性能优化案例：通过合理设置spark.storage.memoryFraction参数的值来优化PySpark程序的性能

优化PySpark程序的性能时，合理设置spark.storage.memoryFraction（或相关内存参数）是关键。
合理设置spark.storage.memoryFraction需结合任务类型和内存使用监控。对于缓存密集型任务，适当提高存储内存比例；对于Shuffle密集型任务，优先保障执行内存。新版本Spark的动态内存机制简化了调优，但手动干预在极端场景下仍有效。最终需通过反复测试验证参数效果，实现性能最优。
以下是分步说明和案例总结：

1. 理解内存分配机制

• 存储内存（Storage Memory）：用于缓存RDD、广播变量等。
• 执行内存（Execution Memory）：用于任务执行（如Shuffle、Join、Sort）。
• 默认配置：
  • 旧版本（如Spark 1.5及之前）：静态分配，spark.storage.memoryFraction默认0.6，spark.shuffle.memoryFraction默认0.2。
  • 新版本（Spark 1.6+）：动态内存管理，由spark.memory.fraction（默认0.6）统一分配，存储和执行内存可相互借用，通过spark.memory.storageFraction（默认0.5）设置存储内存的最低保留比例。

2. 识别性能问题

• 存储内存不足的表现：
  • RDD频繁从磁盘重新计算（查看日志或UI的Storage标签页）。
  • 缓存命中率低，任务重复读取数据。
• 执行内存不足的表现：
  • Shuffle阶段频繁溢写磁盘（Disk Spill）。
  • 任务因内存不足（OOM）失败或GC时间过长。

3. 优化策略

案例场景1：缓存密集型任务

• 问题：程序需缓存大量RDD，但默认内存分配导致缓存频繁失效。
• 优化：
  • 旧版本：调高spark.storage.memoryFraction（如从0.6→0.7），降低spark.shuffle.memoryFraction。
  • 新版本：增加spark.memory.fraction（如从0.6→0.8），并调高spark.memory.storageFraction（如从0.5→0.6）。
  • 辅助措施：
    • 使用序列化缓存（MEMORY_ONLY_SER）减少内存占用。
    • 使用Kryo序列化优化存储效率。

案例场景2：Shuffle密集型任务

• 问题：Shuffle阶段频繁溢写磁盘，任务执行缓慢。
• 优化：
  • 旧版本：降低spark.storage.memoryFraction（如从0.6→0.4），增加spark.shuffle.memoryFraction。
  • 新版本：保持默认动态分配，或减少spark.memory.storageFraction（如从0.5→0.3）确保执行内存充足。
  • 辅助措施：
    • 调整spark.sql.shuffle.partitions减少单个任务数据量。
    • 增加Executor总内存（spark.executor.memory）。

4. 操作步骤

1. 监控内存使用：

   • 通过Spark Web UI的Storage和Executors标签页观察缓存与执行内存占比。
   • 检查日志中是否出现Disk Spill或Full GC警告。

2. 调整参数：

   • 根据应用类型调整内存分配比例：

     # 旧版本示例
     conf = SparkConf() \
         .set("spark.storage.memoryFraction", "0.5") \
         .set("spark.shuffle.memoryFraction", "0.3")
     
     # 新版本示例
     conf = SparkConf() \
         .set("spark.memory.fraction", "0.8") \
         .set("spark.memory.storageFraction", "0.4")
     

3. 验证与测试：

   • 运行基准测试，比较任务执行时间、缓存命中率、磁盘溢写量。
   • 使用工具（如Spark Metrics或第三方监控）分析内存压力。

5. 注意事项

• 版本兼容性：Spark 1.6+已弃用静态内存参数，优先使用动态分配。
• 全局平衡：避免极端值（如spark.storage.memoryFraction=0.9），需兼顾执行需求。
• 资源总限制：调整spark.executor.memory确保总内存充足，同时考虑堆外内存（spark.executor.memoryOverhead）。