Spark 入门

Spark

Spark 背景

什么是 Spark

官网：http://spark.apache.org

Spark是一种快速、通用、可扩展的大数据分析引擎，2009年诞生于加州大学伯克利分校AMPLab，2010年开源，2013年6月成为Apache孵化项目，2014年2月成为Apache顶级项目。目前，Spark生态系统已经发展成为一个包含多个子项目的集合，其中包含SparkSQL、Spark Streaming、GraphX、MLlib等子项目，Spark是基于内存计算的大数据并行计算框架。Spark基于内存计算，提高了在大数据环境下数据处理的实时性，同时保证了高容错性和高可伸缩性，允许用户将Spark部署在大量廉价硬件之上，形成集群。

Spark与Hadoop

Spark是一个计算框架,而Hadoop中包含计算框架MapReduce和分布式文件系统HDFS,Hadoop更广泛地说还包括在其生态系统上的其他系统.

为什么使用Spark?

Hadoop的MapReduce计算模型存在问题:
Hadoop的MapReduce的核心是Shuffle(洗牌).在整个Shuffle的过程中,至少产生6次I/O流.基于MapReduce计算引擎通常会将结果输出到次盘上,进行存储和容错.另外,当一些查询(如:hive)翻译到MapReduce任务是,往往会产生多个Stage,而这些Stage有依赖底层文件系统来存储每一个Stage的输出结果,而I/O的效率往往较低,从而影响MapReduce的运行速度.

Spark的特点

快

与Hadoop的MapReduce相比，Spark基于内存的运算要快100倍以上，基于硬盘的运算也要快10倍以上。Spark实现了高效的DAG执行引擎，可以通过基于内存来高效处理数据流。

易用

Spark支持Java、Python和Scala的API，还支持超过80种高级算法，使用户可以快速构建不同的应用。而且Spark支持交互式的Python和Scala的shell，可以非常方便地在这些shell中使用Spark集群来验证解决问题的方法。

通用

Spark提供了统一的解决方案。Spark可以用于批处理、交互式查询（Spark SQL）、实时流处理（Spark Streaming）、机器学习（Spark MLlib）和图计算（GraphX）。这些不同类型的处理都可以在同一个应用中无缝使用。Spark统一的解决方案非常具有吸引力，毕竟任何公司都想用统一的平台去处理遇到的问题，减少开发和维护的人力成本和部署平台的物力成本。

兼容性

Spark 可以非常方便地与其他的开源产品进行融合。比如，Spark 可以使用Hadoop 的 YARN 和 Apache Mesos 作为它的资源管理和调度器.并且可以处理所有 Hadoop 支持的数据，包括 HDFS、HBase 和 Cassandra 等。这对于已经部署Hadoop 集群的用户特别重要，因为不需要做任何数据迁移就可以使用 Spark 的强大处理能力。Spark 也可以不依赖于第三方的资源管理和调度器，它实现了Standalone 作为其内置的资源管理和调度框架，这样进一步降低了 Spark 的使用门槛，使得所有人都可以非常容易地部署和使用 Spark。此外，Spark 还提供了在EC2 上部Standalone 的 Spark 集群的工具。

Spark的生态系统

• Spark Core：

实现了 Spark 的基本功能，包含任务调度、内存管理、错误恢复、与存储系统 交互等模块。Spark Core 中还包含了对弹性分布式数据集(resilient distributed dataset，简称RDD)的 API 定义。

• Spark Streaming:

Spark Streaming基于微批量方式的计算和处理,可以用于处理实时的流数据.它使用DStream,简单来说是一个弹性分布式数据集(RDD)系列,处理实时数据.数据可以从Kafka,Flume,Kinesis或TCP套接字等众多来源获取,并且可以使用由高级函数（如 map，reduce，join 和 window）开发的复杂算法进行流数据处理。最后，处理后的数据可以被推送到文件系统，数据库和实时仪表板。

• Spark SQL

SPark SQL可以通过JDBC API将Spark数据集暴露出去,而且还可以用传统的BI和可视化工具在Spark数据上执行类似SQL的查询,用户哈可以用Spark SQL对不同格式的数据(如Json, Parque以及数据库等)执行ETl,将其转化,然后暴露特定的查询.

