2.2 搭建Spark开发环境

一、Spark开发环境准备工作
由于Spark仅仅是一种计算框架，不负责数据的存储和管理，因此，通常都会将Spark和Hadoop进行统一部署，由Hadoop中的HDFS、HBase等组件负责数据的存储管理，Spark负责数据计算。

安装Spark集群前，需要安装Hadoop环境

软件 版本
Linux系统 CentOS7.9版本
Hadoop 3.3.4版本
JDK 1.8版本 (jdk8u231)
Spark 3.3.2版本
二、了解Spark的部署模式
（一）Standalone模式
Standalone模式被称为集群单机模式。该模式下，Spark集群架构为主从模式，即一台Master节点与多台Slave节点，Slave节点启动的进程名称为Worker，存在单点故障的问题。
（二）Mesos模式
Mesos模式被称为Spark on Mesos模式。Mesos是一款资源调度管理系统，为Spark提供服务，由于Spark与Mesos存在密切的关系，因此在设计Spark框架时充分考虑到对Mesos的集成。
（三）Yarn模式
Yarn模式被称为Spark on Yarn模式，即把Spark作为一个客户端，将作业提交给Yarn服务。由于在生产环境中，很多时候都要与Hadoop使用同一个集群，因此采用Yarn来管理资源调度，可以提高资源利用率。
三、搭建Spark单机版环境
（一）前提是安装配置好了JDK
查看JDK版本

（二）下载、安装与配置Spark
1、下载Spark安装包
官网下载页面：https://spark.apache.org/downloads.html

下载链接：https://www.apache.org/dyn/closer.lua/spark/spark-3.3.2/spark-3.3.2-bin-hadoop3.tgz

下载到本地

2、将Spark安装包上传到虚拟机
将Spark安装包上传到ied虚拟机/opt目录

3、将Spark安装包解压到指定目录
执行命令：tar -zxvf spark-3.3.2-bin-hadoop3.tgz -C /usr/local

查看解压之后的spark目录

4、配置Spark环境变量
执行vim /etc/profile

export SPARK_HOME=/usr/local/spark-3.3.2-bin-hadoop3
export PATH=$SPAR{K}_{H}OME/bin:$SPARK_HOME/sbin:$PATH
1
2
存盘退出，执行命令：source /etc/profile，让环境配置生效

（三）使用Spark单机版环境
1、使用SparkPi来计算Pi的值
执行命令：run-example SparkPi 2 （其中参数2是指两个并行度）

查看计算结果：Pi is roughly 3.1412357061785308

2、使用Scala版本Spark-Shell
Spark-Shell是一个强大的交互式数据分析工具，初学者可以很好的使用它来学习相关API，用户可以在命令行下使用Scala编写Spark程序，并且每当输入一条语句，Spark-Shell就会立即执行语句并返回结果，这就是我们所说的REPL（Read-Eval-Print Loop，交互式解释器），Spark-Shell支持Scala和Python。
命令格式：spark-shell --master
–master表示指定当前连接的Master节点
用于指定Spark的运行模式
参数名称 相关说明
local 使用一个Worker线程本地化运行Spark
local[] 本地运行Spark，工作线程数量与本机CPU逻辑核心数量相同
local[N] 使用N个Worker线程本地化运行Spark
spark://host:port Standalone模式下，连接到指定的Spark集群，默认端口7077
yarn-client 以客户端模式连接Yarn集群，集群位置可在HADOOP_CONF_DIR环境变量中配置
yarn-cluster 以集群模式连接Yarn集群，集群位置可在HADOOP_CONF_DIR 环境变量中配置
mesos://host:port 连接到指定的Mesos集群。默认接口是5050
执行spark-shell命令，相当于执行spark-shell --master local[]命令，启动Scala版的Spark-Shell

