Spark 计算框架为了能够进行高并发和高吞吐的数据处理,封装了三大数据结构,用于
处理不同的应用场景。三大数据结构分别是:
➢ RDD : 弹性分布式数据集
➢ 累加器:分布式共享只写变量
➢ 广播变量:分布式共享只读变量
接下来我们一起看看这三大数据结构是如何在数据处理中使用的。
RDD(Resilient Distributed Dataset)叫做弹性分布式数据集,是 Spark 中最基本的数据处理模型。代码中是一个抽象类,它代表一个弹性的、不可变、可分区、里面的元素可并行计算的集合。
➢ 弹性
⚫ 存储的弹性:内存与磁盘的自动切换;
⚫ 容错的弹性:数据丢失可以自动恢复;
⚫ 计算的弹性:计算出错重试机制;
⚫ 分片的弹性:可根据需要重新分片。
➢ 分布式:数据存储在大数据集群不同节点上
➢ 数据集:RDD 封装了计算逻辑,并不保存数据
➢ 数据抽象:RDD 是一个抽象类,需要子类具体实现
➢ 不可变:RDD 封装了计算逻辑,是不可以改变的,想要改变,只能产生新的 RDD,在
新的 RDD 里面封装计算逻辑
➢ 可分区、并行计算
➢ 分区列表
RDD 数据结构中存在分区列表,用于执行任务时并行计算,是实现分布式计算的重要属性。
➢ 分区计算函数
Spark 在计算时,是使用分区函数对每一个分区进行计算
➢ RDD 之间的依赖关系
RDD 是计算模型的封装,当需求中需要将多个计算模型进行组合时,就需要将多个 RDD 建
立依赖关系
➢ 分区器(可选)
当数据为 KV 类型数据时,可以通过设定分区器自定义数据的分区
➢ 首选位置(可选)
计算数据时,可以根据计算节点的状态选择不同的节点位置进行计算
从计算的角度来讲,数据处理过程中需要计算资源(内存 & CPU)和计算模型(逻辑)。执行时,需要将计算资源和计算模型进行协调和整合。
Spark 框架在执行时,先申请资源,然后将应用程序的数据处理逻辑分解成一个一个的计算任务。然后将任务发到已经分配资源的计算节点上, 按照指定的计算模型进行数据计算。最后得到计算结果。
RDD 是 Spark 框架中用于数据处理的核心模型,接下来我们看看,在 Yarn 环境中,RDD的工作原理:
从以上流程可以看出 RDD 在整个流程中主要用于将逻辑进行封装,并生成 Task 发送给Executor 节点执行计算,接下来我们就一起看看 Spark 框架中 RDD 是具体是如何进行数据处理的。
在Spark中创建RDD的创建方式可以分为四种:
val sparkConf = new SparkConf().setMater("local[*]").setAppName("spark")
val sparkContext = new SparkContext(sparkConf)
val rdd1 = sparkContext.parallelize(
List(1,2,3,4)
)
val rdd2 = sparkContext.makeRDD(
List(1,2,3,4)
)
rdd1.collect().foreach(println)
rdd2.collect().foreach(println)
sparkContext.stop()
从底层代码实现来讲,makeRDD方法其实就是parallelize方法
def makeRDD[T:ClassTag](
seq:Seq[T],
numSlices:Int = defaultParallelism):RDD[T] = withScope {
parallelize(seq,numSlices)
}
2)从外部存储(文件)创建RDD
由外部存储系统的数据集创建RDD包括:本地的文件系统,所有Hadoop支持的数据集,比如HDFS,HBase等。
val sparkConf = new SparkConf().setMaster("local[*]").setAppName("spark")
val sparkContext = new SparkContext(sparkConf)
val fileRDD:RDD[String] = sparkContext.textFile("input")
sparkContext.stop()
3 )从其他RDD创建
主要通过一个RDD运算完后,再产生新的RDD。详情请参考后续章节
4 )直接创建RDD(new)
使用new的方式直接构造RDD,一般由Spark框架自身使用。
默认情况下,Spark 可以将一个作业切分多个任务后,发送给 Executor 节点并行计算,而能够并行计算的任务数量我们称之为并行度。这个数量可以在构建 RDD 时指定。记住,这里的并行执行的任务数量,并不是指的切分任务的数量,不要混淆了。
val sparkConf =new SparkConf() .setMaster("local[*]") .setAppName("sp ark")
val sparkContext = new SparkContext(sparkConf)
val dataRDD: RDD[Int] =sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4), 4)
val fileRDD: RDD[String] = sparkContext.textFile("input",2)
fileRDD.collect().foreach(println)
sparkContext.stop()
⚫ 读取内存数据时,数据可以按照并行度的设定进行数据的分区操作,数据分区规则的
Spark 核心源码如下:
def positions(length: Long, numSlices: Int): Iterator[(Int, Int)] = {
