Spark集成

一、Spark 架构与优化器

1.Spark架构 （重点）

2.Spark优化器

二、Spark+SQL的API （重点）

1.DataSet简介

2.DataFrame简介

3.RDD与DF/DS的创建

4.常用操作

5、类型转换

三、Spark外部数据源操作 （重点）

1.Parquet文件(默认文件)

2.Hive表

3.MySQL表(MySQL)

四、Spark+SQL的函数

1.内置函数（org.apache.spark.sql.funtions.scala）

2.自定义函数

五、Spark-SQL

六、性能优化

1.序列化

2.注意事项

3.表连接（join操作）

Spark集成

一、Spark 架构与优化器

1.Spark架构 （重点）

• 能够直接访问现存的Hive数据（链接Hive的元数据寻址）
• 提供JDBC/ODBC接口供第三方工具借助Spark进行数据处理
• 提供了更高层级的接口方便地处理数据（sql算子，DataFrame类）
• 支持多种操作方式：SQL、API编程 （Spark-sql ，spark-shell，spark API）
• 支持多种外部数据源：Parquet、JSON、RDBMS、csv、text、hive、hbase等

2.Spark优化器

SQL语句首先通过Parser模块被解析为语法树，此棵树称为Unresolved Logical Plan； Unresolved Logical Plan通过Analyzer模块借助于数据元数据解析为Logical Plan； 此时再通过各种基于规则的优化策略进行深入优化，得到Optimized Logical Plan； 优化后的逻辑执行计划依然是逻辑的，并不能被Spark系统理解，此时需要将此逻辑执行计划转换为Physical Plan；

• 优化

  1、在投影上面查询过滤器 2、检查过滤是否可下压

 

二、Spark+SQL的API （重点）

前言：Spark对具有Schema的数据的维护其实与Hive是相似的，自身维护了一个元数据库和一个数据仓库，DataFrame则是针对具有schema的数据所包装RDD类，提供了可以直接操作schema数据的sql接口，并且提供了sql函数直接解析原生sql语句。同时Spark也可以通过hive的metastore接口或者jdbc接口链接到外部的元数据库上，通过这个元数据库便实现了对hive的数据仓库和RDBMS上的数据的操作。

• SparkContext

• SQLContext

  • Spark SQL的编程入口

• HiveContext

  • SQLContext的子集，包含更多功能

• SparkSession（Spark 2.x推荐）

  • SparkSession：合并了SQLContext与HiveContext
  • 提供与Spark功能交互单一入口点，并允许使用DataFrame和Dataset API对Spark进行编程

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1.DataSet简介

特定域对象（Seq、Array、RDD）中的强类型的集合，基于RDD，与RDD最大的区别在于：DS有schema数据结构信息。DataSet= RDD + Schema

• DataSet即有Schema数据结构信息(行列)的数据集合

scala> spark.createDataset(1 to 3).show
scala> spark.createDataset(List(("a",1),("b",2),("c",3))).show
scala> spark.createDataset(sc.parallelize(List(("a",1,1),("b",2,2)))).show

• createDataset()的参数可以是：Seq、Array、RDD
• 上面三行代码生成的Dataset分别是：Dataset[Int]、Dataset[(String,Int)]、Dataset[(String,Int,Int)]
• Dataset=RDD+Schema，所以Dataset与RDD有大部共同的函数，如map、filter等

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2.DataFrame简介

基于DS，但是元素仅限为Row类，这种限定使得DF的操作可以针对性的优化，因此DF的操作往往比DS快3倍以上。Row就相当于SQL中的记录

DataFrame = RDD[ROW] + Schema

• DataFrame=Dataset[Row]

• 类似传统数据的二维表格

• 在RDD基础上加入了Schema（数据结构信息）

• DataFrame Schema支持嵌套数据类型

  • 对应HBase的数据结构，资源消耗较大
  • struct
  • map
  • array

• 提供更多类似SQL操作的API，比如直接使用sql算子以sql语句作为参数进行查询：df.sql("select * from table_name")

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3.RDD与DF/DS的创建

WHAT is the schema of this：

• DS/DF 转换到RDD

case class Point(label:String,x:Double,y:Double)
val points=Seq(Point("bar",3.0,5.6),Point("foo",-1.0,3.0)).toDF("label","x","y")
//转换
val s=points.rdd

