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面试知识点 - 明的博客

时间:2020-02-28 11:12:07      阅读:92      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

“The purpose of human life is to serve, and to show compassion and the will to help others.”

1.Hadoop知识总结

1.1 MR架构

JobClient、JobTracker、TaskTracker

![MR架构](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/697231-069e09ede059d164?imageMogr2/auto-orient/strip imageView2/2/w/810/format/webp)
  1. JobClient向JobTracker请求一个新的JobId;
  2. 检查作业输出说明;
  3. 计算作业输出划分split
  4. 将运行作业所需的资源(作业的jar文件、配置文件、计算所得的输入划分)复制到一个以作业ID命名的目录JobTracker的文件系统;
  5. 通过调用JobClient的submitJob()方法,告诉JobTracker作业准备运行
  6. JobTracker接收到submitJob()方法调用后,把此调用放到一个内部队列中,交由作业调度器进行调度,并对其进行初始化;
  7. 创建任务运行列表,作业调度去首先从共享文件系统中获取JobClient已经计算好的输入划分信息(图中step6),然后为每个划分创建一个Map任务(一个split对应一个map,有多少split就有多少map)。
  8. TaskTracker执行一个简单的循环,定期发送心跳(heartbeat)调用JobTracker。

JobTracker 负责工作节点的资源管理,监控资源的使用情况,管理作业的生命周期。

TaskTracker 的职责是根据JobTracker 的命令启动/清除任务,并且周期性的向JobTracker 汇报任务的状态信息。

Yarn运行机制

YARN 的基本思想就是将JobTracker 的两大主要职能:资源管理、作业的调度监控分为两个独立的进程。一个是全局的ResourceManager,另一个是每一个应用对应的ApplicationMaster。

ResourceManager 是一个纯粹的调度器,它根据应用程序的资源请求严格限制系统的可用资源。在保证容量、公平性及服务器等级的前提下,优化集群资源利用率,即让所有的资源都能被充分利用。

ApplicationMaster 负责与ResourceManager 协商资源,并和NodeManager 进行协同工作来执行容器和监控容器的状态。

NodeManager 是YARN 节点上的工作进程,管理集群中独立的计算节点。其职责包括启动应用程序的容器,监控它们的资源使用情况,并且报告给ResourceManager。

![YARN](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/697231-ea265a5516b96af5.png?imageMogr2/auto-orient/strip imageView2/2/w/657/format/webp)
  • ResourceManager 代替集群管理器
  • ApplicationMaster 代替一个专用且短暂的 JobTracker
  • NodeManager 代替 TaskTracker
  • 一个分布式应用程序代替一个 MapReduce 作业

一个全局 ResourceManager 以主要后台进程的形式运行,它通常在专用机器上运行,在各种竞争的应用程序之间仲裁可用的集群资源。 在用户提交一个应用程序时,一个称为 ApplicationMaster 的轻量型进程实例会启动来协调应用程序内的所有任务的执行。这包括监视任务,重新启动失败的任务,推测性地运行缓慢的任务,以及计算应用程序计数器值的总和。有趣的是,ApplicationMaster 可在容器内运行任何类型的任务。 NodeManager 是 TaskTracker 的一种更加普通和高效的版本。没有固定数量的 map 和 reduce slots,NodeManager 拥有许多动态创建的资源容器。