(0 until numSlices).iterator.map { i =>
val start = ((i * length) / numSlices).toInt
val end = (((i + 1) * length) / numSlices).toInt
(start, end)
}
}
⚫ 读取文件数据时,数据是按照 Hadoop 文件读取的规则进行切片分区,而切片规则和数据读取的规则有些差异,具体 Spark 核心源码如下
public InputSplit[] getSplits(JobConf job, int numSplits)
throws IOException {
long totalSize = 0; // compute total size
for (FileStatus file: files) { // check we have valid files
if (file.isDirectory()) {
throw new IOException("Not a file: "+ file.getPath());
}
totalSize += file.getLen();
}
long goalSize = totalSize / (numSplits == 0 ? 1 : numSplits);
long minSize = Math.max(job.getLong(org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.
FileInputFormat.SPLIT_MINSIZE, 1), minSplitSize);
...
for (FileStatus file: files) {
...
if (isSplitable(fs, path)) {
long blockSize = file.getBlockSize();
long splitSize = computeSplitSize(goalSize, minSize, blockSize);
...
}
protected long computeSplitSize(long goalSize, long minSize,
long blockSize) {
return Math.max(minSize, Math.min(goalSize, blockSize));
}
RDD 根据数据处理方式的不同将算子整体上分为Value类型,双Value类型和Key-Value类型
⚫ Value 类型
val dataRDD: RDD[Int] = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4))
val dataRDD1: RDD[Int] = dataRDD.map(
num => {
num * 2
}
)
val dataRDD2: RDD[String] = dataRDD1.map(
num => {
"" + num
}
)
val dataRDD1: RDD[Int] = dataRDD.mapPartitions(
datas => {
datas.filter(_==2)
}
)
❖ 小功能:获取每个数据分区的最大值
思考一个问题:map 和 mapPartitions 的区别?
➢ 数据处理角度
Map 算子是分区内一个数据一个数据的执行,类似于串行操作。而 mapPartitions 算子
是以分区为单位进行批处理操作。
➢ 功能的角度
Map 算子主要目的将数据源中的数据进行转换和改变。但是不会减少或增多数据。
MapPartitions 算子需要传递一个迭代器,返回一个迭代器,没有要求的元素的个数保持不变,
所以可以增加或减少数据
➢ 性能的角度
Map 算子因为类似于串行操作,所以性能比较低,而是 mapPartitions 算子类似于批处
理,所以性能较高。但是 mapPartitions 算子会长时间占用内存,那么这样会导致内存可能
不够用,出现内存溢出的错误。所以在内存有限的情况下,不推荐使用。使用 map 操作。
完成比完美更重要
3)mapPartitionsWithIndex
➢ 函数签名
def mapPartitionsWithIndex[U: ClassTag](
f: (Int, Iterator[T]) => Iterator[U],
preservesPartitioning: Boolean = false): RDD[U]
➢ 函数说明
将待处理的数据以分区为单位发送到计算节点进行处理,这里的处理是指可以进行任意的处
理,哪怕是过滤数据,在处理时同时可以获取当前分区索引。
val dataRDD1 = dataRDD.mapPartitionsWithIndex(
(index,datas) =>{
datas.map(index,_)
}
)
❖ 小功能:获取第二个数据分区的数据
val mapRDD = rdd.mapPartitionsWithIndex(
(index,datas) =>{
if(index == 1) {
datas.map((index, _))
}else{
Nil.iterator
}
}
)
val dataRDD = sparkContext.makeRDD(List(List(1,2),List(3,4),1))
val dataRDD1 = dataRDD.flatMap( list => list)
❖ 小功能:将 List(List(1,2),3,List(4,5))进行扁平化操作