访问Spark的Web UI界面 - http://ied:4040

注意：Spark 3.3.2使用的Scala版本其实是2.12.15

利用print函数输出了一条信息

计算1 + 2 + 3 + …… + 100

输出字符直角三角形

打印九九表

执行:quit命令，退出Spark Shell交互式环境

3、使用Python版本Spark-Shell
执行pyspark命令启动Python版的Spark-Shell

执行命令：yum -y install python3

执行命令：pyspark

输出一条信息，进行加法运算，然后退出交互式环境

4、初识弹性分布式数据集RDD
Spark 中的RDD (Resilient Distributed Dataset) 就是一个不可变的分布式对象集合。每个RDD 都被分为多个分区，这些分区运行在集群中的不同节点上。RDD 可以包含Python、Java、Scala 中任意类型的对象，甚至可以包含用户自定义的对象。用户可以使用两种方法创建RDD：读取一个外部数据集，或在驱动器程序里分发驱动器程序中的对象集合（比如list 和set）。

演示利用集合创建RDD

在/home目录下创建test.txt文件

例1、创建一个RDD
在pyspark命令行，执行命令：lines = sc.textFile(‘/home/test.txt’)

创建出来后，RDD 支持两种类型的操作： 转化操作（transformation） 和行动操作（action）。转化操作会由一个RDD 生成一个新的RDD。另一方面，行动操作会对RDD 计算出一个结果，并把结果返回到驱动器程序中，或把结果存储到外部存储系统（如HDFS）中。

例2、调用转化操作filter()
执行命令：sparkLines = lines.filter(lambda line: ‘spark’ in line)

例3、调用行动操作first()
执行命令：sparkLines.first()

转化操作和行动操作的区别在于Spark 计算RDD 的方式不同。虽然你可以在任何时候定义新的RDD，但Spark 只会惰性计算这些RDD。它们只有第一次在一个行动操作中用到时，才会真正计算。这种策略刚开始看起来可能会显得有些奇怪，不过在大数据领域是很有道理的。比如，看看例2 和例3，我们以一个文本文件定义了数据，然后把其中包含spark的行筛选出来。如果Spark 在我们运行lines = sc.textFile(…) 时就把文件中所有的行都读取并存储起来，就会消耗很多存储空间，而我们马上就要筛选掉其中的很多数据。相反， 一旦Spark 了解了完整的转化操作链之后，它就可以只计算求结果时真正需要的数据。事实上，在行动操作first() 中，Spark 只需要扫描文件直到找到第一个匹配的行为止，而不需要读取整个文件。
如果要显示全部包含spark的行，执行命令：sparkLines.collect()

同样的任务，在Scala的Spark Shell里完成

补充练习：利用Spark RDD实现词频统计
在spark-shell里完成

在pyspark里完成

但是执行wc1.collect()就会报错，目前没有解决问题。

四、搭建Spark Standalone集群
（一）Spark Standalone架构
Spark Standalone模式为经典的Master/Slave（主/从）架构，资源调度是Spark自己实现的。在Standalone模式中，根据应用程序提交的方式不同，Driver（主控进程）在集群中的位置也有所不同。应用程序的提交方式主要有两种：client和cluster，默认是client。可以在向Spark集群提交应用程序时使用–deploy-mode参数指定提交方式。
1、client提交方式
当提交方式为client时，运行架构如下图所示

集群的主节点称为Master节点，在集群启动时会在主节点启动一个名为Master的守护进程，类似YARN集群的ResourceManager；从节点称为Worker节点，在集群启动时会在各个从节点上启动一个名为Worker的守护进程，类似YARN集群的NodeManager。

Spark在执行应用程序的过程中会启动Driver和Executor两种JVM进程。

Driver为主控进程，负责执行应用程序的main()方法，创建SparkContext对象（负责与Spark集群进行交互），提交Spark作业，并将作业转化为Task（一个作业由多个Task任务组成），然后在各个Executor进程间对Task进行调度和监控。通常用SparkContext代表Driver。在上图的架构中，Spark会在客户端启动一个名为SparkSubmit的进程，Driver程序则运行于该进程。

