Spark学习笔记3——RDD（下）

Spark学习笔记3——RDD（下）
- 向Spark传递函数
  - 通过匿名内部类
  - 通过具名类传递
  - 通过带参数的 Java 函数类传递
  - 通过 lambda 表达式传递（仅限于 Java 8 及以上）
- 常见的转化操作和行动操作
  - 基本RDD
  - 行动操作
  - 不同 RDD 的类型转换
- 持久化

Spark学习笔记3——RDD（下）

笔记摘抄自 [美] Holden Karau 等著的《Spark快速大数据分析》

向Spark传递函数

大部分 Spark 的转化操作和一部分行动操作，都需要传递函数后进行计算。如何传递函数下文将用 Java 展示。

Java 向 Spark 传递函数需要实现 Spark 的 org.apache.spark.api.java.function 包中的接口。一些基本的接口如下表：

函数名	实现的方法	用途
Function	R call(T)	接收一个输入值并返回一个输出值，用于类似map() 和 filter() 等操作中
Function2	R call(T1, T2)	接收两个输入值并返回一个输出值，用于类似aggregate() 和fold() 等操作中
FlatMapFunction	Iterable call(T)	接收一个输入值并返回任意个输出，用于类似flatMap() 这样的操作中

通过匿名内部类

见上篇笔记例程。

通过具名类传递

class ContainsError implements Function() {
public Boolean call(String x) { return x.contains("error"); }
}
...
RDD errors = lines.filter(new ContainsError());

使用具名类在程序组织比较庞大是显得比较清晰

可以使用构造函数如“通过带参数的 Java 函数类传递”中所示

通过带参数的 Java 函数类传递

例程

import org.apache.spark.SparkConf;
import org.apache.spark.api.java.JavaRDD;
import org.apache.spark.api.java.JavaSparkContext;
import org.apache.spark.api.java.function.Function;

import java.util.List;

public class Contains implements Function {
    private String query;

    public Contains(String query) {
        this.query = query;
    }

    public Boolean call(String x) {
        return x.contains(query);
    }

    public static void main(String[] args) {
        SparkConf sc = new SparkConf().setAppName("Contains");
        JavaSparkContext javaSparkContext = new JavaSparkContext(sc);
        JavaRDD log = javaSparkContext.textFile(args[0]);
        
        JavaRDD content = log.filter(new Contains(args[1]));
        
        List contentList = content.collect();
        for (String output : contentList) {
            System.out.println(output);
        }
        javaSparkContext.stop();
    }
}

测试文本 test.txt

this is a test
this is a simple test
this is a simple test about RDD
let us check it out

测试结果

[root@server1 spark-2.4.4-bin-hadoop2.7]# bin/spark-submit --class Contains ~/RDDFuncNamedClass.jar ~/test.txt RDD
...
19/09/16 15:06:50 INFO DAGScheduler: Job 0 finished: collect at Contains.java:24, took 0.445049 s
this is a simple test about RDD
...

通过 lambda 表达式传递（仅限于 Java 8 及以上）

例程

import org.apache.spark.SparkConf;
import org.apache.spark.api.java.JavaRDD;
import org.apache.spark.api.java.JavaSparkContext;

import java.util.List;

public class LambdaTest {
    public static void main(final String[] args) {
        SparkConf sc = new SparkConf().setAppName("Contains");
        JavaSparkContext javaSparkContext = new JavaSparkContext(sc);
        JavaRDD log = javaSparkContext.textFile(args[0]);

        JavaRDD content = log.filter(s -> s.contains(args[1]));

        List contentList = content.collect();
        for (String output : contentList) {
            System.out.println(output);
        }
        javaSparkContext.stop();
    }
}

测试文本

使用上文同一个文本

运行结果

[root@server1 spark-2.4.4-bin-hadoop2.7]# bin/spark-submit --class Contains ~/RDDFuncNamedClass.jar ~/test.txt check
...
19/09/16 15:27:10 INFO DAGScheduler: Job 0 finished: collect at Contains.java:24, took 0.440515 s
let us check it out
...

常见的转化操作和行动操作

Spark 中有不同类型的 RDD，不同的 RDD 可以支持不同的操作。

除了基本的RDD外，还有数字类型的 RDD 支持统计型函数操作、键值对形式的 RDD 支持聚合数据的键值对操作等等。

基本RDD

针对各个元素的转化操作

为了方便，代码在 pyspark 中展示：

# map()
# map() 的返回值类型不需要和输入类型一样
>>> nums = sc.parallelize([1, 2, 3, 4])
>>> squared = nums.map(lambda x: x * x).collect()
>>> for num in squared:
...     print "%i " % (num)
... 
1 
4 
9 
16

