​Spark Core基础面试题总结（上）

Spark Core基础面试题总结（上）

1. Spark的几种部署模式及其特点

SparkSubmit#prepareSubmitEnvironment

// Set the cluster manager
val clusterManager: Int = args.master match {
  case "yarn" => YARN
  case m if m.startsWith("spark") => STANDALONE
  case m if m.startsWith("mesos") => MESOS
  case m if m.startsWith("k8s") => KUBERNETES
  case m if m.startsWith("local") => LOCAL
  case _ =>
    error("Master must either be yarn or start with spark, mesos, k8s, or local")
    -1
}

1. 本地模式

Spark不一定非要跑在Hadoop集群（主要是YARN），可以在本地，起多个线程的方式来指定。将Spark应用以多线程的方式直接运行在本地，一般都是为了方便调试，本地模式分为三类：

• local 只启动一个Executor
• local[k] 启动k个Executor
• local[*] 启动和CPU数目相同的Executor

1. 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。

1. Spark on YARN

分布式部署集群，资源和任务监控交给YARN管理，Spark客户端直接连接YARN，不需要额外构建Spark集群。有yarn-client和yarn-cluster两种模式，主要区别在于：Driver程序的运行节点。

• cluster适合生产，Driver运行在集群子节点，具有容错能力
• client适合调试，Driver运行在客户端节点

1. Spark on K8s

最新文档：
http://spark.apache.org/docs/latest/running-on-kubernetes.html

• Standalone 模式

Spark 运行在 Kubernetes 集群上的第一种可行方式是将 Spark 以 Standalone 模式运行，但是很快社区就提出使用 Kubernetes 原生 Scheduler 的运行模式，也就是 Native 的模式。

• Kubernetes Native 模式

Native 模式简而言之就是将 Driver 和 Executor Pod 化，用户将之前向 YARN 提交 Spark 作业的方式提交给 Kubernetes 的 apiserver，提交命令如下：

$ bin/spark-submit \
    --master k8s://https://<k8s-apiserver-host>:<k8s-apiserver-port> \
    --deploy-mode cluster \
    --name spark-pi \
    --class org.apache.spark.examples.SparkPi \
    --conf spark.executor.instances=5 \
    --conf spark.kubernetes.container.image=<spark-image> \
    local:///path/to/examples.jar

其中 master 就是 kubernetes 的 apiserver 地址。提交之后整个作业的运行方式如下，先将 Driver 通过 Pod 启动起来，然后 Driver 会启动 Executor 的 Pod。

• Spark Operator

Google 云平台，也就是 GCP 在 github 上面开源了 Spark 的 Operator，repo 地址：
https://github.com/GoogleCloudPlatform/spark-on-k8s-operator
这里有详细的使用文档：
https://github.com/GoogleCloudPlatform/spark-on-k8s-operator/blob/master/docs/quick-start-guide.md

1. 还有Mesos（略）

2. Driver端程序的功能是什么？

一个Spark作业运行时包括一个Driver进程，也是作业的主进程，具有main函数，并且有SparkContext的实例，是程序的入口点。
功能：负责向集群申请资源，向Master注册信息，负责作业的调度，负责作业的解析、生成Stage并调度Task到Executor上。包括DAGScheduler和TaskScheduler。

3. Hadoop MapReduce和Spark都是并行计算，那么他们有什么相同点和区别？

两者都是用MR模型进行并行计算，Hadoop的一个作业称为Job（在YARN上也是Application），Job里面分为MapTask和ReduceTask，每个Task都是在自己的进程中进行的，当Task结束时，进程也会结束。
Spark用户提交的任务被称为Application，一个Application对应一个SparkContext，App中存在多个Job，没触发一次Action操作就会产生一个Job。这些Job可以并行或串行执行，每个Job中有多个Stage，Stage是Shuffle过程中DAGScheduler通过RDD之间的依赖关系划分Job而来的，每个Stage里面有多个Task，组成TaskSet由TaskScheduler分发到各个Executor中执行，Executor的生命周期是和App一样的，即使没有Job运行也是存在的，所以Task可以快速启动读取内存进行计算，Spark的迭代计算都是在内存中进行的，API中提供了大量的RDD操作如join，group by等，而且通过DAG图可以实现良好的容错。
Hadoop的job只有map和reduce操作，表达能力比较欠缺而且在MR过程中会重复的读写HDFS，造成大量IO操作，多个Job需要自己管理依赖关系。

