Spark简介

1.Spark基本概念

Spark是一种基于内存计算的大数据并行计算框架，最早是由加州大学伯克利分校开发，现已经成为Apche顶级开源项目，其作为MapReduce 的替代方案，兼容HDFS、Hive等分布式存储层，相对于MapReduce其具有以下优点：

• 基于内存计算，避免了大量IO操作，速度快
• 秉持移动计算优于移动数据的理念，大大减少了文件的传输代价
• 更好的容错性
• 提供了实时的流处理功能
• 简单易用
• 强大的社区支持
• 支持多语言编程接口

2.Spark 与 Hadoop

Spark作为hadoop大数据处理体系中的一员，最新的架构基于hadoop2.0，如下图所示：

hadoop2.0

Hadoop2.0的架构分为三层，最底层为分布式存储系统即HDFS,中间层为资源管理系统，广泛使用Yarn，最上层为分布式计算框架层，在这一层可以存在各种各样的并行计算框架，比如MapReduce、Spark等，其实在hadoop1.0时是没有资源管理系统这一层的，在老版本中，是由资源管理模块来对计算资源进行管理的，不同的分布式计算框架对应不同的资源管理模块，MapReduce 对应MapReduce的资源管理模块，Spark对应Spark的资源管理模块，随着大数据处理技术的不断发展，出现了各式各样的计算框架，为了使Hadoop更好的支持这些计算框架，因此2.0中提出了资源管理系统层，所有计算框架的资源统一由资源管理系统来分配管理，从而可以更好的支持不断推陈出新的计算框架；

3.Spark生态系统

Spark生态系统

Spark主要提供了上图所示的几部分功能：

• SparkCore ：基于RDD提供了丰富的操作接口，更加灵活的处理批处理作业
• Spark SQL：兼容Hive的接口HQL，提供更快速度的SQL查询
• Spark Streaming：将流式计算分解为短批处理作业，支持流式处理作业
• GraphX：基于Spark的图处理框架，提供图构建及图转换功能
• MLlib: 构建在Spark上的机器学习算法库，支持常见的推荐算法、聚类算法

4.Spark RDD

在Spark中最为关键的当属RDD(Resilient Distributed DataSets) ，全称：弹性分布式数据集，RDD存储在内存中，因此大大减少了像MapReduce中的文件IO操作，提高了运算速度，RDD来源只有两个途径：

• 来自于内存集合和外部存储系统
• 来自于其他RDD，比如通过转换操作：map、filter、join等
  RDD具有以下五种特性：
• 分区属性：每个RDD由若干个partition构成
• 依赖关系：RDD之间是具有依赖关系的，下一小节会详细介绍
• 分区单位计算：RDD中的计算都是以分区为单位的，即每个运算作用于一个分区中的所有元素
• 分区函数：分为哈希分区函数及区域分区函数
• 优先位置：Spark秉承移动数据不如移动计算的理念，在生成运算任务时优先会将计算放在数据所在的节点上，尽量避免数据的传输开销

4.1 RDD 依赖关系

RDD依赖关系分为两种，窄依赖与宽依赖，两者定义如下：

• 窄依赖：是指每个父RDD的一个Partition最多被子RDD的一个Partition所使用，例如map、filter、union等操作都会产生窄依赖；

• 宽依赖：是指一个父RDD的Partition会被多个子RDD的Partition所使用，例如groupByKey、reduceByKey、sortByKey等操作都会产生宽依赖；
  依赖关系是Spark切分任务阶段的依据；

  
  
  窄依赖与宽依赖
  
  

  RDD之间的依赖关系是Spark拆分任务阶段的依据，后面会详细讲解；

4.2 RDD操作

RDD操作可简单分为两类，一类为Transformation操作，另一类为Action操作，两者区别如下：

RDD操作分类

可以简单的认为Transformation操作只是建立了RDD之间的逻辑关系，并不会真正触发运算，只有遇到Action操作后才会真正触发作业的提交，一个spark程序会穿插着Transformation操作与Action操作，Action才会得到最终的结果；

5.Spark运行模式及原理

Spark运行原理示意图

如图中所示：一个Spark程序可从逻辑上拆分为Driver程序与Worker程序，Driver程序在运行过程中会创建SparkContext,SparkContext是整个程序的入口，SparkContext在初始化过程中会创建DAGScheduler和TaskScheduler，分别负责作业调度和任务调度，这两个模块是Spark程序切分作业及任务调度最为核心的模块，后面小节会进行详细介绍，SparkContext通过资源管理模块与Executor通讯，在SparkContext申请到计算资源后，会将任务分配到具体的Executor上运行；

5.1 Spark调度管理

Spark调度相关基本概念：

• Task（任务）：单个分区数据集上最小的处理流程单元
• TaskSet(任务集)：一组关联的并且无依赖关系的任务集合
• Stage（调度阶段）：一个任务集合对应一个调度阶段
• Job（作业）：由一个或多个调度阶段组成

• Application（应用程序）:由一个或多个作业组成
  其之间的关系可用下图表示：

  
  
  关系示意图

Spark调度管理主要由DAGScheduler和TaskScheduler负责：

• 作业调度-DAGScheduler– 任务的规划者
• 任务调度-TaskScheduler– 任务的执行者

Spark调度管理

SparkContext初始化过程中会生成DAG图，DAG图表示了整个任务中RDD之间的逻辑关系，DAGScheduler会从该图的终结点向前开始遍历，当遇到宽依赖时会将当前遍历的RDD操作划归于一个调度阶段（即一个任务集合），然后再进行下一阶段的遍历，最后将由若干个调度阶段组成的作业提交给TaskScheduler，作业的执行是按照调度阶段顺序有序执行的，只有前一阶段执行成功后才会进行下一阶段的调度，当任务集合提交给TaskScheduler后，任务集管理模块会创建TaskSetManager实例来对该任务集进行管理，申请到资源后任务开始执行，任务执行结束后结果会反馈给TaskScheduler，任务集任务执行情况同样会反馈给DAGScheduler，当前阶段任务集执行成功后会依次进行下一阶段任务集的调度；

6.Spark任务监控

Spark自带了UI界面来向用户展示作业的执行情况；通过UI界面可以查看Job，Stage，Storge等的执行情况；