50、Spark性能优化之高性能序列化类库

数据序列化概述

在任何分布式系统中，序列化都是扮演着一个重要的角色的。如果使用的序列化技术，在执行序列化操作的时候很慢，或者是序列化后的数据还是很大，那么会让分布式应用程序的性能下降很多。所以，进行Spark性能优化的第一步，就是进行序列化的性能优化。
Spark自身默认就会在一些地方对数据进行序列化，比如Shuffle。还有就是，如果我们的算子函数使用到了外部的数据（比如Java内置类型，或者自定义类型），那么也需要让其可序列化。
而Spark自身对于序列化的便捷性和性能进行了一个取舍和权衡。默认，Spark倾向于序列化的便捷性，使用了Java自身提供的序列化机制——基于ObjectInputStream和ObjectOutputStream的序列化机制。因为这种方式是Java原生提供的，很方便使用。
但是问题是，Java序列化机制的性能并不高。序列化的速度相对较慢，而且序列化以后的数据，还是相对来说比较大，还是比较占用内存空间。因此，如果你的Spark应用程序对内存很敏感，那么，实际上默认的Java序列化机制并不是最好的选择。

Spark提供的两种序列化机制

Spark实际上提供了两种序列化机制，它只是默认使用了第一种：

1. Java序列化机制：默认情况下，Spark使用Java自身的ObjectInputStream和ObjectOutputStream机制进行对象的序列化。只要你的类实现了Serializable接口，那么都是可以序列化的。而且Java序列化机制是提供了自定义序列化支持的，只要你实现Externalizable接口即可实现自己的更高性能的序列化算法。Java序列化机制的速度比较慢，而且序列化后的数据占用的内存空间比较大。
2. Kryo序列化机制：Spark也支持使用Kryo类库来进行序列化。Kryo序列化机制比Java序列化机制更快，而且序列化后的数据占用的空间更小，通常比Java序列化的数据占用的空间要小10倍。Kryo序列化机制之所以不是默认序列化机制的原因是，有些类型虽然实现了Seriralizable接口，但是它也不一定能够进行序列化；此外，如果你要得到最佳的性能，Kryo还要求你在Spark应用程序中，对所有你需要序列化的类型都进行注册。

如何使用Kryo序列化机制

如果要使用Kryo序列化机制，首先要用SparkConf设置一个参数，使用new SparkConf().set("spark.serializer", "org.apache.spark.serializer.KryoSerializer")即可，即将Spark的序列化器设置为KryoSerializer。这样，Spark在内部的一些操作，比如Shuffle，进行序列化时，就会使用Kryo类库进行高性能、快速、更低内存占用量的序列化了。
使用Kryo时，它要求是需要序列化的类，是要预先进行注册的，以获得最佳性能——如果不注册的话，那么Kryo必须时刻保存类型的全限定名，反而占用不少内存。Spark默认是对Scala中常用的类型自动注册了Kryo的，都在AllScalaRegistry类中。
但是，比如自己的算子中，使用了外部的自定义类型的对象，那么还是需要将其进行注册。
实际上，下面的写法是错误的，因为counter不是共享的，所以累加的功能是无法实现的

val counter = new Counter();
val numbers = sc.parallelize(Array(1, 2, 3, 4, 5))
numbers.foreach(num => counter.add(num));

如果要注册自定义的类型，那么就使用如下的代码，即可：
Scala版本：

val conf = new SparkConf().setMaster(...).setAppName(...)
conf.registerKryoClasses(Array(classOf[Counter] ))
val sc = new SparkContext(conf)

Java版本：

SparkConf conf = new SparkConf().setMaster(...).setAppName(...)
conf.registerKryoClasses(Counter.class)
JavaSparkContext sc = new JavaSparkContext(conf)

优化Kryo类库的使用

1、优化缓存大小
如果注册的要序列化的自定义的类型，本身特别大，比如包含了超过100个field。那么就会导致要序列化的对象过大。此时就需要对Kryo本身进行优化。因为Kryo内部的缓存可能不够存放那么大的class对象。此时就需要调用SparkConf.set()方法，设置spark.kryoserializer.buffer.mb参数的值，将其调大。
默认情况下它的值是2，就是说最大能缓存2M的对象，然后进行序列化。可以在必要时将其调大。比如设置为10。
2、预先注册自定义类型
虽然不注册自定义类型，Kryo类库也能正常工作，但是那样的话，对于它要序列化的每个对象，都会保存一份它的全限定类名。此时反而会耗费大量内存。因此通常都建议预先注册号要序列化的自定义的类。

在什么场景下使用Kryo序列化类库

首先，这里讨论的都是Spark的一些普通的场景，一些特殊的场景，比如RDD的持久化，在后面会讲解。这里先不说。
那么，这里针对的Kryo序列化类库的使用场景，就是算子函数使用到了外部的大数据的情况。比如说吧，我们在外部定义了一个封装了应用所有配置的对象，比如自定义了一个MyConfiguration对象，里面包含了100m的数据。然后，在算子函数里面，使用到了这个外部的大对象。
此时呢，如果默认情况下，让Spark用java序列化机制来序列化这种外部的大对象，那么就会导致，序列化速度缓慢，并且序列化以后的数据还是比较大，比较占用内存空间。
因此，在这种情况下，比较适合，切换到Kryo序列化类库，来对外部的大对象进行序列化操作。一是，序列化速度会变快；二是，会减少序列化后的数据占用的内存空间。