4. Spark中的RDD

RDD：Resilient Distributed DataSet，弹性分布式数据集，是Spark中最基本的数据抽象，它代表一个不可变、可分区、里面的元素可并行计算的集合。

/**
 * A Resilient Distributed Dataset (RDD), the basic abstraction in Spark. Represents an immutable,
 * partitioned collection of elements that can be operated on in parallel. This class contains the
 * basic operations available on all RDDs, such as `map`, `filter`, and `persist`. In addition,
 * [[org.apache.spark.rdd.PairRDDFunctions]] contains operations available only on RDDs of key-value
 * pairs, such as `groupByKey` and `join`;
 * [[org.apache.spark.rdd.DoubleRDDFunctions]] contains operations available only on RDDs of
 * Doubles; and
 * [[org.apache.spark.rdd.SequenceFileRDDFunctions]] contains operations available on RDDs that
 * can be saved as SequenceFiles.
 * All operations are automatically available on any RDD of the right type (e.g. RDD[(Int, Int)])
 * through implicit.
 *
 * Internally, each RDD is characterized by five main properties:
 *
 *  - A list of partitions
 *  - A function for computing each split
 *  - A list of dependencies on other RDDs
 *  - Optionally, a Partitioner for key-value RDDs (e.g. to say that the RDD is hash-partitioned)
 *  - Optionally, a list of preferred locations to compute each split on (e.g. block locations for
 *    an HDFS file)
 *
 * All of the scheduling and execution in Spark is done based on these methods, allowing each RDD
 * to implement its own way of computing itself. Indeed, users can implement custom RDDs (e.g. for
 * reading data from a new storage system) by overriding these functions. Please refer to the
 * <a href="http://people.csail.mit.edu/matei/papers/2012/nsdi_spark.pdf">Spark paper</a>
 * for more details on RDD internals.
 */
abstract class RDD[T: ClassTag](
    @transient private var _sc: SparkContext,
    @transient private var deps: Seq[Dependency[_]]
  ) extends Serializable with Logging {...}

RDD五大特性：

• A list of partitions 一个分区列表，RDD中的数据都存在一个分区列表里面
• A function for computing each split 作用在每一个分区中的函数
• A list of dependencies on other RDDs 一个RDD依赖于其他多个RDD（RDD容错机制）
• Optionally, a Partitioner for key-value RDDs KV类型的RDD
• Optionally, a list of preferred locations to compute each split on 数据本地性，最近的数据位置

5. 宽依赖和窄依赖，groupByKey、reduceByKey、map、filter、union五种算子的宽窄依赖

1. 窄依赖
   父RDD的每一个分区最多被一个子RDD的分区所使用，表现为一个父RDD的分区对应于一个子RDD的分区，和两个父RDD的分区对应于一个子RDD的分区。map和filter、union属于第一类，对输入进行协同划分（co-partitioned）的join属于第二类。

2. 宽依赖
   子RDD的分区依赖于父RDD的所有分区，Shuffle类操作的结果。

Shuffle的本质就是group by，把相同类型或相同规则的数据放在一起（磁盘或网络IO进行分类）。

1. 算子的宽窄依赖
   对RDD进行map、filter、union等transformation一般是窄依赖。
   宽依赖一般是对RDD进行groupByKey、reduceByKey等操作，就是对RDD中的partition中的数据进行重分区（Shuffle）。
   join操作既可能是宽依赖，也可能是窄依赖，当要对RDD进行join操作时，如果RDD进行过重分区则为窄依赖，否则为宽依赖。

6. Spark如何防止内存溢出？

1. Driver端的内存溢出

可以增加Driver的内存参数：

# 默认1G
spark.driver.memory

这个参数用来设置Driver端的内存。在Spark程序中，SparkContext、DAGScheduler都是运行在Driver端的。对应RDD的Stage切分也是在Driver端运行，如果用户自己写的程序有过多的步骤，切分出过多的Stage，这部分信息消耗的是Driver的内存，这个时候就需要调大Driver的内存。