• Spark MLlib

MLlib是一个可扩展的Spark机器学习库，由通用的学习算法和工具组成，包括二元分类、线性回归、聚类、协同过滤、梯度下降以及底层优化原语。

• Spark Graphx:

GraphX是用于图计算和并行图计算的新的（alpha）Spark API。通过引入弹性分布式属性图（Resilient Distributed Property Graph），一种顶点和边都带有属性的有向多重图，扩展了Spark RDD。为了支持图计算，GraphX暴露了一个基础操作符集合（如subgraph，joinVertices和aggregateMessages）和一个经过优化的Pregel API变体。此外，GraphX还包括一个持续增长的用于简化图分析任务的图算法和构建器集合。

• 集群管理器：

Spark 设计为可以高效地在一个计算节点到数千个计算节点之间伸缩计 算。为了实现这样的要求，同时获得最大灵活性，Spark 支持在各种集群管理器(cluster manager)上运行，包括 Hadoop YARN、Apache Mesos，以及 Spark 自带的一个简易调度 器，叫作独立调度器。

Spark得到了众多大数据公司的支持，这些公司包括Hortonworks、IBM、Intel、Cloudera、MapR、Pivotal、百度、阿里、腾讯、京东、携程、优酷土豆。当前百度的Spark已应用于凤巢、大搜索、直达号、百度大数据等业务；阿里利用GraphX构建了大规模的图计算和图挖掘系统，实现了很多生产系统的推荐算法；腾讯Spark集群达到8000台的规模，是当前已知的世界上最大的Spark集群。

Spark 的用户和用途

我们大致把Spark的用例分为两类：数据科学应用和数据处理应用。也就对应的有两种人群：数据科学家和工程师。

数据科学任务

主要是数据分析领域，数据科学家要负责分析数据并建模，具备 SQL、统计、预测建模(机器学习)等方面的经验，以及一定的使用 Python、 Matlab 或 R 语言进行编程的能力。

数据处理应用

工程师定义为使用 Spark 开发 生产环境中的数据处理应用的软件开发者，通过对接Spark的API实现对处理的处理和转换等任务。

Spark架构中的基本组件:

• Driver:运行Application的main() 函数并创建SparkContext

• Worker:从节点,负责控制计算节点,启动Ex而粗投入或Driver

• SparkContext: 整个应用的上下文,监控应用的生命周期

• SparkConf：负责存储配置信息。

• Executor: 执行器,在worker node上执行任务组件,用于启动线程执行任务.每个Application拥有独立的一组Executors

• ClusterManager:在standlone模式中即为Master(主节点),控制整个集群.监控Worker.在Yarn模式中为资源管理器.

• RDD:弹性分布式集合,spark的基本计算单元，一组RDD可形成执行的有向无环图RDD Graph

• DAG Scheduler: 根据作业(Job)构建基于Stage的DAG,并交给Stage给TaskScheduler

• TaskScheduler：将任务（Task）分发给Executor执行

• SparkEnv：线程级别的上下文，存储运行时的重要组件的引用。SparkEnv内创建并包含如下一些重要组件的引用。

• MapOutPutTracker：负责Shuffle元信息的存储。

• BroadcastManager：负责广播变量的控制与元信息的存储。

• BlockManager：负责存储管理、创建和查找块。

• MetricsSystem：监控运行时性能指标信息。

Spark的整体流程:client提交应用,Master找到一个Worker启动Driver,Driver向Master或者向资源管理器申请资源,之后将应用转化为RDD Graph，再由DAGScheduler将RDD Graph转化为Stage的有向无环图提交给TaskScheduler，由TaskScheduler提交任务给Executor执行。在任务执行的过程中，其他组件协同工作，确保整个应用顺利执行。

搭建 Spark 集群

Spark的部署模式有Local、Local-Cluster、Standalone、Yarn、Mesos，我们选择最具代表性的Standalone集群部署模式。安装java环境,Spark自动会把scala SDK打包到Spark中无需安装scala环境

环境

linux: CentOS-7.5_x64
hadoop: hadoop-3.2.0
spark: spark-2.3.3
zookeeper: zookeeper-3.4.10

机器规划

主机名	IP	安装软件	运行进程
node-1	192.168.91.11	spark	Master
node-2	192.168.91.12	spark,zookeeper	Worker,QuorumPeerMain
node-3	192.168.91.13	spark,zookeeper	Worker,QuorumPeerMain
node-4	192.168.91.14	spark,zookeeper	Worker,QuorumPeerMain