1.2 Spark

  1. spark有几种部署模式,每种模式特点?
  • 本地模式:Spark不一定非要跑在hadoop集群,可以在本地,起多个线程的方式来指定。方便调试,本地模式分三类。
  • standalone模式:分布式部署集群,自带完整的服务,资源管理和任务监控是Spark自己监控,这个模式也是其他模式的基础。
  • spark on yarn:分布式部署集群,资源和任务监控交给yarn管理;粗粒度资源分配方式,包含cluster和client运行模式(cluster 适合生产,driver运行在集群子节点,具有容错功能;client 适合调试,dirver运行在客户端)
  • spark on mesos
  1. spark技术栈有哪些组件,每个组件有什么功能,适用于什么应用场景?
  • Spark core:是其它组件的基础,spark的内核,其主要包括有向循环图、RDD、Lingage、Cache、broadcast等。
  • Spark Streaming:是一个对实时数据流进行高通量、容错处理的流式处理系统,将流式计算分解成一系列短小的批处理作业.
  • Spark SQL:能够统一处理关系表和RDD,使得开发人员可以轻松地使用SQL命令进行外部查询。
  • MLBase: 是Spark生态圈的一部分专注于机器学习,让机器学习的门槛更低.
  • GraphX: 是Spark中用于图和图并行计算.
  1. spark有哪些组件?
  • master:管理集群和节点,不参与计算;
  • worker: 计算节点,进程本身不参与计算,和master汇报。
  • Driver: 运行程序的main方法,创建spark context对象;
  • Spark Context:控制整个application的生命周期,包括dagsheduler和task scheduler等组件.
  • client: 用户提交程序的入口。
  1. spark工作机制
  • 用户在client端提交任务后,会由Driver运行main方法并创建spark context上下文
  • 执行add算子,形成dag图输入dagscheduler
  • 按照add之间的依赖关系划分stage输入task scheduler
  • task scheduler会将stage划分为taskset分发到各个节点的executor中执行
  1. RDD机制
  • 分布式弹性数据集,简单的理解成一种数据结构,是spark框架上的通用货币
  • 所有算子都是基于rdd来执行的
  • rdd执行过程中会形成dag图,然后形成lineage保证容错性等
  • 从物理的角度来看rdd存储的是block和node之间的映射

1.3 TODO

2. 面试问题积累

2.1 内存溢出和内存泄漏

在介绍这个问题之前,先来总结一下java中的内存是如何管理的:

  1. 在Java中,我们需要通过new关键字为每一个对象申请内存空间(基本数据类型除外),所有的对象都是在堆(Heap)中分配空间的。
  2. 在Java中,内存的分配是管理员决定的,但是内存的释放是由GC(Garbage Collection)完成的,这样收支两线的机制确实简化了程序员的工作量。
  3. 垃圾回收机制加重了JVM的工作,这也是Java程序执行速度比较慢的原因之一。GC为了能够正确、及时释放不再被引用的对象,GC必须监控每一个对象的运行状态,包括对象的申请、引用、被引用、赋值等,GC都需要进行监控。
  4. 在Java中,使用有向图的方式进行内存管理,精度高,但是效率较低,可以处理引用循环等问题。例如有三个对象互相引用,只要和根进程是不可到达的,就可以被GC回收。
  5. 另外一种常用的内存管理技术是使用计数器,例如COM模型采用计数器方式管理构件,它与有向图相比,精度低(很难处理循环引用的问题),但执行效率很高。
1.什么是内存泄漏?

如果具有满足以下两个条件的对象:

  • 对象是可达的。即在有向图中,存在通过达到该对象,GC不会回收。
  • 对象是无用的。即程序以后不会再使用这些对象。

那么这些对象是无用的,但是占用着内存空间,并且不会被GC回收这就是所谓的内存泄漏。

说直白点,就是程序在申请内存后,无法释放已经申请的内存空间。你向系统申请分配内存进行使用(new),可是使用完了以后却不归还(delete),结果你申请到的那块内存你自己也不能再访问(也许你把它的地址给弄丢了),而系统也不能再次将它分配给需要的程序,这就是内存泄漏。一次内存泄露危害可以忽略,但内存泄露堆积后果很严重,无论多少内存,迟早会被占光。

内存泄漏一般可以分为以下四种类型:

  1. 常发性内存泄漏:发生内存泄漏的代码会被多次执行到,每次被执行的时候都会导致一块内存泄漏。
  2. 偶发性内存泄漏: 发生内存泄漏的代码只有在某些特定环境或操作过程下才会发生.常发性和偶发性是相对的。对于特定的环境,偶发性的也许就变成了常发性的。所以测试环境和测试方法对检测内存泄漏至关重要。
  3. 一次性内存泄漏: 发生内存泄漏的代码只会被执行一次,或者由于算法上的缺陷,导致总会有一块仅且一块内存发生泄漏。比如,在类的构造函数中分配内存,在析构函数中却没有释放该内存,所以内存泄漏只会发生一次。
  4. 隐式内存泄漏: 程序在运行过程中不停的分配内存,但是直到结束的时候才释放内存。严格的说这里并没有发生内存泄漏,因为最终程序释放了所有申请的内存。但是对于一个服务器程序,需要运行几天,几周甚至几个月,不及时释放内存也可能导致最终耗尽系统的所有内存。所以,我们称这类内存泄漏为隐式内存泄漏。