Executor为应用程序运行在Worker节点上的一个进程，由Worker进程启动，负责执行具体的Task，并存储数据在内存或磁盘上。每个应用程序都有各自独立的一个或多个Executor进程。在Spark Standalone模式和Spark on YARN模式中，Executor进程的名称为CoarseGrainedExecutorBackend，类似运行MapReduce程序所产生的YarnChild进程，并且同时与Worker、Driver都有通信。

2、cluster提交方式
当提交方式为cluster时，运行架构如下图所示

Standalone cluster提交方式提交应用程序后，客户端仍然会产生一个名为SparkSubmit的进程，但是该进程会在应用程序提交给集群之后就立即退出。当应用程序运行时，Master会在集群中选择一个Worker进程启动一个名为DriverWrapper的子进程，该子进程即为Driver进程，所起的作用相当于YARN集群的ApplicationMaster角色，类似MapReduce程序运行时所产生的MRAppMaster进程。
（二）Spark集群拓扑
1、集群拓扑
一个主节点，两个从节点

2、集群角色分配
Spark Standalone模式的集群搭建需要在集群的每个节点都安装Spark，集群角色分配如下表所示。
节点 角色
master Master
slave1 Worker
slave2 Worker
（三）前提条件：安装配置了分布式Hadoop环境
启动hadoop集群

访问Hadoop WebUI界面

（四）在master虚拟机上安装配置Spark
1、将spark安装包上传到master虚拟机
进入/opt目录，查看上传的spark安装包

2、将spark安装包解压到指定目录
执行命令：tar -zxvf spark-3.3.2-bin-hadoop3.tgz -C /usr/local

3、配置spark环境变量
执行命令：vim /etc/profile

export SPARK_HOME=/usr/local/spark-3.3.2-bin-hadoop3
export PATH=$SPAR{K}_{H}OME/bin:$SPARK_HOME/sbin:$PATH

存盘退出后，执行命令：source /etc/profile，让配置生效

查看spark安装目录（bin、sbin和conf三个目录很重要）

4、编辑spark环境配置文件
进入spark配置目录后，执行命令：cp spark-env.sh.template spark-env.sh与vim spark-env.sh

添加三行语句

export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.8.0_231
export SPARK_MASTER_HOST=master
export SPARK_MASTER_PORT=7077

JAVA_HOME：指定JAVA_HOME的路径。若集群中每个节点在/etc/profile文件中都配置了JAVA_HOME，则该选项可以省略，Spark集群启动时会自动读取。为了防止出错，建议此处将该选项配置上。
SPARK_MASTER_HOST：指定集群主节点（master）的主机名，此处为master。
SPARK_MASTER_PORT：指定Master节点的访问端口，默认为7077。
存盘退出，执行命令：source spark-env.sh，让配置生效

5、创建slaves文件，添加从节点
执行命令：vim slaves，添加两个从节点主机名

（五）在slave1虚拟机上安装配置Spark
1、把master虚拟机上安装的spark分发给slave1虚拟机
执行命令：scp -r $SPAR{K}_{H}OMEroot@slave1:$SPARK_HOME

2、将master虚拟机上环境变量配置文件分发到slave1虚拟机
在master虚拟机上，执行命令：scp /etc/profile root@slave1:/etc/profile

在slave1虚拟机上，执行命令：source /etc/profile，让环境配置生效

3、在slave1虚拟机上让spark环境配置文件生效
在slave1虚拟机上，进入spark配置目录，执行命令：source spark-env.sh

（六）在slave2虚拟机上安装配置Spark
1、把master虚拟机上安装的spark分发给slave2虚拟机
执行命令：scp -r $SPAR{K}_{H}OMEroot@slave2:$SPARK_HOME

2、将master虚拟机上环境变量配置文件分发到slave2虚拟机
在master虚拟机上，执行命令：scp /etc/profile root@slave2:/etc/profile