• 将RDD组织为DS或DF

  • toDF/toDS 算子
  • 这种方法根据RDD内部数据类型的反射信息自动推断生成Schema

case class Person(name:String,age:Int)
//反射获取RDD内的样例类的Schema来构造DF
import spark.implicits._
val people=sc.textFile("file:///home/hadooop/data/people.txt")
		.map(_.split(","))
		.map(p => Person(p(0), p(1).trim.toInt)).toDF()  ////map构造实例类，toDS或者toDF方法
people.show
people.registerTempTable("people") //将DF注册为临时表，以使用sql语句
val teenagers = spark.sql("SELECT name, age FROM people WHERE age >= 13 AND age <= 19")
teenagers.show()
//也可以不定义样例类直接使用Array、Seq等集合的toDF方法，参数给定为列名，类型会自动推断

• 通过Schema+DF来定义有结构的DF （重点）

  sc.textfile读取有格式的文本时需要解决隐式的格式问题以及数据头问题

  spark.read.格式 无法解决字段格式自动转换，全是String

  因此我们通过预定义schema再读取的方式解决繁琐的数据类型转换问题

  前提是所有字段都是所需的，不然需要额外定义不关心的字段

  import org.apache.spark.sql.Row
  import org.apache.spark.sql.types.{StructType, StructField, StringType}
  val myschema=new StructType().add("order_id",StringType).add("order_date",StringType).add("customer_id",StringType).add("status",StringType)
  val orders=spark.read.schema(myschema).csv("file:///root/orders.csv")
  

• 通过ROW+Schema组织DF (适用于外部的原始数据源)

  //构造ROW对象和指定Schema的方法组合
  people=sc.textFile("file:///home/hadoop/data/people.txt")
  val schemaString = "name age" // 以字符串的方式定义DataFrame的Schema信息
  import org.apache.spark.sql.Row
  import org.apache.spark.sql.types.{StructType, StructField, StringType}
  
  // StructType类自定义Schema
  val schema = StructType(schemaString.split(" ").map(fieldName =>StructField(fieldName,StringType, true))) //类型是Arrayp[StructField]
  
  //Row类包装数据内容
  val rowRDD = people.map(_.split(",")).map(p => Row(p(0), p(1).trim)) 
  
  // 创建DF类，参数为Row类和StructType类
  val peopleDataFrame = spark.createDataFrame(rowRDD, schema) 
  
  // 将DataFrame注册成临时表
  peopleDataFrame.registerTempTable("people")
  val results = spark.sql("SELECT name FROM people")
  results.show
  

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4.常用操作

//引用select
ds.select("name")
ds.select(ds("name"))
ds.select(col("name"))
ds.select(column("name"))
ds.select('name')
ds.select($"name")
//统计指标
df.describe("colname").show()

//日期处理类（JAVA）
import java.time.LocalDate
import java.time.format.DateTimeFormatter
LocalDate.parse("2018-08-01 12:22:21", DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd hh:mm:ss")).getDayOfWeek
//包装这个JAVA方法为scala函数，方便使用
def TimeParse(x:String):String={
    LocalDate.parse(x,DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd hh:mm:ss")).getDayOfWeek.toString
     }
//join操作，列比较时使用三元符号===
val joined=orderDS.join(order_itemsDS,orderDS("id")===order_itemsDS("order_id"))

//常见操作
val df = spark.read.json("file:///home/hadoop/data/people.json")
// 使用printSchema方法输出DataFrame的Schema信息
df.printSchema()
// 使用select方法来选择我们所需要的字段
df.select("name").show()
// 使用select方法选择我们所需要的字段，并未age字段加1！！！！！！！！！！！！！！
df.select(df("name"), df("age") + 1).show()
//  使用filter方法完成条件过滤
df.filter(df("age") > 21).show()
// 使用groupBy方法进行分组，求分组后的总数
df.groupBy("age").count().show()
//sql()方法执行SQL查询操作
df.registerTempTable("people") //先要将df注册为临时表
spark.sql("SELECT * FROM people").show //直接在sql中查询注册的表

5、类型转换

read方法获得的字段都是String型，需进行类型转换

//1、单列转化方法
import org.apache.spark.sql.types._
val data = Array(("1", "2", "3", "4", "5"), ("6", "7", "8", "9", "10"))
val df = spark.createDataFrame(data).toDF("col1", "col2", "col3", "col4", "col5")

import org.apache.spark.sql.functions._
df.select(col("col1").cast(DoubleType)).show()

