疯狂Hadoop之HDFS应用开发（四）

落日映苍穹つ 2023-10-07 14:11 36阅读 0赞

### HDFS基本原理 ###

#### Namenode概述 ####

namenode是HDFS核心

namenode也称为master

namenode仅存储HDFS的元数据，文件系统中所有文件的目录树，并跟踪整个集群中的文件

namenode不存储实际数据或数据集。数据本身实际存储在datanode中

namenode知道HDFS中任何给定文件的块列表及其位置，使用此信息namenode知道如何从块中构建文件

namenode并不持久化存储每个文件中各个块所在的Datanode的位置信息，这些信息会在系统启动时从数据节点重建

namenode对于HDFS至关重要，当namenode关闭时，HDFS/Hadoop集群无法访问

namenode是hadoop集群中的单点故障

namenode所在机器通常会配置有大量内存

#### DataNode概述 ####

datanode负责将实际数据存储在HDFS中

datanode也称为slave

namenode和datanode会保持不断通信

datanode启动时，它将自己发布到namenode并汇报自己负责持有的块列表

当某个datanode关闭时，它不会影响数据或集群的可用性。namenode将安排由其他datanode管理的块进行副本复制

datanode所在机器通常配置有大量的硬盘空间，因为实际数据存储在datanode中

datanode会定期向namenode发送心跳，如果namenode长时间没有接收到datanode发送的心跳，namenode就会认为该datanode失效

block汇报时间间隔取参数dfs.blockreport.intervalMsec，参数未配置的话默认为6小时

#### HDFS的工作机制 ####

Namenode负责管理整个文件系统元数据，Datanode负责管理具体文件数据块存储，Secondary Namenode协助Namenode进行元数据的备份

HDFS的内部工作机制对客户端保持透明，客户端请求访问HDFS都是通过向Namenode申请来进行

![format_png][]

#### HDFS写数据流程 ####

详细步骤解析

1.  client发起文件上传请求，通过RPC与NameNode建立通讯，NameNode检查 目标文件是否已经存在，父目录是否存在，返回是否可以上传
2.  client请求第一个block该传输到哪些DataNode服务器上
3.  NameNode根据配置文件中指定的备份数量及机架感知原理进行文件分配，返 回可用的DataNode的地址，如node01,node02,node03,node04

注意：Hadoop在设计时考虑到数据的安全与高效，数据文件默认在HDFS上存放三份，存储策略为本地一份，同机架内其它某一节点上一份，不同机架的某一节点一份

1.  client请求3台DataNode中的一台node01上传数据（本质上是一个RPC调用， 建立pipeline）,node01收到请求会继续调用node02,然后node02调用node03，, 然后node03调用node04,将整个pipeline建立完成后逐级返回client
2.  client开始往node01上传递第一个block(先从磁盘读取数据放到一个本地内存 缓存)，以packet为单位（默认64K），node01收到一个packet就会传送给 node02,node02传给node03,node03传给node04,node01每传一个packet会 放入一个应答队列等待应答
3.  数据被分割成一个个packet数据包在pipeline上一次传输，在pipeline反方向 上，逐个发送ack（命令正确应答），最终由pipeline中第一个DataNode节 点node01将pipeline ack发送给client
4.  当一个block传输完成之后，client再次请求NameNode上传第二个block到服 务器

#### HDFS读数据流程 ####

详细步骤分析

1.  client向NameNode发起RPC请求，来确定请求文件block所在位置。
2.  NameNode会视情况返回文件的部分或者全部block列表，对于每个block， NameNode都会返回含有该block副本的DataNode地址
3.  这些返回的DN地址，会按照集群拓扑结构得出DataNode与客户端的距离，然 后进行排序。

排序两个规则：网络拓扑结构中距离client近的排靠前

心跳机制中超时汇报的DN状态为stale,这样的排靠后

1.  client选取排序靠前的DataNode来读取block,如果客户端本身就是DataNode， 那么将从本地直接获取数据
2.  底层上本质是建立Socket Stream（FSDataInputStream）,重复的调用父类 DataInputStream的read方法，直到这个块上的数据读取完毕。
3.  当读完列表的block后，若文件读取还没有结束，客户端会继续向NameNode 获取下一批的block列表
4.  读取完一个block都会进行checksum验证，如果读取DataNode时出现错误， 客户端会通过NameNode，然后再从下一个拥有该block副本的DataNode继 续读
5.  read方法是并行的读取block信息，不是一块一块的读取。NameNode只是返 回client请求包含块的DataNode地址，并不是返回请求块的数据。
6.  最终读取来所有的block会合并成一个完整的最终文件

### HDFS的应用开发 ###

#### HDFS的Java API操作 ####

#### Windows下配置Hadoop环境变量 ####

将软件中的hadoop-lib、hadoop-2.6.5、hadoop-2.6.5-src文件夹复制到C盘usr文件夹下。如

![format_png 1][]

