【Hadoop_04】HDFS的API操作与读写流程

1、HDFS的API操作

1.1 客户端环境准备

• 首先要配置环境变量

• 其次在IDEA中创建一个Maven工程HdfsClientDemo，并导入相应的依赖坐标+日志添加

    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.hamcrest</groupId>
            <artifactId>hamcrest-core</artifactId>
            <version>1.3</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
            <artifactId>hadoop-client</artifactId>
            <version>3.1.3</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>4.12</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
            <version>1.7.30</version>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

1.2 API创建文件夹

package com.wenxin.hdfs;
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.junit.After;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.net.URISyntaxException;

/**
 * @author Susie-Wen
 * @version 1.0
 * @description:客户端代码常用套路
 * 1、获取一个客户端对象
 * 2、执行相关的操作命令
 * 3、关闭资源
 * HDFS zookeeper
 * @date 2023/12/11 12:27
 */
public class HdfsClient {
    private FileSystem fs;

    @Before
    public void init() throws URISyntaxException, IOException, InterruptedException {
        // 连接的集群地址
        URI uri = new URI("hdfs://hadoop102:8020");
        // 用户
        String user = "root";
        // 创建一个配置文件
        Configuration configuration = new Configuration();
        // 1、获取到了客户端对象
        fs = FileSystem.get(uri, configuration, user);
    }

    @After
    public void close() throws IOException {
        // 3、关闭资源
        fs.close();
    }

    @Test
    public void testMkdir() throws IOException {
        // 2、创建一个文件夹
        fs.mkdirs(new Path("/xiyou/huaguoshan"));
    }
}

上面这段代码把连接和关闭资源都进行了封装，更加方便。

• @Before 注解标识的方法 init() 是一个在测试方法执行之前会被调用的初始化方法。
• @After 注解标识的方法 close() 是一个在测试方法执行之后会被调用的清理方法。

如下所示，确实创建了文件夹

1.3 API上传

接下来进行API上传操作：使用客户端远程访问HDFS，之后上传文件。

    // 上传：客户端远程访问HDFS,之后上传文件
    @Test
    public void testPut() throws IOException {
        fs.copyFromLocalFile(false,false,
                new Path("E:\\VMWare\\Centos\\sunwukong.txt"),
                new Path("hdfs://hadoop102/xiyou/huaguoshan"));
    }

1.4 API参数的优先级

HDFS文件上传（测试参数优先级）

1）编写源代码

@Test
public void testCopyFromLocalFile() throws IOException, InterruptedException, URISyntaxException {

    // 1 获取文件系统
    Configuration configuration = new Configuration();
    configuration.set("dfs.replication", "2");
    FileSystem fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://hadoop102:8020"), configuration, "atguigu");

    // 2 上传文件
    fs.copyFromLocalFile(new Path("d:/sunwukong.txt"), new Path("/xiyou/huaguoshan"));

    // 3 关闭资源
    fs.close();
｝

2）将hdfs-site.xml拷贝到项目的resources资源目录下

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<?xml-stylesheet type="text/xsl" href="configuration.xsl"?>

<configuration>
	<property>
		<name>dfs.replication</name>
         <value>1</value>
	</property>
</configuration>

参数优先级排序：（1）客户端代码中设置的值 >（2）ClassPath下的用户自定义配置文件 >（3）然后是服务器的自定义配置（xxx-site.xml） >（4）服务器的默认配置（xxx-default.xml）

1.5 API文件夹下载

下载相当于从HDFS将文件下载到windows本地：

//下载：将文件从HDFS下载到windows当中
    public void testGet() throws IOException {
        fs.copyToLocalFile(false,new Path("hdfs://hadoop102/xiyou/huaguoshan"),
        new Path("E:\\VMWare\\"),false);
    }

• 如果参数四设置为true的话，就不会进行crc校验
  

1.6 API文件删除

    //删除
    @Test
    public void testRm() throws IOException {
        fs.delete(new Path("/xiyou/huaguoshan/sunwukong.txt"),false);
    }

• 除了删除文件之外，我们还可以删除空目录以及非空目录
• 多个文件如果是非递归删除的话，会报错

    //删除
    @Test
    public void testRm() throws IOException {
        //1.删除文件
        fs.delete(new Path("/xiyou/huaguoshan/sunwukong.txt"),false);
        //2.删除空目录
        fs.delete(new Path("/xiyou"),false);
        //3.删除非空目录
        fs.delete(new Path("/xiyou/huaguoshan/"),false);
    }

1.7 API文件更名和移动

• 包括文件名称的修改，文件的移动和更名以及目录的更名

    //文件的更名和移动
    @Test
    public void testMove() throws IOException {
        //1.文件名称的修改
        fs.rename(new Path("/input/word.txt"),new Path("/input/ss.txt"));
        //2.文件的移动和更名:从input目录移动到根目录下并修改姓名
        fs.rename(new Path("/input/ss.txt"),new Path("/wenxin.txt"));
        //3.目录的更名
        fs.rename(new Path("/input"),new Path("/output"));
    }