# flatMap()
# 给flatMap() 的函数被分别应用到了输入RDD 的每个元素上。
# 返回的是一个返回值序列的迭代器。
# 
>>> lines = sc.parallelize(["hello world", "hi"])
>>> words = lines.flatMap(lambda line: line.split(" "))
>>> words.first()
'hello'

map() 和 flatmap() 区别如下：

伪集合操作

RDD 不算是严格意义上的集合，但是一些类似集合的属性让它能够支持许多集合操作，下图展示了常见的集合操作：

此外，RDD 还支持笛卡尔积的操作：

以下对基本 RDD 的转化操作进行梳理：

单个 RDD {1，2，3，3} 的转化操作

函数名	目的	示例	结果
map()	将函数应用于RDD 中的每个元素，将返回值构成新的RDD	rdd.map(x => x + 1)	{2, 3, 4, 4}
flatMap()	将函数应用于RDD 中的每个元素，将返回的迭代器的所有内容构成新的RDD。通常用来切分单词	rdd.flatMap(x => x.to(3))	{1, 2, 3, 2, 3, 3, 3}
filter()	返回一个由通过传给filter() 的函数的元素组成的RDD	rdd.filter(x => x != 1)	{2, 3, 3}
distinct()	去重	rdd.distinct()	{1, 2, 3}
sample(withReplacement, fraction, [seed])	对RDD 采样，以及是否替换	rdd.sample(false, 0.5)	非确定的

两个 RDD {1,2,3},{3,4,5}的 RDD 的转化操作

函数名	目的	示例	结果
union()	生成一个包含两个RDD 中所有元素的RDD	rdd.union(other)	{1, 2, 3, 3, 4, 5}
intersection()	求两个RDD 共同的元素的RDD	rdd.intersection(other)	{3}
subtract()	移除一个RDD 中的内容（例如移除训练数据）	rdd.subtract(other)	{1, 2}
cartesian()	与另一个RDD 的笛卡儿积	rdd.cartesian(other)	{(1, 3), (1, 4), ... (3, 5)}

行动操作

reduce() 与 reduceByKey()

例程¹

import org.apache.spark.SparkConf;
import org.apache.spark.api.java.JavaPairRDD;
import org.apache.spark.api.java.JavaRDD;
import org.apache.spark.api.java.JavaSparkContext;

import scala.Tuple2;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class SimpleReduce {
    public static void main(String[] args) {
        SparkConf sc = new SparkConf().setAppName("Contains");
        JavaSparkContext javaSparkContext = new JavaSparkContext(sc);
        List data = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        JavaRDD originRDD = javaSparkContext.parallelize(data);

        Integer sum = originRDD.reduce((a, b) -> a + b);
        System.out.println(sum);

        //reduceByKey，按照相同的key进行reduce操作
        List list = Arrays.asList("key1", "key1", "key2", "key2", "key3");
        JavaRDD stringRDD = javaSparkContext.parallelize(list);
        //转为key-value形式
        JavaPairRDD pairRDD = stringRDD.mapToPair(k -> new Tuple2<>(k, 1));
        List list1 = pairRDD.reduceByKey((x, y) -> x + y).collect();
        System.out.println(list1);
    }

}

运行结果

...
19/09/17 17:08:37 INFO DAGScheduler: Job 0 finished: reduce at SimpleReduce.java:21, took 0.480038 s
15
...
19/09/17 17:08:38 INFO DAGScheduler: Job 1 finished: collect at SimpleReduce.java:29, took 0.237601 s
[(key3,1), (key1,2), (key2,2)]
...

aggregate()²

例程

import org.apache.spark.SparkConf;
import org.apache.spark.api.java.JavaRDD;
import org.apache.spark.api.java.JavaSparkContext;
import org.apache.spark.api.java.function.Function2;

import java.io.Serializable;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class AvgCount implements Serializable {
    private AvgCount(int total, int num) {
        this.total = total;
        this.num = num;
    }
    private int total;
    private int num;
    private double avg() {
        return total / (double) num;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SparkConf sc = new SparkConf().setAppName("Contains");
        JavaSparkContext javaSparkContext = new JavaSparkContext(sc);
        List data = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        JavaRDD rdd = javaSparkContext.parallelize(data);
        AvgCount initial = new AvgCount(0, 0);
        Function2 addAndCount =
                new Function2() {
                    public AvgCount call(AvgCount a, Integer x) {
                        a.total += x;
                        a.num += 1;
                        return a;
                    }
                };
        Function2 combine =
                new Function2() {
                    public AvgCount call(AvgCount a, AvgCount b) {
                        a.total += b.total;
                        a.num += b.num;
                        return a;
                    }
                };
        AvgCount result = rdd.aggregate(initial, addAndCount, combine);
        System.out.println(result.avg());
    }
}

运行结果

[root@server1 spark-2.4.4-bin-hadoop2.7]# bin/spark-submit --class AvgCount ~/Spark_RDD_Aggregate.jar
...
19/09/18 15:28:19 INFO DAGScheduler: Job 0 finished: aggregate at AvgCount.java:43, took 0.517385 s
3.0
...