打开usr文件夹下hadoop-2.6.5文件夹，找到bin目录，将软件包中bin文件夹下的文件复制到hadoop-2.6.5文件夹下并覆盖

软件包下bin目录文件

![format_png 2][]

hadoop-2.6.5下bin目录文件

![format_png 3][]

合并后的bin目录

![format_png 4][]

将bin合并后bin目录下的hadoop.dll文件拷贝到电脑System32文件夹下，然后重新启动电脑

![format_png 5][]

配置环境变量

![format_png 6][]

配置一个hadoop用户变量，用于指定hadoop用户名称

![format_png 7][]

#### 安装JDK ####

**注意：JDK安装路径中不要出现空格，如果出现空格，后期配置Hadoop需要修改Hadoop中hadoop-env.cmd文件中的引用路径**

如：JDK安装路径在C:\\Program Files\\Java\\jdk1.8.0\_161,因为Program Files两个单词中间存在空格，所以需要修改hadoop-env.cmd中引用路径

![format_png 8][]

找到以上文件，打开hadoop-env.cmd,修改文件中JDK引用路径

set JAVA\_HOME=C:\\PROGRA~1\\Java\\jdk1.8.0\_161

![format_png 9][]

配置完成打开windows中的命令提示符，输入hadoop version,出现如下界面表示hadoop环境配置成功

![format_png 10][]

打开配置好的eclipse找到如下界面功能

![format_png 11][]

在eclipse中配置hadoop环境

选择windows----preferences

![format_png 12][]

在eclipse中新建一个hadoop location

![format_png 13][]

选中Location右键-----New hadoop location

![format_png 14][]

当连接成功之后，会在项目中展示HDFS中已有的文件信息

![format_png 15][]

![format_png 16][]

通过eclipse创建一个目录

选中主文件夹右键-----create new driectory----输入目录名称gw

刷新之后，会多出一个gw目录

![format_png 17][]

刷新页面，也会显示gw目录

![format_png 18][]

将hadoop-lib中jar包引入到eclipse中

点击windows---preferences

![format_png 19][]

选中hadoop-lib，点击Add External JARs,找到jar包所在的位置，全选----打开

点击OK,完成jar包的引入

在项目中导入jar包

选中项目右键----build path-----Configure build path

![format_png 20][]

点击next,勾选上hadoop-lib-----OK----finish,此时，jar包添加完成

![format_png 21][]

接下来需要指明hadoop的service在什么地方？Namenode在什么地方？

通过配置文件方式获取

在项目中新建一个文件夹confg,在confg在新建一个hadoop文件夹，然后将hadoop中core-site.xml文件与hdfs-site.xml文件传输到windows界面，然后将两个文件拷贝到项目的hadoop文件中

![format_png 22][]

两个文件需要编译，所以需要指明配置文件的位置

选中hadoop文件夹右键------build path -------Use as Source Floder

![format_png 23][]

#### 编写JAVA程序 ####

在java中操作HDFS，主要涉及一下Class

Configuration:该类的对象封装了客户端或者服务器配置

FileSystem:该对象是一个文件系统对象，可以用该对象的一些方法来对文件系统进 行操作，通过FileSystem的静态方法get获取该对象

FileSystem fs = FileSystem.get(conf);

get方法从conf中的一个参数fs.defaultFS的配置值判断具体是什么类型的文件系统。如果代码中没有指定fs.defaultFS，并且工程classpath下也没有给定相应的配置，conf中的默认值就来自于hadoop的jar包中的core-default.xml，默认值为file:///,则获取的将不是一个DistributedFileSystem的实例，而是一个本地文件系统的客户端对象。

**案例1：通过java代码在HDFS中创建一个文件夹**

测试HDFS程序，在src下新建一个TestHDFS.java文件，在该文件中编写代码

![format_png 24][]

在文件中编写如下代码

public class TestHDFS {
    	/**
    	 * 创建连接，使用hadoop提供的一个类Configuration
    	 * 该类在org.apache.hadoop.conf包下
    	 */
    	Configuration conf;
    	/**
    	 * 利用hadoop提供的FileSystem获取客户端配置文件信息
    	 * 该类在org.apache.hadoop.fs包下
    	 */
    	FileSystem fs;
     
    	@Before
     public void conn() throws IOException{
    		conf = new Configuration(true);
    		//获取客户端配置文件信息
    		fs = FileSystem.get(conf);
    	}
    	/**
    	 * 关闭连接的方法
    	 * @throws IOException
    	 */
    	@After
     public void close() throws IOException{
    		fs.close();
    	}
     