与C++的比较

在C++中,内存泄漏的范围更大,因为C++不存在垃圾回收机制,因此对于那些不可达的对象,C++是永远都无法回收的。但是Java中不可达的对象是由GC负责的,因此程序员不用考虑这一部分对象,这在一定程度上减轻了开发难度。

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在Java中,对程序员来说,GC基本是透明的,虽然我们可以调用System.gc();通知垃圾回收机制进行回收,但是该函数不保证JVM一定会执行GC。因为不同的JVM实现者可能使用不同的算法管理GC。

通常,GC的线程的优先级别较低。JVM调用GC的策略也有很多种,有的是内存使用到达一定程度时,GC才开始工作,也有定时执行的,有的是平缓执行GC,有的是中断式执行GC。但通常来说,我们不需要关心这些。除非在一些特定的场合,GC的执行影响应用程序的性能,例如对于基于Web的实时系统,如网络游戏等,用户不希望GC突然中断应用程序执行而进行垃圾回收,那么我们需要调整GC的参数,让GC能够通过平缓的方式释放内存。

内存泄漏实例

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Vector v=new Vector(10);
for (int i=1;i<100; i++)
{
    Object o=new Object();
    v.add(o);
    o=null; 
}

在这个例子中,我们循环申请对象o,并将o放入容器中,虽然我们释放了o,但是由于容器还引用这这个对象,所以GC仍然是不会回收的。我们需要通过释放容器才能被GC回收。

大专栏  面试知识点 - 明的博客d="2-什么是内存溢出">2. 什么是内存溢出?

如果内存泄漏非常严重的话,最终会导致内存溢出。下面给出常见的几种内存溢出的分类:

1. OutOfMemoryError: PermGen space

PermGen Space指的是内存的永久保存区,该块内存主要是被JVM用来存放class和mete信息的,当class被加载loader的时候就会被存储到该内存区中,与存放类的实例的heap区不同,java中的垃圾回收器GC不会在主程序运行期对PermGen space进行清理。因此,程序启动时如果需要加载的信息太多,超出这个空间的大小,则会发生溢出。

解决方案:增加空间分配——增加虚拟机中的XX:PermSize和XX:MaxPermSize参数的大小,其中XX:PermSize是初始永久保存区域大小,XX:MaxPermSize是最大永久保存区域大小。

2. OutOfMemoryError:Java heap space

heap是Java内存中的堆区,主要用来存放对象,当对象太多超出了空间大小,GC又来不及释放的时候,就会发生溢出错误。即内存泄漏越来越严重时,可能会发生内存溢出。

解决方案:

  1. 检查程序,减少大量重复创建对象的死循环,减少内存泄露。
  2. 增加虚拟机中Xms(初始堆大小)和Xmx(最大堆大小)参数的大小。

3. StackOverFlowError

stack是Java内存中的栈空间,主要用来存放方法中的变量,参数等临时性的数据的,发生溢出一般是因为分配空间太小,或是执行的方法递归层数太多创建了占用了太多栈帧导致溢出。

解决方案:修改配置参数-Xss参数增加线程栈大小之外,优化程序是尤其重要。

3. 内存溢出的常见原因及解决方案

引起内存溢出的原因有很多种,列出常见的几种如下所示:

  1. 内存中加载的数据量过于庞大,如一次性从数据库中取出了过多的数据。
  2. 集合类中有对对象的引用,使用后未清空,使得JVM不能回收;
  3. 代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象实体;
  4. 使用的第三方软件中的BUG;
  5. 启动参数内存值设定的过小。

那么内存溢出常见的解决方案有哪些呢?