在slave2虚拟机上，执行命令：source /etc/profile，让环境配置生效

3、在slave2虚拟机上让spark环境配置文件生效
在slave2虚拟机上，进入spark配置目录，执行命令：source spark-env.sh

（七）启动Spark Standalone集群
Spark Standalone集群使用Spark自带的资源调度框架，但一般我们把数据保存在HDFS上，用HDFS做数据持久化，所以Hadoop还是需要配置，但是可以只配置HDFS相关的，而Hadoop YARN不需要配置。启动Spark Standalone集群，不需要启动YARN服务，因为Spark会使用自带的资源调度框架。
1、启动hadoop的dfs服务
在master虚拟机上执行命令：start-dfs.sh

2、启动Spark集群
执行命令：start-all.sh

查看start-all.sh的源码启动Master与Worker的命令

Start Master

“${SPARK_HOME}/sbin”/start-master.sh

Start Worker

s"${SPARK_HOME}/sbin"/start-slaves.sh

可以看到，当执行start-all.sh命令时，会分别执行start-master.sh命令启动Master，执行start-slaves.sh命令启动Worker。

注意，若spark-evn.sh中配置了SPARK_MASTER_HOST属性，则必须在该属性指定的主机上启动Spark集群，否则会启动不成功；若没有配置SPARK_MASTER_HOST属性，则可以在任意节点上启动Spark集群，当前执行启动命令的节点即为Master节点。

启动完毕后，分别在各节点执行jps命令，查看启动的进程。若在master节点存在Master进程，slave1节点存在Worker进程，slave2节点存在Worker进程，则说明集群启动成功。

查看master节点进程

查看slave1节点进程

查看slave2节点进程

（八）访问Spark的WebUI
在浏览器里访问http://master:8080

在浏览器访问http://slave1:8081

在浏览器访问http://slave2:8081

如果要用IP地址来访问，得用浮动IP地址，不能用私有IP地址

用私有IP地址访问是不行的 - http://192.168.1.101:8080/

用浮动IP地址来访问才可以 - 192.168.218.181

查看私有云上虚拟机的配置

（九）启动Scala版Spark Shell
执行命令：spark-shell --master spark://master:7077 （注意–master，两个-不能少）

在/opt目录里执行命令：vim test.txt

在HDFS上创建park目录，将test.txt上传到HDFS的/park目录

读取HDFS上的文件，创建RDD，执行命令：val rdd = sc.textFile(“hdfs://master:9000/park/test.txt”)（说明：val rdd = sc.textFile(“/park/test.txt”)读取的依然是HDFS上的文件，绝对不是本地文件）

收集rdd的数据，执行命令：rdd.collect

进行词频统计，按单词个数降序排列，执行命令：val wordcount = rdd.flatMap(.split(" ")).map((, 1)).reduceByKey(_ + ).sortBy(._2, false)与`wordcount.collect.foreach(println)