val dataRDD = sc.makeRDD(List(List(1,2),3,List(4,5)),1)
val mapRDD = dataRDD.flatMap(list => list match {
case list:List[_] => list
case _ => List(list)
})
val dataRDD = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4),1)
val dataRDD1:RDD[Array[Int]] = dataRDD.glom()
❖ 小功能:计算所有分区最大值求和(分区内取最大值,分区间最大值求和)
6)groupBy
➢ 函数签名
def groupBy[K](f: T => K)(implicit kt: ClassTag[K]): RDD[(K, Iterable[T])]
➢ 函数说明
将数据根据指定的规则进行分组, 分区默认不变,但是数据会被打乱重新组合,我们将这样的操作称之为 shuffle。极限情况下,数据可能被分在同一个分区中
一个组的数据在一个分区中,但是并不是说一个分区中只有一个组
val dataRDD = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4),1)
val dataRDD1 = dataRDD.groupBy( _%2 )
❖ 小功能:将 List(“Hello”, “hive”, “hbase”, “Hadoop”)根据单词首写字母进行分组。
❖ 小功能:从服务器日志数据 apache.log 中获取每个时间段访问量。
❖ 小功能:WordCount。
7) filter
➢ 函数签名
def filter(f: T => Boolean): RDD[T]
➢ 函数说明
将数据根据指定的规则进行筛选过滤,符合规则的数据保留,不符合规则的数据丢弃。当数据进行筛选过滤后,分区不变,但是分区内的数据可能不均衡,生产环境下,可能会出现数据倾斜。
❖ 小功能:从服务器日志数据 apache.log 中获取 2015 年 5 月 17 日的请求路径
8) sample
def sample(
withReplacement: Boolean,
fraction: Double,
seed: Long = Utils.random.nextLong): RDD[T]
➢ 函数说明
根据指定的规则从数据集中抽取数据
val dataRDD = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4),1)
// 抽取数据不放回(伯努利算法)
//伯努利算法:又叫0,1分布。例如扔硬币,要么正面,要么反面。
//具体实现:根据种子和随机算法算出一个数和第二个参数设置几率比较,小于第二个参数要,大于不要
//第一个参数:抽取的数据是否放回,false:不放回
//第二个参数:抽取的几率,范围在【0,1】之间,0:全不取
思考一个问题:有啥用,抽奖吗?
val dataRDD = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4,1,2),1)
val dataRDD1 = dataRDD.distinct()
val dataRDD2 = dataRDD.distinct(2)
思考一个问题:如果不用该算子,你有什么办法实现数据去重?
val dataRDD = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4,1,2),6)
val dataRDD1 = dataRDD.coalesce(2)
思考一个问题:我想要扩大分区,怎么办?
11) repartition
➢ 函数签名
def repartition(numPartitions: Int)(implicit ord: Ordering[T] = null): RDD[T]
➢ 函数说明
该操作内部其实执行的是coalesce操作,参数shuffle的默认值为true。无论是将分区数多的RDD转换为分区数少的RDD,还是将分区数少的RDD转换为分区数多的RDD,repartion操作都可以完成,因为无论如何都会经shuffle过程。
val dataRDD = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4,1,2),2)
val dataRDD1 = dataRDD.repartition(4)
思考一个问题:coalesce 和 repartition 区别?
val dataRDD = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4,1,2),2)
val dataRDD1 = dataRDD.sortBy(num=>num,false,4)
⚫ 双 Value 类型
13) intersection
➢ 函数签名
def intersection(other: RDD[T]): RDD[T]
➢ 函数说明
对源RDD和参数RDD求交集后返回一个新的RDD
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4))
val dataRDD2 = saprkContext.makeRDD(List(3,4,5,6))
val dataRDD3 = dataRDD1.intersection(dataRDD2)
思考一个问题:如果两个 RDD 数据类型不一致怎么办?