    	@Test
     public void mkdir() throws IOException{
    		//指定创建的目录
    		Path path = new Path("/first");
    		//判断目录是否存在
     if(fs.exists(path)){
    			//如果目录存在，就递归删除目录
    			fs.delete(path, true);
    		}else{
    			fs.mkdirs(path);
    		}
    	}
    }

测试运行结果：在HDFS中会多出一个文件夹，名称为First

![format_png 25][]

删除文件夹

@Test
     public void download() throws IllegalArgumentException, IOException{
    		//如果文件夹为非空，那么参数2必须是true
    		fs.delete(new Path("/hello"), true);
    	}

重命名文件或文件夹

@Test
     public void download() throws IllegalArgumentException, IOException{
    		fs.rename(new Path("/first"),new Path("/second"));
    	}

**案例2：通过java代码向HDFS中上传文件**

在测试类中编写一个通过Stream流形式上传文件的方法

public class TestHDFS {
    	/**
    	 * 创建连接，使用hadoop提供的一个类Configuration
    	 * 该类在org.apache.hadoop.conf包下
    	 */
    	Configuration conf;
    	/**
    	 * 利用hadoop提供的FileSystem获取客户端配置文件信息
    	 * 该类在org.apache.hadoop.fs包下
    	 */
    	FileSystem fs;
     
    	@Before
     public void conn() throws IOException{
    		conf = new Configuration(true);
    		//获取客户端配置文件信息
    		fs = FileSystem.get(conf);
    	}
    	/**
    	 * 关闭连接的方法
    	 * @throws IOException
    	 */
    	@After
     public void close() throws IOException{
    		fs.close();
    	}
     
    	/**
    	 * 向HDFS目录上传文件的方法
    	 * @throws IOException 
    	 */
    	@Test
     public void upload() throws IOException{
    		//设置上传路径以及上传文件名称
    		Path file = new Path("/first/hello.txt");
    		//定义文件上传的路径
    		FSDataOutputStream output = fs.create(file);
    		//指明需要上传的文件路径
    		InputStream input = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("C:\\hdfs-site.xml")));
    		//开始文件上传
    		IOUtils.copyBytes(input, output, conf,true);
    	}
    }

测试结果：

![format_png 26][]

方式二：

package hdfsFirst;
    import java.io.BufferedInputStream;
    import java.io.File;
    import java.io.FileInputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.InputStream;
    
    import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
    import org.apache.hadoop.fs.BlockLocation;
    import org.apache.hadoop.fs.FSDataInputStream;
    import org.apache.hadoop.fs.FSDataOutputStream;
    import org.apache.hadoop.fs.FileStatus;
    import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
    import org.apache.hadoop.fs.Path;
    import org.apache.hadoop.io.IOUtils;
    import org.junit.After;
    import org.junit.Before;
    import org.junit.Test;
    
    public class TestHDFS {
    	/**
    	 * 创建连接，使用hadoop提供的一个类Configuration
    	 * 该类在org.apache.hadoop.conf包下
    	 */
    	Configuration conf;
    	/**
    	 * 利用hadoop提供的FileSystem获取客户端配置文件信息
    	 * 该类在org.apache.hadoop.fs包下
    	 */
    	FileSystem fs;
     
    	@Before
    	public void conn() throws IOException{
    		conf = new Configuration(true);
    		//获取客户端配置文件信息
    		fs = FileSystem.get(conf);
    	}
    	/**
    	 * 关闭连接的方法
    	 * @throws IOException
    	 */
    	@After
    	public void close() throws IOException{
    		fs.close();
    	}
    	/**
    	 * 下载HDFS中的文件
    	 * @throws IllegalArgumentException
    	 * @throws IOException
    	 */
    	@Test
    	public void download() throws IllegalArgumentException, IOException{
    		//从HDFS中下载文件
    		fs.copyFromLocalFile(new Path("e:/install.log.syslog"), new Path("/first"));
    	}
    }

**案例3：从HDFS中下载文件**

package hdfsFirst;
    import java.io.BufferedInputStream;
    import java.io.File;
    import java.io.FileInputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.InputStream;
    
    import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
    import org.apache.hadoop.fs.BlockLocation;
    import org.apache.hadoop.fs.FSDataInputStream;
    import org.apache.hadoop.fs.FSDataOutputStream;
    import org.apache.hadoop.fs.FileStatus;
    import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
    import org.apache.hadoop.fs.Path;
    import org.apache.hadoop.io.IOUtils;
    import org.junit.After;
    import org.junit.Before;
    import org.junit.Test;
    
    public class TestHDFS {
    	/**
    	 * 创建连接，使用hadoop提供的一个类Configuration
    	 * 该类在org.apache.hadoop.conf包下
    	 */
    	Configuration conf;
    	/**
    	 * 利用hadoop提供的FileSystem获取客户端配置文件信息
    	 * 该类在org.apache.hadoop.fs包下
    	 */
    	FileSystem fs;
     
