【Hadoop 精選】HDFS Client 使用和源碼解析

1.HDFS 整體框架圖

HDFS源碼閱讀之整體框架圖.png

2.HDFS Client 讀寫的 Java 示例

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.fs.FSDataInputStream;
import org.apache.hadoop.fs.FSDataOutputStream;

public class HDFSDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Configuration conf = new Configuration();
        conf.set("fs.defaultFS", "hdfs://localhost:9000"); // 設(shè)置HDFS的地址

        try {
            // 創(chuàng)建HDFS文件系統(tǒng)對(duì)象
            FileSystem fs = FileSystem.get(conf);

            // 寫入文件
            Path filePath = new Path("/path/to/file.txt");
            FSDataOutputStream outputStream = fs.create(filePath);
            String content = "Hello, HDFS!";
            outputStream.writeBytes(content);
            outputStream.close();

            // 讀取文件
            FSDataInputStream inputStream = fs.open(filePath);
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead = inputStream.read(buffer);
            String fileContent = new String(buffer, 0, bytesRead);
            System.out.println("File content: " + fileContent);
            inputStream.close();

            // 刪除文件
            fs.delete(filePath, false);

            // 關(guān)閉HDFS文件系統(tǒng)對(duì)象
            fs.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3.HDFS Client 源碼分析

3.1 Client 初始化

hdfs client初始化的時(shí)序圖.JPG

FileSystem 的關(guān)鍵代碼

    private FileSystem getInternal(URI uri, Configuration conf, Key key)
        throws IOException{
      FileSystem fs;
      synchronized (this) {
        // Cache.map 獲取 fs
        fs = map.get(key);
      }
      if (fs != null) {
        return fs;
      }

      // 創(chuàng)建性 fs
      fs = createFileSystem(uri, conf);
      synchronized (this) { // refetch the lock again
        FileSystem oldfs = map.get(key);
        if (oldfs != null) { // a file system is created while lock is releasing
          fs.close(); // close the new file system
          return oldfs;  // return the old file system
        }

        // 省略...
        // 保存到 Cache.map
        fs.key = key;
        map.put(key, fs);
        // 省略...
    }

  private static FileSystem createFileSystem(URI uri, Configuration conf)
      throws IOException {
    Tracer tracer = FsTracer.get(conf);
    try(TraceScope scope = tracer.newScope("FileSystem#createFileSystem")) {
      scope.addKVAnnotation("scheme", uri.getScheme());
      Class<?> clazz = getFileSystemClass(uri.getScheme(), conf);
      // 反射的方式創(chuàng)建 DistributedFileSystem
      FileSystem fs = (FileSystem)ReflectionUtils.newInstance(clazz, conf);
      // DistributedFileSystem.initialize
      fs.initialize(uri, conf);
      return fs;
    }
  }

DFSClient 的關(guān)鍵代碼

  public DFSClient(URI nameNodeUri, ClientProtocol rpcNamenode,
      Configuration conf, FileSystem.Statistics stats) throws IOException {
    // 省略...
    ProxyAndInfo<ClientProtocol> proxyInfo = null;
    // 省略...
    if (proxyInfo != null) {
      this.dtService = proxyInfo.getDelegationTokenService();
      this.namenode = proxyInfo.getProxy();
    } else if (rpcNamenode != null) {
      // This case is used for testing.
      Preconditions.checkArgument(nameNodeUri == null);
      this.namenode = rpcNamenode;
      dtService = null;
    } else {
      Preconditions.checkArgument(nameNodeUri != null,
          "null URI");
      // 利用 NameNodeProxiesClient 創(chuàng)建 ProxyAndInfo
      proxyInfo = NameNodeProxiesClient.createProxyWithClientProtocol(conf,
          nameNodeUri, nnFallbackToSimpleAuth);
      this.dtService = proxyInfo.getDelegationTokenService();
      // 利用 ClientProtocol 類型的 namenode
      this.namenode = proxyInfo.getProxy();
    }

    // 省略...
    // sasl client 初始化 
    this.saslClient = new SaslDataTransferClient(
        conf, DataTransferSaslUtil.getSaslPropertiesResolver(conf),
        TrustedChannelResolver.getInstance(conf), nnFallbackToSimpleAuth);
  }