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4))
val dataRDD2 = sparkContext.makeRDD(List(3,4,5,6))
val dataRDD = dataRDD1.union(dataRDD2)
思考一个问题:如果两个 RDD 数据类型不一致怎么办?
➢ 函数签名
def subtract(other: RDD[T]): RDD[T]
以一个RDD元素为主,去除两个RDD中重复元素,将其他元素保留下来。求差集
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4))
val dataRDD2 = sparkContext.makeRDD(List(3,4,5,6))
val dataRDD = dataRDD1.subtract(dataRDD2)
思考一个问题:如果两个 RDD 数据类型不一致怎么办?
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(1,2,3,4))
val dataRDD2 = sparkContext.makeRDD(List(3,4,5,6))
val dataRDD = dataRDD1.zip(dataRDD2)
思考一个问题:如果两个 RDD 数据类型不一致怎么办?
思考一个问题:如果两个 RDD 数据分区不一致怎么办?
思考一个问题:如果两个 RDD 分区数据数量不一致怎么办?
⚫ Key - Value 类型
val rdd:RDD[(Int,String)] = sc.makeRDD((Array(1,"aaa"),(2,"bbb"),(3,"ccc")),3)
import org.apache.spark.HashPartitioner
val rdd2:RDD[(Int,String)] = rdd.partitionBy(new HashParttioner(2))
思考一个问题:如果重分区的分区器和当前 RDD 的分区器一样怎么办?
思考一个问题:Spark 还有其他分区器吗?
思考一个问题:如果想按照自己的方法进行数据分区怎么办?
思考一个问题:哪那么多问题?
val dataRDD1 = sparkContetxt.makeRDD(List(("a",1),("b",2),("c",3)))
val dataRDD2 = dataRDD1.reduceByKey(_+_)
val dataRDD3 = dataRDD2.reduceByKey(_+_,2)
19)groupByKey
➢ 函数签名
def groupByKey(): RDD[(K, Iterable[V])]
def groupByKey(numPartitions: Int): RDD[(K, Iterable[V])]
def groupByKey(partitioner: Partitioner): RDD[(K, Iterable[V])]
➢ 函数说明
将数据源的数据根据 key 对 value 进行分组
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(("a",1),("b",2),("c",3)))
val dataRDD2 = dataRDD1.groupByKey()
val dataRDD3 = dataRDD1.groupByKey(2)
val dataRDD4 = dataRDD1.groupByKey(new HashPartitioner(2))
思考一个问题:reduceByKey 和 groupByKey 的区别?
从shuffle角度:reduceByKey和groupByKey都存在shuffle的操作,但是reduceByKey可以在shuffle前对分区内相同key的数据进行预聚合(combine)功能,这样会减少落盘的数据量,而groupByKey只是进行分组,不存在数据量减少的问题,reduceByKey性能比较高。
从功能的角度:reduceByKey其实包含分组和聚合的功能。GroupByKey只能分组,不能聚合,所以在分组聚合的场合下,推荐使用reduceByKey,如果仅仅是分组不需要聚合,那么还是只能使用groupByKey
❖ 小功能:WordCount
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List("a",1),("b",2),("c",3))
val dataRDD2 = dataRDD1.aggregateByKey(0)(_+_,_+_)
❖ 取出每个分区内相同 key 的最大值然后分区间相加
// TODO:取出每个分区内相同key的最大值然后分区间相加
// aggregateByKey 算子是函数柯里化,存在两个参数列表
//1.第一个参数列表中的参数表示初始值
//2.第二个参数列表中含两个参数
// 2.1 第一个参数表示分区内的计算规则
// 2.2 第二个参数表示分区间的计算规则
val rdd = sc.makeRDD(List("a",1),("a",2),("c",3),("b",4),("c",5),("c",6),2)
// 0:("a",1),("a",2),("c",3) => (a,10)(c,10)
=>(a,10)(b,10)(c,20)