（十）提交Spark应用程序
1、提交语法格式
Spark提供了一个客户端应用程序提交工具spark-submit，使用该工具可以将编写好的Spark应用程序提交到Spark集群。
spark-submit的使用格式如下：$ bin/spark-submit [options] [app options]
options表示传递给spark-submit的控制参数；
app jar表示提交的程序JAR包（或Python脚本文件）所在位置；
app options表示jar程序需要传递的参数，例如main()方法中需要传递的参数。
2、spark-submit常用参数
除了–master参数外，spark-submit还提供了一些控制资源使用和运行时环境的参数。
参数 描述
–master Master节点的连接地址，取值为spark://host:port、mesos://host:port、yarn、k8s://https://host:port 或 local（默认为local[*]）
–deploy-mode 提交方式，取值为client或cluster。client表示在本地客户端启动Driver程序，cluster表示在集群内部的工作节点上启动Driver程序，默认为client
–class 应用程序的主类（Java或Scala程序）
–name 应用程序名称，会在Spark Web UI中显示
–jars 应用依赖的第三方JAR包列表，以逗号分隔
–files 需要放到应用工作目录中的文件列表，以逗号分隔。此参数一般用来放需要分发到各节点的数据文件
–conf 设置任意的SparkConf配置属性，格式为“属性名=属性值”
–properties-file 加载外部包含键值对的属性文件。如果不指定，就默认读取Spark安装目录下的conf/spark-defaults.conf 文件中的配置
–driver-memory Driver进程使用的内存量，例如512MB或1GB，单位不区分大小写，默认为1GB
–executor-memory 每个Executor进程所使用的内存量。例如512MB或1GB，单位不区分大小写，默认为1GB
–driver-cores Driver进程使用的CPU核心数，仅在集群模式中使用，默认为1
-executor-cores 每个Executor进程所使用的CPU核心数，默认为1
num-executors Executor进程数量，默认为2。如果开启动态分配，那么初始Executor的数量至少是此参数配置的数量。需要注意的是，此参数仅在Spark On YARN模式中使用
3、案例演示 - 提交Spark自带的圆周率计算程序
进入Spark安装目录

（1）Standalone模式，采用client提交方式
执行下述命令，将Spark自带的求圆周率的程序提交到集群

bin/spark-submit
–class org.apache.spark.examples.SparkPi
–master spark://master:7077
./examples/jars/spark-examples_2.12-3.3.2.jar

提交Spark作业后，观察Spark集群管理界面，其中“Running Applications”列表表示当前Spark集群正在计算的作业，执行几秒后，刷新界面，在Completed Applications表单下，可以看到当前应用执行完毕，返回控制台查看输出信息，出现了“Pi is roughly 3.1424157120785603”，说明Pi值已经被计算完毕。

上述命令中的–master参数指定了Master节点的连接地址。该参数根据不同的Spark集群模式，其取值也有所不同，常用取值如下表所示。

取值 描述
spark://host:port Standalone模式下的Master节点的连接地址，默认端口为7077
yarn 连接到YARN集群。若YARN中没有指定ResourceManager的启动地址，则需要在ResourceManager所在的节点上进行应用程序的提交，否则将因找不到ResourceManager而提交失败
local 运行本地模式，使用1个CPU核心
local [N] 运行本地模式，使用N个CPU核心。例如，local[2]表示使用两个CPU核心运行程序
local[] 运行本地模式，尽可能使用最多的CPU核心
若不添加–master参数，则默认使用本地模式local[]运行。
（2）Standalone模式，采用cluster提交方式
在Standalone模式下，将Spark自带的圆周率计算程序提交到集群，并且设置Driver进程使用内存为512MB，每个Executor进程使用内存为1GB，每个Executor进程所使用的CPU核心数为2，提交方式为cluster（Driver进程运行在集群的工作节点中），执行命令如下：
bin/spark-submit
–master spark://master:7077
–deploy-mode cluster
–class org.apache.spark.examples.SparkPi
–driver-memory 512m
–executor-memory 1g
–executor-cores 2
./examples/jars/spark-examples_2.12-3.3.2.jar

当然可以写成一行
bin/spark-submit --master spark://master:7077 --deploy-mode cluster --class org.apache.spark.SparkPi --driver-memory 512m --executor-memory 1g --executor-cores 2 ./examples/jars/spark-examples_2.12-3.3.2.jar
1
执行命令后，看到State of driver-20230406114733-0000 is RUNNING，就表明运行成功~，否则会显示State of driver-20230406114733-0000 is FAILED

在Spark WebUI界面上查看运行结果，访问http://master:8080

单击圈红的Worker超链接 - worker-20230406114652-192.168.1.102-36708
注意：必须把私有IP地址改成主机名slave1或者对应的浮动IP地址

单击stdout超链接，可以查看到Pi的计算结果

（十一）停止Spark集群服务
在master节点执行命令：stop-all.sh