1. map过程产生大量对象导致内存溢出

这种溢出的原因是在单个map中产生了大量的对象导致的，比如：rdd.map(x => for(i <-1 to 10000) yield i.toString)，这个操作在RDD中，每个对象都产生了10000个对象，这肯定很容易产生内存溢出的问题。针对这种问题，在不增加内存的情况下，可以通过减少每个Task的大小，以便达到每个Task即使产生大量的对象Executor的内存也能够装得下。具体做法可以在会产生大量对象的map操作之前调用repartition方法，分区成更小的块传入map，例如：

rdd.repartition(10000).map(x => for(i <-1 to 10000) yield i.toString)

注意，不能使用rdd.coalesce，这个方法只能减少分区，不能增加分区，不会有Shuffle的过程。

1. 数据不均衡导致内存溢出
   数据不均衡，除了有可能导致内存溢出外，也有可能导致性能问题，解决方法和上面类似，就是调用repartition重新分区。

2. Shuffle后内存溢出
   Shuffle内存溢出的情况可以说基本上都是Shuffle后，单个文件过大导致的。在Spark中，join、reduceByKey这一类的操作，都会有Shuffle的过程，在Shuffle的时候，需要传入一个分区器Partitioner，大部分Spark中的Shuffle操作，默认的Partitioner都是HashPartitioner，默认值是父RDD中最大的分区数，这个参数通过

# 只对HashPartitioner有效
spark.default.parallelism
# Spark SQL使用下面参数
spark.sql.shuffle.partitions

控制。

如果是别的Partitioner导致的Shuffle内存溢出，就需要从Partitioner的代码增加partitions数量。

1. rdd.persist（StorageLevel.MEMORY_AND_DISK_SER）代替rdd.cache()

内存不足时，rdd.cache会丢失数据，再次使用的时候会重算，StorageLevel.MEMORY_AND_DISK_SER内存不足时会存储在磁盘，避免重新计算，只是会消耗一点IO时间。

7. Stage、Task和Job的区别与划分方式

• Job：一个由多个任务组成的并行计算，当需要执行一个RDD的Action操作的时候，会生成一个Job
• Stage：每个Job被拆分成更小的被称作Stage（阶段）的Task（任务）组，Stage彼此之间是相互依赖的，各个Stage会按照执行顺序依次执行（Pipeline）
• Task：一个将要发送到Executor中的工作单元。是Stage的一个任务执行单元，一般来说，一个RDD有多少个Partition，就会有多少个Task，因为每一个Task只是处理一个Partition上的数据。

Stage

private[scheduler] abstract class Stage(
    val id: Int,
    val rdd: RDD[_],
    val numTasks: Int,
    val parents: List[Stage],
    val firstJobId: Int,
    val callSite: CallSite,
    val resourceProfileId: Int)
  extends Logging {

  val numPartitions = rdd.partitions.length

  /** Set of jobs that this stage belongs to. */
  val jobIds = new HashSet[Int]

  /** The ID to use for the next new attempt for this stage. */
  private var nextAttemptId: Int = 0

  val name: String = callSite.shortForm
  val details: String = callSite.longForm

  /**
   * Pointer to the [[StageInfo]] object for the most recent attempt. This needs to be initialized
   * here, before any attempts have actually been created, because the DAGScheduler uses this
   * StageInfo to tell SparkListeners when a job starts (which happens before any stage attempts
   * have been created).
   */
  private var _latestInfo: StageInfo =
    StageInfo.fromStage(this, nextAttemptId, resourceProfileId = resourceProfileId)

  /**
   * Set of stage attempt IDs that have failed. We keep track of these failures in order to avoid
   * endless retries if a stage keeps failing.
   * We keep track of each attempt ID that has failed to avoid recording duplicate failures if
   * multiple tasks from the same stage attempt fail (SPARK-5945).
   */
  val failedAttemptIds = new HashSet[Int]

  private[scheduler] def clearFailures() : Unit = {
    failedAttemptIds.clear()
  }

