要放，因为执行分布式是程序是在每个节点本地机器上进行。

      （2）在Hadoop集群的分布式文件系统中创建"/lib"文件夹，并把我们的的JDBC的jar包上传上去，然后在主程序添加如下语句，就能保证Hadoop集群中所有的节点都能使用这个jar包。因为这个jar包放在了HDFS上，而不是本地系统，这个要理解清楚。

DistributedCache.addFileToClassPath(new Path("/lib/mysql-connector-java-5.1.18-bin.jar"), conf);

      我们用的JDBC的jar如下所示：

mysql-connector-java-5.1.18-bin.jar

      通过Eclipse下面的DFS Locations进行创建"/lib"文件夹，并上传JDBC的jar包。执行结果如下：

      备注：我们这里采用了第二种方式。

      4）源程序代码如下所示

package com.hebut.mr;

 

import java.io.IOException;

import java.io.DataInput;

import java.io.DataOutput;

import java.sql.Connection;

import java.sql.DriverManager;

import java.sql.PreparedStatement;

import java.sql.ResultSet;

import java.sql.SQLException;

 

import org.apache.hadoop.filecache.DistributedCache;

import org.apache.hadoop.fs.Path;

import org.apache.hadoop.io.LongWritable;

import org.apache.hadoop.io.Text;

import org.apache.hadoop.io.Writable;

import org.apache.hadoop.mapred.JobClient;

import org.apache.hadoop.mapred.JobConf;

import org.apache.hadoop.mapred.MapReduceBase;

import org.apache.hadoop.mapred.Mapper;

import org.apache.hadoop.mapred.OutputCollector;

import org.apache.hadoop.mapred.FileOutputFormat;

import org.apache.hadoop.mapred.Reporter;

import org.apache.hadoop.mapred.lib.IdentityReducer;

import org.apache.hadoop.mapred.lib.db.DBWritable;

import org.apache.hadoop.mapred.lib.db.DBInputFormat;

import org.apache.hadoop.mapred.lib.db.DBConfiguration;

 

public class ReadDB {

 

    public static class Map extends MapReduceBase implements

            Mapper<LongWritable, StudentRecord, LongWritable, Text> {

 

        // 实现map函数

        public void map(LongWritable key, StudentRecord value,

        OutputCollector<LongWritable, Text> collector, Reporter reporter)

                throws IOException {

            collector.collect(new LongWritable(value.id),

                    new Text(value.toString()));

        }

 

    }

 

    public static class StudentRecord implements Writable, DBWritable {

        public int id;

        public String name;

        public String sex;

        public int age;

 

        @Override

        public void readFields(DataInput in) throws IOException {

            this.id = in.readInt();

            this.name = Text.readString(in);

            this.sex = Text.readString(in);

            this.age = in.readInt();

        }

 

        @Override

        public void write(DataOutput out) throws IOException {

            out.writeInt(this.id);

            Text.writeString(out, this.name);

            Text.writeString(out, this.sex);

            out.writeInt(this.age);

        }

 

        @Override

        public void readFields(ResultSet result) throws SQLException {

            this.id = result.getInt(1);

            this.name = result.getString(2);

            this.sex = result.getString(3);

            this.age = result.getInt(4);

        }

 

        @Override

        public void write(PreparedStatement stmt) throws SQLException {

            stmt.setInt(1, this.id);

            stmt.setString(2, this.name);

            stmt.setString(3, this.sex);

            stmt.setInt(4, this.age);

        }

 

        @Override

        public String toString() {

            return new String("学号：" + this.id + "_姓名：" + this.name

                    + "_性别："+ this.sex + "_年龄：" + this.age);

        }

    }

 

    public static void main(String[] args) throws Exception {

 

        JobConf conf = new JobConf(ReadDB.class);

 

        // 这句话很关键

        conf.set("mapred.job.tracker", "192.168.1.2:9001");

 

        // 非常重要，值得关注

        DistributedCache.addFileToClassPath(new Path(

         "/lib/mysql-connector-java-5.1.18-bin.jar"), conf);

 

        // 设置输入类型

        conf.setInputFormat(DBInputFormat.class);

 

        // 设置输出类型

        conf.setOutputKeyClass(LongWritable.class);

        conf.setOutputValueClass(Text.class);

 

        // 设置Map和Reduce类

        conf.setMapperClass(Map.class);

        conf.setReducerClass(IdentityReducer.class);

 

        // 设置输出目录

        FileOutputFormat.setOutputPath(conf, new Path("rdb_out"));

 

        // 建立数据库连接

        DBConfiguration.configureDB(conf, "com.mysql.jdbc.Driver",

            "jdbc:mysql://192.168.1.24:3306/school", "root", "hadoop");

 

        // 读取"student"表中的数据

        String[] fields = { "id", "name", "sex", "age" };

        DBInputFormat.setInput(conf, StudentRecord.class, "student", null,"id", fields);

 

        JobClient.runJob(conf);