  • 第一步,修改JVM启动参数,直接增加内存。(-Xms, -Xmx参数一定不要忘记添加)
  • 第二步,检查错误日志,查看”OutOfMemory”错误前是否有其他异常或者错误。
  • 第三步,对代码进行走查和分析,找出可能发生内存溢出的位置。其中,重点排查以下几点:
    1. 检查对数据库查询中,是否有一次获得全部数据的查询。一般来说,如果一次取十万条记录到内存,就可能引起内存溢出。这个问题比较隐蔽,在上线前,数据库中数据较少,不容易出问题,上线后,数据库中数据多了,一次查询就有可能引起内存溢出。因此对于数据库查询尽量采用分页的方式查询。
    2. 检查代码中是否有死循环或者递归调用。
    3. 检查是否有大循环重复产生新的对象实体。
    4. 检查List,Map等集合对象是否有使用完毕后,未清除的问题。List、MAP等集合对象会始终存有对对象的引用,使得这些对象不能被GC回收。
  • 第四步,使用内存查看工具动态查看内存使用情况。
4. 总结

内存泄漏是堆中的存在无用但可达的对象,GC无法回收。

内存溢出是空间不足的溢出,主要分为PermGen space不足、堆不足、栈不足。

2.2 高并发的处理方式

1. 概念介绍

高并发(High Concurrency)是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一,它通常是指,通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。

高并发相关常用的一些指标有响应时间(Response Time),吞吐量(Throughput),每秒查询率QPS(Query Per Second),并发用户数等。

响应时间:系统对请求做出响应的时间。例如系统处理一个HTTP请求需要200ms,这个200ms就是系统的响应时间。

吞吐量:单位时间内处理的请求数量。

QPS:每秒响应请求数。在互联网领域,这个指标和吞吐量区分的没有这么明显。

并发用户数:同时承载正常使用系统功能的用户数量。例如一个即时通讯系统,同时在线量一定程度上代表了系统的并发用户数。

2. 如何提高系统的并发能力

互联网分布式架构设计,提高系统并发能力的方式,方法论上主要有两种:垂直扩展和水平扩展。

垂直扩展提升单机处理能力。垂直扩展的方式又有两种:

  1. 增强单机硬件性能,例如:增加CPU核数如32核,升级更好的网卡如万兆,升级更好的硬盘如SSD,扩充硬盘容量如2T,扩充系统内存如128G;
  2. 提升单机架构性能,例如:使用Cache来减少IO次数,使用异步来增加单服务吞吐量,使用无锁数据结构来减少响应时间等。

在互联网业务发展非常迅猛的早期,如果预算不是问题,强烈建议使用“增强单机硬件性能”的方式提升系统并发能力,因为这个阶段,公司的战略往往是发展业务抢时间,而“增强单机硬件性能”往往是最快的方法。不管是提升单机硬件性能,还是提升单机架构性能,都有一个致命的不足:单机性能总是有极限的。所以互联网分布式架构设计高并发终极解决方案还是水平扩展。

水平扩展:只要增加服务器数量,就能线性扩充系统性能。水平扩展对系统架构设计是有要求的,如何在架构各层进行可水平扩展的设计,以及互联网公司架构各层常见的水平扩展实践,是本文重点讨论的内容。

3. 常见的互联网分层

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常见互联网分布式架构如上,分为:

  1. 客户端层:典型调用方是浏览器browser或者手机应用APP
  2. 反向代理层:系统入口,反向代理
  3. 站点应用层:实现核心应用逻辑,返回html或者json
  4. 服务层:如果实现了服务化,就有这一层
  5. 数据-缓存层:缓存加速访问存储
  6. 数据-数据库层:数据库固化数据存储。
4. 分层水平扩展架构实战

反向代理层的水平扩展:

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反向代理层的水平扩展,是通过“DNS轮询”实现的:dns-server对于一个域名配置了多个解析ip,每次DNS解析请求来访问dns-server,会轮询返回这些ip。当nginx成为瓶颈的时候,只要增加服务器数量,新增nginx服务的部署,增加一个外网ip,就能扩展反向代理层的性能,做到理论上的无限高并发。

站点层的水平扩展:

站点层的水平扩展,是通过“nginx”实现的。通过修改nginx.conf,可以设置多个web后端。当web后端成为瓶颈的时候,只要增加服务器数量,新增web服务的部署,在nginx配置中配置上新的web后端,就能扩展站点层的性能,做到理论上的无限高并发。

服务层的水平扩展:

服务层的水平扩展,是通过“服务连接池”实现的。站点层通过RPC-client调用下游的服务层RPC-server时,RPC-client中的连接池会建立与下游服务多个连接,当服务成为瓶颈的时候,只要增加服务器数量,新增服务部署,在RPC-client处建立新的下游服务连接,就能扩展服务层性能,做到理论上的无限高并发。如果需要优雅的进行服务层自动扩容,这里可能需要配置中心里服务自动发现功能的支持。

数据层的水平扩展:

在数据量很大的情况下,数据层(缓存,数据库)涉及数据的水平扩展,将原本存储在一台服务器上的数据(缓存,数据库)水平拆分到不同服务器上去,以达到扩充系统性能的目的。

互联网数据层常见的水平拆分方式有这么几种,以数据库为例:

  1. 按照范围水平拆分:每一个数据服务,存储一定范围的数据,user0库,存储uid范围1-1kw,user1库,存储uid范围1kw-2kw。这个方案的好处与缺点是:
    • 规则简单,service只需判断一下uid范围就能路由到对应的存储服务;
    • 数据均衡性较好;
    • 比较容易扩展,可以随时加一个uid[2kw,3kw]的数据服务;
    • 请求的负载不一定均衡,一般来说,新注册的用户会比老用户更活跃,大range的服务请求压力会更大。
  2. 按照哈希水平拆分:每一个数据库,存储某个key值hash后的部分数据,user0库,存储偶数uid数据,user1库,存储奇数uid数据。这个方案的优缺点是:
    • 规则简单,service只需对uid进行hash能路由到对应的存储服务;
    • 数据均衡性较好;
    • 请求均匀性较好;
    • 不容易扩展,扩展一个数据服务,hash方法改变时候,可能需要进行数据迁移。

这里需要注意的是,通过水平拆分来扩充系统性能,与主从同步读写分离来扩充数据库性能的方式有本质的不同。通过水平拆分扩展数据库性能:

  • 每个服务器上存储的数据量是总量的1/n,所以单机的性能也会有提升;
  • n个服务器上的数据没有交集,那个服务器上数据的并集是数据的全集;
  • 数据水平拆分到了n个服务器上,理论上读性能扩充了n倍,写性能也扩充了n倍(其实远不止n倍,因为单机的数据量变为了原来的1/n);

通过主从同步读写分离扩展数据库性能:

  • 每个服务器上存储的数据量是和总量相同;
  • n个服务器上的数据都一样,都是全集;
  • 理论上读性能扩充了n倍,写仍然是单点,写性能不变。

缓存层的水平拆分和数据库层的水平拆分类似,也是以范围拆分和哈希拆分的方式居多,就不再展开。

5. 总结

高并发(High Concurrency)是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一,它通常是指,通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。

提高系统并发能力的方式,方法论上主要有两种:垂直扩展(Scale Up)与水平扩展(Scale Out)。前者垂直扩展可以通过提升单机硬件性能,或者提升单机架构性能,来提高并发性,但单机性能总是有极限的,互联网分布式架构设计高并发终极解决方案还是后者:水平扩展。

互联网分层架构中,各层次水平扩展的实践又有所不同:

  1. 反向代理层可以通过“DNS轮询”的方式来进行水平扩展;
  2. 站点层可以通过nginx来进行水平扩展;
  3. 服务层可以通过服务连接池来进行水平扩展;
  4. 数据库可以按照数据范围,或者数据哈希的方式来进行水平扩展。

参考文章

什么是高并发 ,一些常见的处理方式

Java 高并发,什么方式解决?高并发和大流量解决方案

2.3 多路复用IO的底层实现原理

select、poll、epoll之间的区别(搜狗面试)



面试知识点 - 明的博客

原文:https://www.cnblogs.com/lijianming180/p/12375817.html

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