  /** Creates a new attempt for this stage by creating a new StageInfo with a new attempt ID. */
  def makeNewStageAttempt(
      numPartitionsToCompute: Int,
      taskLocalityPreferences: Seq[Seq[TaskLocation]] = Seq.empty): Unit = {
    val metrics = new TaskMetrics
    metrics.register(rdd.sparkContext)
    _latestInfo = StageInfo.fromStage(
      this, nextAttemptId, Some(numPartitionsToCompute), metrics, taskLocalityPreferences,
      resourceProfileId = resourceProfileId)
    nextAttemptId += 1
  }

  /** Returns the StageInfo for the most recent attempt for this stage. */
  def latestInfo: StageInfo = _latestInfo

  override final def hashCode(): Int = id

  override final def equals(other: Any): Boolean = other match {
    case stage: Stage => stage != null && stage.id == id
    case _ => false
  }

  /** Returns the sequence of partition ids that are missing (i.e. needs to be computed). */
  def findMissingPartitions(): Seq[Int]

  def isIndeterminate: Boolean = {
    rdd.outputDeterministicLevel == DeterministicLevel.INDETERMINATE
  }
}

Task

private[spark] abstract class Task[T](
    val stageId: Int,
    val stageAttemptId: Int,
    val partitionId: Int,
    @transient var localProperties: Properties = new Properties,
    // The default value is only used in tests.
    serializedTaskMetrics: Array[Byte] =
      SparkEnv.get.closureSerializer.newInstance().serialize(TaskMetrics.registered).array(),
    val jobId: Option[Int] = None,
    val appId: Option[String] = None,
    val appAttemptId: Option[String] = None,
    val isBarrier: Boolean = false) extends Serializable {

  @transient lazy val metrics: TaskMetrics =
    SparkEnv.get.closureSerializer.newInstance().deserialize(ByteBuffer.wrap(serializedTaskMetrics))

  /**
   * Called by [[org.apache.spark.executor.Executor]] to run this task.
   *
   * @param taskAttemptId an identifier for this task attempt that is unique within a SparkContext.
   * @param attemptNumber how many times this task has been attempted (0 for the first attempt)
   * @param resources other host resources (like gpus) that this task attempt can access
   * @return the result of the task along with updates of Accumulators.
   */
  final def run(
      taskAttemptId: Long,
      attemptNumber: Int,
      metricsSystem: MetricsSystem,
      resources: Map[String, ResourceInformation]): T = {
    SparkEnv.get.blockManager.registerTask(taskAttemptId)
    ...
  }
  ...
}

TaskSet

/**
 * A set of tasks submitted together to the low-level TaskScheduler, usually representing
 * missing partitions of a particular stage.
 */
private[spark] class TaskSet(
    val tasks: Array[Task[_]],
    val stageId: Int,
    val stageAttemptId: Int,
    val priority: Int,
    val properties: Properties,
    val resourceProfileId: Int) {
  val id: String = stageId + "." + stageAttemptId

  override def toString: String = "TaskSet " + id
}

8. Spark提交作业参数

源码在spark/core/src/main/scala/org/apache/spark/deploy/SparkSubmitArguments.scala

在提交任务时的几个重要参数：

• executor-cores 每个executor使用的内核数，默认为1 建议2-5个；一般可以设置4个

Spark standalone, YARN and Kubernetes only:
--executor-cores NUM  Number of cores used by each executor. (Default: 1 in YARN and K8S modes, or all available cores on the worker in standalone mode).

源码里有个测试类：
spark/core/src/test/scala/org/apache/spark/deploy/SparkSubmitSuite.scala

"--executor-cores", "5",

• num-executors 启动executors的数量，默认为2

Spark on YARN and Kubernetes only:
--num-executors NUM  Number of executors to launch (Default: 2).
If dynamic allocation is enabled, the initial number of executors will be at least NUM.

• executor-memory executor的内存大小，默认1GB

--executor-memory MEM  Memory per executor (e.g. 1000M, 2G) (Default: 1G).

• driver-cores Driver端使用的内核数，默认为1

Cluster deploy mode only:
--driver-cores NUM  Number of cores used by the driver, only in cluster mode
(Default: 1).