1.8 API文件详情和查看

查看文件名称、权限、长度、块信息

    //获取文件详情信息
    @Test
    public void fileDetail() throws IOException {
        //1.获取所有文件信息
        RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles=fs.listFiles(new Path("/"), true);
        //2.遍历文件
        while(listFiles.hasNext()){
            LocatedFileStatus fileStatus=listFiles.next();
            System.out.println("====="+fileStatus.getPath()+"=====");
            System.out.println(fileStatus.getPermission());
            System.out.println(fileStatus.getOwner());
            System.out.println(fileStatus.getPath());
            System.out.println(fileStatus.getModificationTime());
            System.out.println(fileStatus.getReplication());
            System.out.println(fileStatus.getBlockLocations());
            System.out.println(fileStatus.getPath().getName());
        }
    }

    //获取文件详情信息
    @Test
    public void fileDetail() throws IOException {
        //1.获取所有文件信息
        RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles=fs.listFiles(new Path("/"), true);
        //2.遍历文件
        while(listFiles.hasNext()){
            LocatedFileStatus fileStatus=listFiles.next();
            System.out.println("====="+fileStatus.getPath()+"=====");
            System.out.println(fileStatus.getPermission());
            System.out.println(fileStatus.getOwner());
            System.out.println(fileStatus.getPath());
            System.out.println(fileStatus.getModificationTime());
            System.out.println(fileStatus.getReplication());
            System.out.println(fileStatus.getBlockLocations());
            System.out.println(fileStatus.getPath().getName());
            //获取块信息
            BlockLocation[] blockLocations = fileStatus.getBlockLocations();
            System.out.println(Arrays.toString(blockLocations));

        }
    }

1.9 API文件和文件夹判断

判断根目录那个是文件，那个是文件夹

    //判断文件与文件夹
    @Test
    public void testFile() throws IOException{
        FileStatus[] listStatus = fs.listStatus(new Path("/"));
        for(FileStatus status:listStatus){
            if(status.isFile()){
                System.out.println("文件："+status.getPath().getName());
            }else{
                System.out.println("目录："+status.getPath().getName());
            }
        }
    }

2、HDFS的读写流程（面试重点）

2.1 HDFS写数据流程

（1）客户端通过Distributed FileSystem模块向NameNode请求上传文件，NameNode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在。

（2）NameNode返回是否可以上传。

（3）客户端请求第一个 Block上传到哪几个DataNode服务器上。

（4）NameNode返回3个DataNode节点，分别为dn1、dn2、dn3。

（5）客户端通过FSDataOutputStream模块请求dn1上传数据，dn1收到请求会继续调用dn2，然后dn2调用dn3，将这个通信管道建立完成。

（6）dn1、dn2、dn3逐级应答客户端。

（7）客户端开始往dn1上传第一个Block（先从磁盘读取数据放到一个本地内存缓存），以Packet为单位，dn1收到一个Packet就会传给dn2，dn2传给dn3；dn1每传一个packet会放入一个应答队列等待应答。

（8）当一个Block传输完成之后，客户端再次请求NameNode上传第二个Block的服务器。（重复执行3-7步）。

2.2 网络拓扑-节点距离计算

在HDFS写数据的过程中，NameNode会选择距离待上传数据最近距离的DataNode接收数据。那么这个最近距离怎么计算呢？

节点距离：两个节点到达最近的共同祖先的距离总和。

例如，假设有数据中心d1机架r1中的节点n1。该节点可以表示为/d1/r1/n1。利用这种标记，这里给出四种距离描述。

算一算每两个节点之间的距离：

2.3 机架感知（副本存储节点选择）

官方说明：

对于常见情况，当副本为3时，HDFS的放置策略是，如果编写器在datanode上，则将一个副本放在本地计算机上，否则放在随机datanode上，另一个副本放在不同(远程)机架中的节点上，最后一个放在同一远程机架中的不同节点上。此策略减少了机架间的写入流量，从而总体上提高了写入性能。机架故障的几率远小于节点故障的几率；该策略不影响数据可靠性和可用性保证。但是，它确实减少了读取数据时使用的聚合网络带宽，因为一个数据块只放在两个不同的机架中，而不是三个。使用此策略，文件的副本不会均匀分布在机架上。三分之一的副本位于一个节点上，三分之二的副本位于一个机架上，另外三分之一的副本均匀分布在其余机架上。该策略提高了写入性能，而不影响数据可靠性或读取性能。

• 第一个副本考虑的是节点距离最近，上传速度最快。
• 第二个节点保证数据的可靠性。
• 第三个节点在保证数据可靠性的前提下兼顾效率。

查看源码：

Crtl + n 查找BlockPlacementPolicyDefault，在该类中查找chooseTargetInOrder方法。

2.4 读数据流程

（1）客户端通过DistributedFileSystem向NameNode请求下载文件，NameNode通过查询元数据，找到文件块所在的DataNode地址。【DistributedFileSystem是分布式文件系统对象】

（2）挑选一台DataNode（就近原则，然后随机）服务器，请求读取数据。【除了考虑节点最近之外，还会考虑当前节点的负载能力】

（3）DataNode开始传输数据给客户端（从磁盘里面读取数据输入流，以Packet为单位来做校验）。

（4）客户端以Packet为单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件。

• 这里读取数据采用的是串行读取，而不是并行读取。