//1:("b",4),("c",5),("c",6) => (b,10)(c,10)
val resultRDD = rdd.aggregateByKey(10)(
(x,y) => math.max(x,y)
(x,y) => x + y
)
resultRDD.collect().foreach(println)
思考一个问题:分区内计算规则和分区间计算规则相同怎么办?(WordCount)
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(("a",1),("b",2),("c",3)))
val dataRDD2 = dataRDD1.foldByKey(0)(_+_)
val list:List[(String,Int)] = List(("a",88),("b",95),("a",91),("b",93),("a",95),("b",98))
val input:RDD[(String,Int)] = sc.makeRDD(list,2)
val combineRdd:[(String,(Int,Int))] = input.combineByKey(
(_,1),
(acc:(Int,Int),v) => (acc._1 + v,acc._2 + 1),
(acc1:(Int,Int),acc2:(Int,Int)) => (acc._1 + acc2._1,acc1._2 + acc2._2)
)
思考一个问题:reduceByKey、foldByKey、aggregateByKey、combineByKey 的区别?
rduceByKey:相同key的第一个数据不进行任何计算,分区内和分区间计算规则相同
FoldByKey:相同key的第一个数据和初始值进行分区内计算,分区内和分区间计算规则相同
AggregateByKey:相同key的第一个数据和初始值进行分区内计算,分区内和分区间计算规则可以不相同
CombineByKey:当计算时,发现数据结构不满足要求时,可以让第一个数据转换结构。分区内和分区间计算规则不相同。
23)sortByKey
➢ 函数签名
def sortByKey(ascending: Boolean = true, numPartitions: Int = self.partitions.length)
: RDD[(K, V)]
➢ 函数说明
在一个(K,V)的 RDD 上调用,K 必须实现 Ordered 接口(特质),返回一个按照 key 进行排序的
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(("a",1),("b",2),("c",3)))
val sortRDD1: RDD[(String, Int)] = dataRDD1.sortByKey(true)
val sortRDD1: RDD[(String, Int)] = dataRDD1.sortByKey(false)
❖ 小功能:设置 key 为自定义类 Use
24) join
➢ 函数签名
def join[W](other: RDD[(K, W)]): RDD[(K, (V, W))]
➢ 函数说明
在类型为(K,V)和(K,W)的 RDD 上调用,返回一个相同 key 对应的所有元素连接在一起的(K,(V,W))的 RDD
val rdd: RDD[(Int, String)] = sc.makeRDD(Array((1, "a"), (2, "b"), (3, "c")))
val rdd1: RDD[(Int, Int)] = sc.makeRDD(Array((1, 4), (2, 5), (3, 6)))
rdd.join(rdd1).collect().foreach(println)
思考一个问题:如果 key 存在不相等呢?
➢ 函数签名
def leftOuterJoin[W](other: RDD[(K, W)]): RDD[(K, (V, Option[W]))]
➢ 函数说明
类似于 SQL 语句的左外连接
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(("a",1),("b",2),("c",3)))
val dataRDD2 = sparkContext.makeRDD(List(("a",1),("b",2),("c",3)))
val rdd: RDD[(String, (Int, Option[Int]))] = dataRDD1.leftOuterJoin(dataRDD2)
➢ 函数签名
def cogroup[W](other: RDD[(K, W)]): RDD[(K, (Iterable[V], Iterable[W]))]
➢ 函数说明
在类型为(K,V)和(K,W)的 RDD 上调用,返回一个(K,(Iterable,Iterable))类型的 RDD
val dataRDD1 = sparkContext.makeRDD(List(("a",1),("a",2),("c",3)))
val dataRDD2 = sparkContext.makeRDD(List(("a",1),("c",2),("c",3)))
val value: RDD[(String, (Iterable[Int], Iterable[Int]))] =
dataRDD1.cogroup(dataRDD2)
5.1.4.4 案例实操