+----+
|col1|
+----+
| 1.0|
| 6.0|
+----+

//2、循环转变
//然后就想能不能用这个方法循环把每一列转成double，但没想到怎么实现，可以用withColumn循环实现。
val colNames = df.columns

var df1 = df
for (colName <- colNames) {
  df1 = df1.withColumn(colName, col(colName).cast(DoubleType))
}
df1.show()

+----+----+----+----+----+
|col1|col2|col3|col4|col5|
+----+----+----+----+----+
| 1.0| 2.0| 3.0| 4.0| 5.0|
| 6.0| 7.0| 8.0| 9.0|10.0|
+----+----+----+----+----+

//3、通过:_*
//但是上面这个方法效率比较低，然后问了一下别人，发现scala 有array:_*这样传参这种语法，而df的select方法也支持这样传，于是最终可以按下面的这样写
val cols = df.columns.map(x => col(x).cast("Double"))
df.select(cols: _*).show()

+----+----+----+----+----+
|col1|col2|col3|col4|col5|
+----+----+----+----+----+
| 1.0| 2.0| 3.0| 4.0| 5.0|
| 6.0| 7.0| 8.0| 9.0|10.0|
+----+----+----+----+----+

//这样就可以很方便的查询指定多列和转变指定列的类型了：
val name = "col1,col3,col5"
df.select(name.split(",").map(name => col(name)): _*).show()
df.select(name.split(",").map(name => col(name).cast(DoubleType)): _*).show()

三、Spark外部数据源操作 （重点）

1.Parquet文件(默认文件)

一种流行的列式存储格式，以二进制存储，文件中包含数据与元数据 （ROW数据和Schema元数据）

import org.apache.spark.sql.types._
val schema=StructType(Array(StructField("name",StringType),
					        StructField("favorite_color",StringType),
					        StructField("favorite_numbers",ArrayType(IntegerType))))
val rdd=sc.parallelize(List(("Alyssa",null,Array(3,9,15,20)),("Ben","red",null)))
val rowRDD=rdd.map(p=>Row(p._1,p._2,p._3))
val df=spark.createDataFrame(rowRDD,schema)


val df=spark.read.parquet("/data/users/")	//该目录下必须已存在parquet文件
df.write.parquet("/data/users_new/")				//在该目录下生成parquet文件

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2.Hive表

集成hive：

Spark SQL与Hive集成: hive打开元数据仓库的外部接口，spark连入该数据库，通过该元数据信息获取hive上的数据。其实与Hive的元数据管理相同。

测试环境集成（shell开发）

• 打开Hive的metastore服务

#hive打开元数据库的外部接口 9083
nohup hive --service metastore &  #nohup 绑定系统，终端退出服务也会运行

• 进入Spark-shell 链接hive数据库

//Spark 链接到hive的元数据库
spark-shell --conf spark.hadoop.hive.metastore.uris=thrift://localhost:9083

//或者，自行建立session
val spark = SparkSession.builder()
.config("spark.sql.warehouse.dir", warehouseLocation)
.enableHiveSupport()
.getOrCreate()

//保存表到hive上
df.saveAsTable("tbl_name")

生成环境集成（IDE开发）

Spark SQL与Hive集成: 1、hive-site.xml拷贝至${SPARK_HOME}/conf下 2、追加内容

<property>
<name>hive.metastore.uris</name>
<value>thrift://master的IP:9083</value>
</property>

(可选，xml没有该配置会自动链接jdbc到mysql） 3、启动元数据服务：nohup hive --service metastore & 4、自行创建SparkSession，应用配置仓库地址与启用Hive支持

val spark = SparkSession.builder()
.config("spark.sql.warehouse.dir", warehouseLocation)  //warehouse可选，默认在启动时的目录下
.enableHiveSupport()
.getOrCreate()

spark存储到hive

hive --service metastore
spark-shell
spark.sql("show tables").show
//或者
val df=spark.table("toronto") //返回的是DataFrame类
df.printSchema
df.show
df.write.saveAsTable("dbName.tblName")

//hive
select * from dbName.tblName;

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3.MySQL表(MySQL)