• driver-memory Driver端使用的内存大小，默认512MB

--driver-memory MEM  Memory for driver (e.g. 1000M, 2G) (Default: ${mem_mb}M).

例如提交任务On YARN：

$ ./bin/spark-submit --class org.apache.spark.examples.SparkPi \
    --master yarn \
    --deploy-mode cluster \
    --driver-cores 2 \
    --driver-memory 4g \
    --executor-memory 2g \
    --executor-cores 2 \
    --num-executors 2 \
    --queue thequeue \
    examples/jars/spark-examples*.jar \
    10

9. Spark中reduceByKey VS groupByKey区别与用法

reduceByKey用于对每个Key对应的多个Value进行merge操作，最重要的是它能够在本地先进行merge操作，并且merge操作可以通过函数自定义。
JavaPairRDD#reduceByKey#similarly to a "combiner" in MapReduce.

/**
 * Merge the values for each key using an associative and commutative reduce function. This will
 * also perform the merging locally on each mapper before sending results to a reducer, similarly
 * to a "combiner" in MapReduce.
 */
def reduceByKey(partitioner: Partitioner, func: JFunction2[V, V, V]): JavaPairRDD[K, V] =
  fromRDD(rdd.reduceByKey(partitioner, func))

groupByKey也是对每个Key对应的多个Value进行操作，但是只是汇总生成一个Sequence，本身不能自定义函数，只能通过额外的map(func)来实现。

/**
 * Group the values for each key in the RDD into a single sequence. Allows controlling the
 * partitioning of the resulting key-value pair RDD by passing a Partitioner.
 *
 * @note If you are grouping in order to perform an aggregation (such as a sum or average) over
 * each key, using `JavaPairRDD.reduceByKey` or `JavaPairRDD.combineByKey`
 * will provide much better performance.
 */
def groupByKey(partitioner: Partitioner): JavaPairRDD[K, JIterable[V]] =
  fromRDD(groupByResultToJava(rdd.groupByKey(partitioner)))

/**
 * Group the values for each key in the RDD into a single sequence. Hash-partitions the
 * resulting RDD with into `numPartitions` partitions.
 *
 * @note If you are grouping in order to perform an aggregation (such as a sum or average) over
 * each key, using `JavaPairRDD.reduceByKey` or `JavaPairRDD.combineByKey`
 * will provide much better performance.
 */
def groupByKey(numPartitions: Int): JavaPairRDD[K, JIterable[V]] =
  fromRDD(groupByResultToJava(rdd.groupByKey(numPartitions)))

在大的数据集上，reduceByKey(func)的效果比groupByKey()的效果更好一些。因为reduceByKey()会在Shuffle之前对数据进行合并，传输速度优于groupByKey（网络IO）。

10. foreach和map的区别

先看源码，foreach是RDD中Actions里的第一个方法：
Actions (launch a job to return a value to the user program)

// Actions (launch a job to return a value to the user program)

/**
 * Applies a function f to all elements of this RDD.
 */
def foreach(f: T => Unit): Unit = withScope {
  val cleanF = sc.clean(f)
  sc.runJob(this, (iter: Iterator[T]) => iter.foreach(cleanF))
}

map则是RDD中Transformations里的第一个方法：
Transformations (return a new RDD)

// Transformations (return a new RDD)

/**
 * Return a new RDD by applying a function to all elements of this RDD.
 */
def map[U: ClassTag](f: T => U): RDD[U] = withScope {
  val cleanF = sc.clean(f)
  new MapPartitionsRDD[U, T](this, (_, _, iter) => iter.map(cleanF))
}

两个方法的共同点：都是用于遍历集合对象，并对每一项执行指定的方法。
两者的差异：

• foreach没有返回值（准确的说是返回void），map返回集合对象。foreach用于遍历集合，而map用于映射（转换）集合到另一个集合。
• foreach中的处理逻辑是串行的，map中的处理逻辑是并行的。
• map是Transformation算子，foreach是Action算子。