    }

}

      备注：由于Hadoop1.0.0新的API对关系型数据库暂不支持，只能用旧的API进行，所以下面的"向数据库中输出数据"也是如此。

      5）运行结果如下所示

      经过上面的设置后，已经通过连接Win7和Linux上的MySQL数据库，执行结果都一样。唯独变得就是代码中"DBConfiguration.configureDB"中MySQL数据库所在机器的IP地址。

2.2 向数据库中输出数据

      基于数据仓库的数据分析和挖掘输出结果的数据量一般不会太大，因而可能适合于直接向数据库写入。我们这里尝试与"WordCount"程序相结合，把单词统计的结果存入到关系型数据库中。

      1）创建写入的数据库表

      我们还使用刚才创建的数据库"school"，只是在里添加一个新的表"wordcount"，还是使用下面语句执行：

use school;

source sql脚本全路径

      下面是要创建的"wordcount"表的sql脚本。

DROP TABLE IF EXISTS `school`.`wordcount`;

 

CREATE TABLE `school`.`wordcount` (

`id` int(11) NOT NULL auto_increment,

`word` varchar(20) default NULL,

`number` int(11) default NULL,

PRIMARY KEY (`id`)

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

      执行效果如下所示：

• Windows环境

• Linux环境

      2）程序源代码如下所示

package com.hebut.mr;

 

import java.io.IOException;

import java.io.DataInput;

import java.io.DataOutput;

import java.sql.PreparedStatement;

import java.sql.ResultSet;

import java.sql.SQLException;

import java.util.Iterator;

import java.util.StringTokenizer;

 

import org.apache.hadoop.filecache.DistributedCache;

import org.apache.hadoop.fs.Path;

import org.apache.hadoop.io.IntWritable;

import org.apache.hadoop.io.Text;

import org.apache.hadoop.io.Writable;

import org.apache.hadoop.mapred.FileInputFormat;

import org.apache.hadoop.mapred.JobClient;

import org.apache.hadoop.mapred.JobConf;

import org.apache.hadoop.mapred.MapReduceBase;

import org.apache.hadoop.mapred.Mapper;

import org.apache.hadoop.mapred.OutputCollector;

import org.apache.hadoop.mapred.Reducer;

import org.apache.hadoop.mapred.Reporter;

import org.apache.hadoop.mapred.TextInputFormat;

import org.apache.hadoop.mapred.lib.db.DBOutputFormat;

import org.apache.hadoop.mapred.lib.db.DBWritable;

import org.apache.hadoop.mapred.lib.db.DBConfiguration;

 

public class WriteDB {

    // Map处理过程

    public static class Map extends MapReduceBase implements

            Mapper<Object, Text, Text, IntWritable> {

 

        private final static IntWritable one = new IntWritable(1);

        private Text word = new Text();

 

        @Override

        public void map(Object key, Text value,

            OutputCollector<Text, IntWritable> output, Reporter reporter)

                throws IOException {

            String line = value.toString();

            StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(line);

            while (tokenizer.hasMoreTokens()) {

                word.set(tokenizer.nextToken());

                output.collect(word, one);

            }

        }

    }

 

    // Combine处理过程

    public static class Combine extends MapReduceBase implements

            Reducer<Text, IntWritable, Text, IntWritable> {

 

        @Override

        public void reduce(Text key, Iterator<IntWritable> values,

            OutputCollector<Text, IntWritable> output, Reporter reporter)

                throws IOException {

            int sum = 0;

            while (values.hasNext()) {

                sum += values.next().get();

            }

            output.collect(key, new IntWritable(sum));

        }

    }

 

    // Reduce处理过程

    public static class Reduce extends MapReduceBase implements

            Reducer<Text, IntWritable, WordRecord, Text> {

 

        @Override

        public void reduce(Text key, Iterator<IntWritable> values,

            OutputCollector<WordRecord, Text> collector, Reporter reporter)

                throws IOException {

 

            int sum = 0;

            while (values.hasNext()) {

                sum += values.next().get();

            }

 

            WordRecord wordcount = new WordRecord();

            wordcount.word = key.toString();

            wordcount.number = sum;

 

            collector.collect(wordcount, new Text());

        }

    }

 

    public static class WordRecord implements Writable, DBWritable {

        public String word;

        public int number;

 

        @Override

        public void readFields(DataInput in) throws IOException {

            this.word = Text.readString(in);

            this.number = in.readInt();

        }

 

        @Override

        public void write(DataOutput out) throws IOException {

            Text.writeString(out, this.word);

            out.writeInt(this.number);

        }

 

        @Override

        public void readFields(ResultSet result) throws SQLException {

            this.word = result.getString(1);

            this.number = result.getInt(2);

        }

 

        @Override

        public void write(PreparedStatement stmt) throws SQLException {

            stmt.setString(1, this.word);

            stmt.setInt(2, this.number);

        }

    }

 

    public static void main(String[] args) throws Exception {

 

        JobConf conf = new JobConf(WriteDB.class);

 

        // 这句话很关键

        conf.set("mapred.job.tracker", "192.168.1.2:9001");

 