常用的行动操作整理

函数名	目的	示例	结果
collect()	返回RDD 中的所有元素	rdd.collect()	{1, 2, 3, 3}
count()	RDD 中的元素个数	rdd.count()	4
countByValue()	各元素在RDD 中出现的次数	rdd.countByValue()	{(1, 1), (2, 1), (3, 2)}
take(num)	从RDD 中返回num 个元素	rdd.take(2)	{1, 2}
top(num)	从RDD 中返回最前面的num 个元素	rdd.top(2)	{3, 3}
takeOrdered(num) (ordering)	从RDD 中按照提供的顺序返回最前面的num 个元素	rdd.takeOrdered(2)(myOrdering)	{3, 3}
takeSample(withReplace ment, num, [seed])	从RDD 中返回任意一些元素	rdd.takeSample(false, 1)	非确定的
reduce(func)	并行整合RDD 中所有数据（例如sum）	rdd.reduce((x, y) => x + y)	9
fold(zero)(func)	和reduce() 一样，但是需要提供初始值	rdd.fold(0)((x, y) => x + y)	9
aggregate(zeroValue) (seqOp, combOp)	和reduce() 相似，但是通常返回不同类型的函数	rdd.aggregate((0, 0)) ((x, y) => (x._1 + y, x._2 + 1), (x, y) => (x._1 + y._1, x._2 + y._2))	(9,4)
foreach(func)	对RDD 中的每个元素使用给定的函数	rdd.foreach(func)	无

不同 RDD 的类型转换

Spark 中有些函数只能作用于特定类型的 RDD。例如 mean() 和 variance() 只能处理数值 RDD，join() 只能用于处理键值对 RDD。在 Scala 和 Java 中都没有与之对应的标准 RDD 类，故使用这些函数时必须要确保获得了正确的专用 RDD 类。（Scala 为隐式转换）

下表为 Java 中针对专门类型的函数接口：

函数名	等价函数	用途
DoubleFlatMapFunction	Function	用于flatMapToDouble，以生成DoubleRDD
DoubleFunction	Function	用于mapToDouble，以生成 DoubleRDD
PairFlatMapFunction	Function>>	用于flatMapToPair，以生成PairRDD
PairFunction	Function>	用于mapToPair，以生成 PairRDD

例程

以 DoubleFunction 为例：

import org.apache.spark.SparkConf;
import org.apache.spark.api.java.JavaDoubleRDD;
import org.apache.spark.api.java.JavaRDD;
import org.apache.spark.api.java.JavaSparkContext;
import org.apache.spark.api.java.function.DoubleFunction;

import java.util.Arrays;

public class DoubleRDD {
    public static void main(String[] args) {
        SparkConf sparkConf=new SparkConf().setAppName("DoubleRDD");
        JavaSparkContext javaSparkContext=new JavaSparkContext(sparkConf);
        JavaRDD rdd = javaSparkContext.parallelize(Arrays.asList(1, 2, 3, 4));
        JavaDoubleRDD result = rdd.mapToDouble(
                new DoubleFunction() {
                    public double call(Integer x) {
                        return (double) x * x;
                    }
                });
        System.out.println(result.mean());
    }
}

运行结果

[root@server1 spark-2.4.4-bin-hadoop2.7]# bin/spark-submit --class DoubleRDD ~/Spark_RDD_DoubleRDD.jar
...
19/09/18 16:09:38 INFO DAGScheduler: Job 0 finished: mean at DoubleRDD.java:20, took 0.500705 s
7.5
...

持久化

为了避免多次计算同一个 RDD，我们常常对数据进行持久化处理。具体操作可以参见上一节例程。

Tips：

在Scala 和Java 中，默认情况下 persist() 会把数据以序列化的形式缓存在JVM 的堆空间中
在Python 中，我们会始终序列化要持久化存储的数据，所以持久化级别默认值就是以序列化后的对象存储在JVM 堆空间中
当我们把数据写到磁盘或者堆外存储上时，也总是使用序列化后的数据
缓存的数据太多，内存中放不下，Spark 会自动利用最近最少使用（LRU）的缓存策略把最老的分区从内存中移除
unpersist() 可以手动把持久化的RDD 从缓存中移除

持久化级别

级　　别	使用的空间	CPU 时间	是否在内存中	是否在磁盘上	备注
MEMORY_ONLY	高	低	是	否
MEMORY_ONLY_SER	低	高	是	否
MEMORY_AND_DISK	高	中等	部分	部分	如果数据在内存中放不下，则溢写到磁盘上
MEMORY_AND_DISK_SER	低	高	部分	部分	如果数据在内存中放不下，则溢写到磁盘上。在内存中存放序列化后的数据
DISK_ONLY	低	高	否	是

P.s.

可以通过在存储级别的末尾加上“_2”来把持久化数据存为两份

摘自天涯泪小武的博客↩
fold() 和 reduce() 不同的是，需要再加上一个“初始值”来作为每个分区第一次调用时的结果；aggregate() 和前两者不同的是，返回值类型可以和 RDD 的类型不一致↩

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向Spark传递函数

通过匿名内部类

通过具名类传递

通过带参数的 Java 函数类传递

例程

测试文本 test.txt

测试结果

通过 lambda 表达式传递（仅限于 Java 8 及以上）

例程

测试文本

运行结果

常见的转化操作和行动操作

基本RDD

针对各个元素的转化操作

伪集合操作

行动操作

reduce() 与 reduceByKey()

aggregate()2

常用的行动操作整理

不同 RDD 的类型转换

持久化

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