11. map与mapPartitions的区别

mapPartitions：

/**
 * Return a new RDD by applying a function to each partition of this RDD.
 *
 * `preservesPartitioning` indicates whether the input function preserves the partitioner, which
 * should be `false` unless this is a pair RDD and the input function doesn't modify the keys.
 */
def mapPartitions[U: ClassTag](
    f: Iterator[T] => Iterator[U],
    preservesPartitioning: Boolean = false): RDD[U] = withScope {
  val cleanedF = sc.clean(f)
  new MapPartitionsRDD(
    this,
    (_: TaskContext, _: Int, iter: Iterator[T]) => cleanedF(iter),
    preservesPartitioning)
}

相同点：map与mapPartitions都属于Transformation算子
区别：

1. 本质

• map是对RDD中的每一个元素进行操作
• mapPartitions则是对RDD中的每个分区的迭代器进行操作

1. RDD中的每个分区数据量不大的情形

• map操作性能低下。比如一个partition中有一万条数据，那么在分析每个分区时，function要执行和计算1万次。
• mapPartitions性能高。使用mapPartitions操作之后，一个Task仅仅会执行一次function，function一次接收所有的partition数据。只要执行一次就可以了，性能比较高。

1. RDD中的每个分区数据量超大的情形，比如一个Partition有100万条数据。

• map能正常执行完。
• mapPartitions一次传入一个function后，可能一下子内存不够用，造成OOM（内存溢出）。

12. foreach和foreachPartition的区别

相同：foreach和foreachPartition都属于Action算子
区别：

• foreach每次处理RDD中的一条数据
• foreachPartition每次处理RDD中每个分区的迭代器中的数据

/**
 * Applies a function f to each partition of this RDD.
 */
def foreachPartition(f: Iterator[T] => Unit): Unit = withScope {
  val cleanF = sc.clean(f)
  sc.runJob(this, (iter: Iterator[T]) => cleanF(iter))
}

13. groupByKey、reduceByKey、combineByKey的区别

上面第9已经对Spark中reduceByKey VS groupByKey区别与用法做了说明。

1. groupByKey

• 用于对每个Key进行操作，将结果生成一个Sequence
• groupByKey本身不能自定义函数
• 会将所有键值对进行移动，不会进行局部merge
• 会导致集群节点之间的开销很大，导致传输延时

1. reduceByKey

• 用于对每个Key对应的多个Value进行merge操作
• 该算子能在本地先进性merge操作
• merge操作可以通过函数进行自定义

1. combineByKey

• combineByKey是一个比较底层的算子
• reduceByKey底层就是使用了combineByKey，准确一点是combineByKeyWithClassTag

14. sortByKey这个算子是全局排序吗？

sortByKey是全局排序。RDD#sortBy

/**
 * Return this RDD sorted by the given key function.
 */
def sortBy[K](
    f: (T) => K,
    ascending: Boolean = true,
    numPartitions: Int = this.partitions.length)
    (implicit ord: Ordering[K], ctag: ClassTag[K]): RDD[T] = withScope {
  this.keyBy[K](f)
      .sortByKey(ascending, numPartitions)
      .values
}

OrderedRDDFunctions#sortByKey

/**
 * Sort the RDD by key, so that each partition contains a sorted range of the elements. Calling
 * `collect` or `save` on the resulting RDD will return or output an ordered list of records
 * (in the `save` case, they will be written to multiple `part-X` files in the filesystem, in
 * order of the keys).
 */
// TODO: this currently doesn't work on P other than Tuple2!
def sortByKey(ascending: Boolean = true, numPartitions: Int = self.partitions.length)
    : RDD[(K, V)] = self.withScope
{
  val part = new RangePartitioner(numPartitions, self, ascending)
  new ShuffledRDD[K, V, V](self, part)
    .setKeyOrdering(if (ascending) ordering else ordering.reverse)
}

1. 在sortByKey之前将数据使用Partitioner根据数据范围来分（keyBy）。
2. 使得p1分区所有的数据小于p2，p2分区所有的数据小于p3，依次类推。(p1~pn是分区标识)。
3. 然后，使用sortByKey算子针对每一个Partition进行排序，这样全局的数据就被排序了。