        DistributedCache.addFileToClassPath(new Path(

                "/lib/mysql-connector-java-5.1.18-bin.jar"), conf);

 

        // 设置输入输出类型

        conf.setInputFormat(TextInputFormat.class);

        conf.setOutputFormat(DBOutputFormat.class);

        // 不加这两句，通不过，但是网上给的例子没有这两句。

        conf.setOutputKeyClass(Text.class);

        conf.setOutputValueClass(IntWritable.class);

 

        // 设置Map和Reduce类

        conf.setMapperClass(Map.class);

        conf.setCombinerClass(Combine.class);

        conf.setReducerClass(Reduce.class);

 

        // 设置输如目录

        FileInputFormat.setInputPaths(conf, new Path("wdb_in"));

 

        // 建立数据库连接

        DBConfiguration.configureDB(conf, "com.mysql.jdbc.Driver",

            "jdbc:mysql://192.168.1.24:3306/school", "root", "hadoop");

 

        // 写入"wordcount"表中的数据

        String[] fields = { "word", "number" };

        DBOutputFormat.setOutput(conf, "wordcount", fields);

 

        JobClient.runJob(conf);

    }

}

      3）运行结果如下所示

• Windows环境

　　测试数据：

（1）file1.txt

hello word

hello hadoop

    （2）file2.txt

虾皮 hadoop

虾皮 word

软件 软件

      运行结果：

      我们发现上图中出现了"?"，后来查找原来是因为我的测试数据时在Windows用记事本写的然后保存为"UTF-8"，在保存时为了区分编码，自动在前面加了一个"BOM"，但是不会显示任何结果。然而我们的代码把它识别为"?"进行处理。这就出现了上面的结果，如果我们在每个要处理的文件前面的第一行加一个空格，结果就成如下显示：

      接着又做了一个测试，在Linux上面用下面命令创建了一个文件，并写上中文内容。结果显示并没有出现"?"，而且网上说不同的记事本软件（EmEditor、UE）保存为"UTF-8"就没有这个问题。经过修改之后的Map类，就能够正常识别了。

    // Map处理过程

    public static class Map extends MapReduceBase implements

            Mapper<Object, Text, Text, IntWritable> {

 

        private final static IntWritable one = new IntWritable(1);

        private Text word = new Text();

 

        @Override

        public void map(Object key, Text value,

            OutputCollector<Text, IntWritable> output, Reporter reporter)

                throws IOException {

            String line = value.toString();

           

            //处理记事本UTF-8的BOM问题

            if (line.getBytes().length > 0) {

                if ((int) line.charAt(0) == 65279) {

                    line = line.substring(1);

                }

            }

           

            StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(line);

            while (tokenizer.hasMoreTokens()) {

                word.set(tokenizer.nextToken());

                output.collect(word, one);

            }

        }

    }

      处理之后的结果：

      从上图中得知，我们的问题已经解决了，因此，在编辑、更改任何文本文件时，请务必使用不会乱加BOM的编辑器。Linux下的编辑器应该都没有这个问题。Windows下，请勿使用记事本等编辑器。推荐的编辑器是： Editplus 2.12版本以上； EmEditor； UltraEdit（需要取消‘添加BOM‘的相关选项）； Dreamweaver（需要取消‘添加BOM‘的相关选项） 等。

　　对于已经添加了BOM的文件，要取消的话，可以用以上编辑器另存一次。（Editplus需要先另存为gb，再另存为UTF-8。） DW解决办法如下： 用DW打开指定文件，按Ctrl+Jà标题/编码à编码选择"UTF-8"，去掉"包括Unicode签名(BOM)"勾选à保存/另存为，即可。

    国外有一个牛人已经把这个问题解决了，使用"UnicodeInputStream"、"UnicodeReader"。

    地址：http://koti.mbnet.fi/akini/java/unicodereader/

    示例：Java读带有BOM的UTF-8文件乱码原因及解决方法

    代码：http://download.csdn.net/detail/xia520pi/4146123

• Linux环境

　　测试数据：

    （1）file1.txt

MapReduce is simple

    （2）file2.txt

MapReduce is powerful is simple

    （3）file2.txt

Hello MapReduce bye MapReduce

      运行结果：

      到目前为止，MapReduce与关系型数据库交互已经结束，从结果中得知，目前新版的API还不能很好的支持关系型数据库的操作，上面两个例子都是使用的旧版的API。关于更多的MySQL操作，具体参考"Hadoop集群_第10期副刊_常用MySQL数据库命令_V1.0"。

      本期历时五天，终于完成，期间遇到的关键问题如下：

• MySQL的JDBC的jar存放问题。
• Win7对MySQL防火墙的设置。
• Linux中MySQL变更目录不能启动。
• MapReduce处理带BOM的UTF-8问题。
• 设置MySQL可以远程访问。
• MySQL处理中文乱码问题。

　　从这几天对MapReduce的了解，发现其实Hadoop对关系型数据库的处理还不是很强，主要是Hadoop和关系型数据做的事不是同一类型，各有所特长。下面几期我们将对Hadoop里的HBase和Hive进行全面了解。