RDBMS关系型数据库管理系统，集成与hive基本相同，但是没有通过hive的metastore服务，而是直接使用jdbc去链接mysql

spark-shell --driver-class-path /opt/hive/lib/mysql-connector-java-5.1.38.jar
val df=spark.read.format("jdbc").option("delimiter",",").option("header","true").option("url","jdbc:mysql://192.168.137.137:3306/test").option("dbtable","orders").option("user","root").option("password","rw").load()
//

$spark-shell --jars /opt/spark/ext_jars/mysql-connector-java-5.1.38.jar //使用jdbc的jar去连RDBMS

val url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test" //test是一个数据库名
val tableName = "TBLS"  //TBLS是库中的一个表名
// 设置连接用户、密码、数据库驱动类
val prop = new java.util.Properties
prop.setProperty("user","hive")
prop.setProperty("password","mypassword")
prop.setProperty("driver","com.mysql.jdbc.Driver")
// 取得该表数据
val jdbcDF = spark.read.jdbc(url,tableName,prop)
jdbcDF.show

//DF存为新的表
jdbcDF.write.mode("append").jdbc(url,"t1",prop)

四、Spark+SQL的函数

1.内置函数（org.apache.spark.sql.funtions.scala）

• 区分于scala的函数，spark的sql函数时针对表的列的。
• 内置函数是针对DataFrame的，并非hive的UDF

类别	函数举例
聚合函数	countDistinct**、sumDistinct**
集合函数	sort_array**、explode**
日期、时间函数	hour**、quarter、next_day**
数学函数	asin**、atan、sqrt、tan、round**
开窗函数	row_number
字符串函数	concat**、format_number、regexp_extract**
其他函数	isNaN**、sha、randn、callUDF**

2.自定义函数

• 定义函数

• 注册函数

  • SparkSession.udf.register()：只在sql()中有效 （spark的sql集成）
  • functions.udf()：对DataFrame API均有效 （spark基于RDD的数据库）

• 函数调用

//注册自定义函数，注意是匿名函数
spark.udf.register("hobby_num", (s: String) => s.split(',').size)
spark.sql("select name, hobbies, hobby_num(hobbies) as hobby_num from hobbies").show

五、Spark-SQL

因为招了好多Hive的研发人员，因此Spark-SQL的操作类似于hive

但是Spark-SQL基于的框架不是MR，因此速度相比非常快。

• Spark SQL CLI是在本地模式下使用Hive元存储服务和执行从命令行所输入查询语句的简便工具 注意，Spark SQL CLI无法与thrift JDBC服务器通信
• Spark SQL CLI等同于Hive CLI（old CLI）、Beeline CLI（new CLI）
• 启动Spark SQL CLI，请在Spark目录中运行以下内容

./bin/spark-sql

六、性能优化

1.序列化

• Java序列化，Spark默认方式

• Kryo序列化，比Java序列化快约10倍，但不支持所有可序列化类型

  conf.set("spark.serializer", "org.apache.spark.serializer.KryoSerializer");
  //向Kryo注册自定义类型
  conf.registerKryoClasses(Array(classOf[MyClass1], classOf[MyClass2]));//case class
  
  

  如果没有注册需要序列化的class，Kyro依然可以照常工作，但会存储每个对象的全类名(full class name)，这样往往比默认的 Java serialization 更浪费空间

2.注意事项

1. 使用对象数组、原始类型代替Java、Scala集合类（如HashMap）
2. 避免嵌套结构
3. 尽量使用数字作为Key，而非字符串
4. 以较大的RDD使用MEMORY_ONLY_SER
5. 加载CSV、JSON时，仅加载所需字段
6. 仅在需要时持久化中间结果（RDD/DS/DF）
7. 避免不必要的中间结果（RDD/DS/DF）的生成
8. DF更快，执行速度比DS快约3倍
9. 自定义RDD分区与spark.default.parallelism，该参数用于设置每个stage的默认task数量
10. 将大变量广播出去，而不是直接使用
11. 尝试处理本地数据并最小化跨工作节点的数据传输

3.表连接（join操作）

• 包含所有表的谓词（predicate）

select * from t1 join t2 on t1.name = t2.full_name 
where t1.name = 'mike' and t2.full_name = 'mike'

• 最大的表放在第一位
• 广播最小的表
• 最小化表join的数量