15. Spark中coalesce VS repartition

先看源码：
coalesce shuffle: Boolean = false

/**
 * Return a new RDD that is reduced into `numPartitions` partitions.
 *
 * This results in a narrow dependency, e.g. if you go from 1000 partitions
 * to 100 partitions, there will not be a shuffle, instead each of the 100
 * new partitions will claim 10 of the current partitions. If a larger number
 * of partitions is requested, it will stay at the current number of partitions.
 *
 * However, if you're doing a drastic coalesce, e.g. to numPartitions = 1,
 * this may result in your computation taking place on fewer nodes than
 * you like (e.g. one node in the case of numPartitions = 1). To avoid this,
 * you can pass shuffle = true. This will add a shuffle step, but means the
 * current upstream partitions will be executed in parallel (per whatever
 * the current partitioning is).
 *
 * @note With shuffle = true, you can actually coalesce to a larger number
 * of partitions. This is useful if you have a small number of partitions,
 * say 100, potentially with a few partitions being abnormally large. Calling
 * coalesce(1000, shuffle = true) will result in 1000 partitions with the
 * data distributed using a hash partitioner. The optional partition coalescer
 * passed in must be serializable.
 */
def coalesce(numPartitions: Int, shuffle: Boolean = false,
             partitionCoalescer: Option[PartitionCoalescer] = Option.empty)
            (implicit ord: Ordering[T] = null)
    : RDD[T] = withScope {
  require(numPartitions > 0, s"Number of partitions ($numPartitions) must be positive.")
  if (shuffle) {
    /** Distributes elements evenly across output partitions, starting from a random partition. */
    val distributePartition = (index: Int, items: Iterator[T]) => {
      var position = new Random(hashing.byteswap32(index)).nextInt(numPartitions)
      items.map { t =>
        // Note that the hash code of the key will just be the key itself. The HashPartitioner
        // will mod it with the number of total partitions.
        position = position + 1
        (position, t)
      }
    } : Iterator[(Int, T)]

    // include a shuffle step so that our upstream tasks are still distributed
    new CoalescedRDD(
      new ShuffledRDD[Int, T, T](
        mapPartitionsWithIndexInternal(distributePartition, isOrderSensitive = true),
        new HashPartitioner(numPartitions)),
      numPartitions,
      partitionCoalescer).values
  } else {
    new CoalescedRDD(this, numPartitions, partitionCoalescer)
  }
}

repartition shuffle = true

/**
 * Return a new RDD that has exactly numPartitions partitions.
 *
 * Can increase or decrease the level of parallelism in this RDD. Internally, this uses
 * a shuffle to redistribute data.
 *
 * If you are decreasing the number of partitions in this RDD, consider using `coalesce`,
 * which can avoid performing a shuffle.
 */
def repartition(numPartitions: Int)(implicit ord: Ordering[T] = null): RDD[T] = withScope {
  coalesce(numPartitions, shuffle = true)
}

通常认为coalesce不产生Shuffle会比repartition产生Shuffle效率高，而实际情况往往要根据具体问题具体分析，coalesce效率不一定高，有时还可能有大坑，所以还是要慎用。
两个算子都是对RDD的分区进行重新划分，repartition调用了coalesce，把默认为false的shuffle参数置为了true。
假设有一个RDD有N个分区，需要重新划分为M个分区：

• 如果N<M。一般情况下N个分区有数据分布不均匀的状况，利用HashPartitioner函数将数据重新分区为M个，这时需要将shuffle设置为true。
• 如果N>M，并且N和M相差不多，（假如N是1000，M是100），那么就可以将N个分区中的若干个分区合并成一个新的分区，最终合并为M个分区，这时可以将shuffle设置为false，如果M>N时，coalesce是无效的，不进行Shuffle过程，父RDD和子RDD之间是窄依赖关系，无法使文件数partitions变多。总之如果shuffle为false时，传入的参数大于现有的分区数目，RDD的分区数将保持不变。也就是说不经过Shuffle，是无法将RDD的分区数变多的。
• 如果N>M，并且N和M相差很大很大，这是要看executor数量与要生成的partition的关系。如果executor数 <= 要生成的partition数，coalesce效率高，反之如果用coalesce可能会导致（executor数 - 要生成的partition数）个executor空跑从而降低效率。如果在M为1的时候，为了使得coalesce之前的操作有更好的并行度，可以将shuffle设置为true。