    	@Before
    	public void conn() throws IOException{
    		conf = new Configuration(true);
    		//获取客户端配置文件信息
    		fs = FileSystem.get(conf);
    	}
    	/**
    	 * 关闭连接的方法
    	 * @throws IOException
    	 */
    	@After
    	public void close() throws IOException{
    		fs.close();
    	}
    	/**
    	 * 下载HDFS中的文件
    	 * @throws IllegalArgumentException
    	 * @throws IOException
    	 */
    	@Test
    	public void download() throws IllegalArgumentException, IOException{
    		//从HDFS中下载文件
    		fs.copyToLocalFile(new Path("/install.log.syslog"), new Path("e://"));
    	}
    }

**案例4：获取HDFS中文件存储块信息**

package hdfsFirst;
    import java.io.BufferedInputStream;
    import java.io.File;
    import java.io.FileInputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.InputStream;
    
    import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
    import org.apache.hadoop.fs.BlockLocation;
    import org.apache.hadoop.fs.FSDataOutputStream;
    import org.apache.hadoop.fs.FileStatus;
    import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
    import org.apache.hadoop.fs.Path;
    import org.apache.hadoop.io.IOUtils;
    import org.junit.After;
    import org.junit.Before;
    import org.junit.Test;
    
    public class TestHDFS {
    	/**
    	 * 创建连接，使用hadoop提供的一个类Configuration
    	 * 该类在org.apache.hadoop.conf包下
    	 */
    	Configuration conf;
    	/**
    	 * 利用hadoop提供的FileSystem获取客户端配置文件信息
    	 * 该类在org.apache.hadoop.fs包下
    	 */
    	FileSystem fs;
     
    	@Before
     public void conn() throws IOException{
    		conf = new Configuration(true);
    		//获取客户端配置文件信息
    		fs = FileSystem.get(conf);
    	}
    	/**
    	 * 关闭连接的方法
    	 * @throws IOException
    	 */
    	@After
     public void close() throws IOException{
    		fs.close();
    	}
    	/**
    	 * 读取HDFS中文件存储的块信息
    	 * @throws IOException
    	 */
    	@Test
     public void blks() throws IOException{
    		//指明需要获取信息的文件路径以及名称
    		Path f = new Path("/install.log.syslog");
    		FileStatus file = fs.getFileStatus(f);
    		//读取文件存储的块信息
    		BlockLocation[] blks = fs.getFileBlockLocations(file, 0, file.getLen());
     for (BlockLocation b : blks) {
    			System.out.println(b);
    		}
    	}
    }

代码效果：

![format_png 27][]

**案例5：查看HDFS中的目录信息**

@Test
     public void download() throws IllegalArgumentException, IOException{
    		//遍历second目录中文件信息
    		RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles = fs.listFiles(new Path("/second"), true);
    		//遍历集合
     while(listFiles.hasNext()){
    			LocatedFileStatus fileStatus = listFiles.next();
    			//获取文件名称
    			System.out.println(fileStatus.getPath().getName());
    			//获取文件块大小
    			System.out.println(fileStatus.getBlockSize());
    			//获取文件的权限信息
    			System.out.println(fileStatus.getPermission());
    			//获取文件的长度
    			System.out.println(fileStatus.getLen());
    			BlockLocation[] blockLocation = fileStatus.getBlockLocations();
     for (BlockLocation bl : blockLocation) {
    				//获取分块数据大小信息以及块的下标信息
    				System.out.println("block-length:"+bl.getLength()+"-- block-offset:"+bl.getOffset());
    				//获取数据备份信息
    				String[] hosts = bl.getHosts();
     for (String host : hosts) {
    					System.out.println(host);
    				}
    			}
    		}
    	}

添加判断，判断遍历的数据是文件夹还是文件，如果是文件夹在名称前加d--,如果是文件在名称前加f--

public void download() throws IllegalArgumentException, IOException{
    		FileStatus[] listStatus = fs.listStatus(new Path("/"));
    		String flag = "";
     for (FileStatus fstatus : listStatus) {
     if(fstatus.isFile()){
    				flag = "f--";
    			}else{
    				flag = "d--";
    			}
    			System.out.println(flag+fstatus.getPath().getName());
    			System.out.println(fstatus.getPermission());
    		}
    	}

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[format_png 4]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9waWM0LnpoaW1nLmNvbS84MC92Mi0xNGVhYmRkOGMwYjRhYjcxZGM2MzY3ZmZjMmJjMGM5NV83MjB3LmpwZw?x-oss-process=image/format,png
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[format_png 15]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9waWMyLnpoaW1nLmNvbS84MC92Mi1mYzhhNTNiZWQwMDc1NWI0ODgxOTVmNjQzZTUxZmJlMF83MjB3LmpwZw?x-oss-process=image/format,png
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