3.2 讀數(shù)據(jù)

hdfs client讀取數(shù)據(jù)的時(shí)序圖.JPG
  • FileSystem 初始化的過(guò)程:Client 拿到 NameNodeRpcServer 代理對(duì)象破加,建立與 NameNode 的 RPC 通信
  • 調(diào)用 FileSystem 的 open() 方法,由于實(shí)現(xiàn)類為 DistributedFileSystem 所有是調(diào)用該類中的 open() 方法
  • DistributedFileSystem 持有 DFSClient 的引用雹嗦,繼續(xù)調(diào)用 DFSClient. open() 方法
    • 1.實(shí)例化 DFSInputStream 輸入流即 HdfsDataInputStream
    • 2.調(diào)用 DFSInputStream.openinfo() 方法范舀,接著調(diào)用 DFSInputStream.fetchLocatedBlocksAndGetLastBlockLength() 方法抓取 block 信息并獲取最后 block 長(zhǎng)度,再調(diào)用 DFSClient.getLocatedBlocks() 獲取block信息了罪,最后 DFSClient.callGetBlockLocations() 方法中通過(guò) NameNode 代理對(duì)象調(diào)用NameNodeRpcServer.getBlockLocations() 方法
  • 獲取到的 block 信息保存到 DFSInputStream 輸入流對(duì)象中的成員變量 locatedBlocks
  • 交給 HdfsDataInputStream 的基類 FSDataInputStream.readFSInputStream.read 讀取指定 hdfs 文件的內(nèi)容

DistributedFileSystem 的關(guān)鍵代碼

  @Override
  public FSDataInputStream open(Path f, final int bufferSize)
      throws IOException {
    statistics.incrementReadOps(1);
    storageStatistics.incrementOpCounter(OpType.OPEN);
    Path absF = fixRelativePart(f);
    return new FileSystemLinkResolver<FSDataInputStream>() {
      @Override
      public FSDataInputStream doCall(final Path p) throws IOException {
        final DFSInputStream dfsis =
            // DFSClient. open()
            dfs.open(getPathName(p), bufferSize, verifyChecksum);
        // 最終返回 HdfsDataInputStream
        return dfs.createWrappedInputStream(dfsis);
      }
      @Override
      public FSDataInputStream next(final FileSystem fs, final Path p)
          throws IOException {
        return fs.open(p, bufferSize);
      }
    }.resolve(this, absF);
  }

DFSInputStream 的關(guān)鍵代碼

  // 從 DFSClient 獲取 block 信息并保存在成員變量 locatedBlocks
  void openInfo(boolean refreshLocatedBlocks) throws IOException {
    final DfsClientConf conf = dfsClient.getConf();
    synchronized(infoLock) {
      // 調(diào)用 DFSInputStream.fetchLocatedBlocksAndGetLastBlockLength() 方法抓取 block 信息并獲取最后 block 長(zhǎng)度尿背,內(nèi)部調(diào)用 DFSClient.getLocatedBlocks() 獲取block 信息并保存到成員變量中
      lastBlockBeingWrittenLength =
          fetchLocatedBlocksAndGetLastBlockLength(refreshLocatedBlocks);
      int retriesForLastBlockLength = conf.getRetryTimesForGetLastBlockLength();
      while (retriesForLastBlockLength > 0) {
        // Getting last block length as -1 is a special case. When cluster
        // restarts, DNs may not report immediately. At this time partial block
        // locations will not be available with NN for getting the length. Lets
        // retry for 3 times to get the length.
        if (lastBlockBeingWrittenLength == -1) {
          DFSClient.LOG.warn("Last block locations not available. "
              + "Datanodes might not have reported blocks completely."
              + " Will retry for " + retriesForLastBlockLength + " times");
          waitFor(conf.getRetryIntervalForGetLastBlockLength());
          lastBlockBeingWrittenLength =
              fetchLocatedBlocksAndGetLastBlockLength(true);
        } else {
          break;
        }
        retriesForLastBlockLength--;
      }
      if (lastBlockBeingWrittenLength == -1
          && retriesForLastBlockLength == 0) {
        throw new IOException("Could not obtain the last block locations.");
      }
    }
  }

FSInputStream 的關(guān)鍵代碼

  @Override
  public synchronized int read(final ByteBuffer buf) throws IOException {
    ReaderStrategy byteBufferReader =
        new ByteBufferStrategy(buf, readStatistics, dfsClient);
    return readWithStrategy(byteBufferReader);
  }

【參考】
1.Hadoop3.1.1架構(gòu)體系——設(shè)計(jì)原理闡述與Client源碼圖文詳解
2.Hadoop3.1.1源碼Client詳解 : 寫入準(zhǔn)備-RPC調(diào)用與流的建立
3.七、HDFS上傳和下載原理(有源碼解析)
4.Hadoop源碼分析-HDFS寫數(shù)據(jù)源碼分析

?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
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