配置 Spark 环境

# 下载对应的Spark安装包
$ wget http://mirrors.hust.edu.cn/apache/spark/spark-2.3.3/spark-2.3.3-bin-hadoop2.7.tgz

# 解压缩
$ tar -zxvf spark-2.3.3-bin-hadoop2.7.tgz

# 进入spark解压目录
$ cd $SPARK_HOME

# 修改Spark的环境配置文件
$ cp conf/spark-env.sh.template spark-env.sh
$ vim conf/spark-env.sh

# 添加如下配置
export JAVA_HOME=/usr/java/jdk1.8.0_191

# 修改slave的配置
$ cp $SPARK_HOME/conf/slaves.template slaves
$ vi slaves

# 在该文件中添加子节点所在的位置（Worker节点）
node-2
node-3
node-4

# 将配置好的spark 复制到其他机器上(node-2,node-3,node-4)
$ scp -r spark-2.3.2-bin-hadoop2.7 root@node-2:/xxx/xxx

# 启动spark集群
$ sbin/start-master.sh
$ sbin/start-slaves.sh

# 也可以是用这个脚本启动所有机器
$ sbin/start-all.sh

启动后执行jps命令，主节点上有Master进程，其他子节点上有Work进行，登录Spark管理界面查看集群状态（主节点）：http://node-1:8080/

Spark 集群 HA

机器规划

主机名	IP	安装软件	运行进程
node-1	192.168.91.11	spark	Master
node-2	192.168.91.12	spark,zookeeper	Master,QuorumPeerMain
node-3	192.168.91.13	spark,zookeeper	Worker,QuorumPeerMain
node-4	192.168.91.14	spark,zookeeper	Worker,QuorumPeerMain

1.安装配置zk集群，并启动zk集群zookeeper安装

2.修改spark的配置文件添加如下配置

export SPARK_DAEMON_JAVA_OPTS="-Dspark.deploy.recoveryMode=ZOOKEEPER -Dspark.deploy.zookeeper.url=node-2:2181,node-3:2181,node-4:2181 -Dspark.deploy.zookeeper.dir=/spark"

3.修改所有节点的slaves文件改为（node-3,node-4）节点

4.在node1上执行 sbin/start-all.sh，然后在 node-2 上启动第二个 Master（sbin/start-master.sh ）

执行第一个spark程序

$SPARK_HOME/bin/spark-submit --class org.apache.spark.examples.SparkPi --master spark://master-ip:7077 --executor-memory 1G --total-executor-cores 2 $SPARK_HOME/examples/jars/spark-examples_2.11-2.3.3.jar 100

spark Shell

spark-shell是Spark自带的交互式Shell程序，方便用户进行交互式编程，用户可以在该命令行下用scala编写spark程序。

$SPARK_HOME/bin/spark-shell --master spark://node-1:7077 --executor-memory 2g --total-executor-cores 2

参数说明：

# 指定Master的地址
--master spark://node-1:7077

# 指定每个worker可用内存为2G
--executor-memory 2g

# 指定整个集群使用的cup核数为2个
--total-executor-cores 2

注意

如果启动spark shell时没有指定master地址，但是也可以正常启动spark shell和执行spark
shell中的程序，其实是启动了spark的local模式，该模式仅在本机启动一个进程，没有与集群建立联系。
Spark Shell中已经默认将SparkContext类初始化为对象sc。用户代码如果需要用到，则直接应用sc即可

spark shell中编写WordCount

在spark shell中用scala语言编写spark程序

# sc是SparkContext对象，该对象时提交spark程序的入口
sc.textFile("file:///root/data/words.txt").flatMap(_.split(" ")).map((_,1)).reduceByKey(_+_).saveAsTextFile("file:///root/data/output1")

# 从本地文件系统中读取数据
textFile("file:///root/data/words.txt")

# 读取每一行数据并切分
flatMap(_.split(" "))

# 将数据切分映射将单词和1构成元组
map((_,1))

# 按照key进行reduce，并将value累加
reduceByKey(_+_)

# 将结果写入到指定位置
saveAsTextFile("file:///root/data/output1")