Spark基础

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几个重要的概念：

• RDD：是弹性分布式数据集（Resilient Distributed Dataset）的简称，是分布式内存的一个抽象概念，提供了一种高度受限的共享内存模型；
• DAG：是Directed Acyclic Graph（有向无环图）的简称，反映RDD之间的依赖关系；
• Executor：是运行在工作节点（Worker Node）上的一个进程，负责运行任务，并为应用程序存储数据；
• 应用：用户编写的Spark应用程序；
• 任务：运行在Executor上的工作单元；
• 作业：一个作业包含多个RDD及作用于相应RDD上的各种操作；
• 阶段：是作业的基本调度单位，一个作业会分为多组任务，每组任务被称为“阶段”，或者也被称为“任务集”

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RDD

RDD提供了一个抽象的数据架构，我们不必担心底层数据的分布式特性，只需将具体的应用逻辑表达为一系列转换处理，不同RDD之间的转换操作形成依赖关系，可以实现管道化，从而避免了中间结果的存储，大大降低了数据复制、磁盘IO和序列化开销。一个RDD就是一个分布式对象集合，本质上是一个只读的分区记录集合，每个RDD可以分成多个分区，每个分区就是一个数据集片段，并且一个RDD的不同分区可以被保存到集群中不同的节点上，从而可以在集群中的不同节点上进行并行计算。RDD提供了一种高度受限的共享内存模型，即RDD是只读的记录分区的集合，不能直接修改，只能基于稳定的物理存储中的数据集来创建RDD，或者通过在其他RDD上执行确定的转换操作（如map、join和groupBy）而创建得到新的RDD。

1. RDD的两种创建方式(均通过SparkContext创建)：
   1. 读取文件中的数据集：sc.textFile(filePath)
   2. 在Driver中已经存在的一个集合上创建：sc.parallelize(array)
2. RDD创建好后，会进行两种操作：
   1. 转换：对现有数据集进行处理，结果还是数据集。常见转换操作有
      • filter(func) :筛选
      • map(func) :对每个元素进行操作
      • groupByKey() :专用于键值对。按key进行分组
      • reduceByKey(func) :专用于键值对。对相同key的value进行聚合操作
   2. 行动：在数据集上进行运算，产生结果。常见行动操作有
      • count() :返回集合中的元素个数
      • collect() :以数组形式返回集合中的所有元素(会把所有worker结点上的RDD都抓取过来，有内存溢出的风险，可以先take一部分)
      • first() :返回数据集中的第一个元素
      • take(n) :以数组形式返回数据集中的前n个元素
      • reduce(func) :对数据集进行聚合操作
      • foreach(func) :对数据集的每个元素进行操作
   3. 由于惰性机制，==每次==在有行动操作后才会==从头进行计算==。为避免多次行动重复计算，可以用对计算结果进行持久化persist。调用cache方法时会调用persist(MEMORY_ONLY)。

共享变量

默认情况下，当Spark在集群的多个不同节点的多个任务上并行运行一个函数时，它会把函数中涉及到的每个变量，在每个任务上都生成一个副本。但是有时候，需要在多个任务之间共享变量，或者在任务（Task）和任务控制节点（Driver Program）之间共享变量。

1. 广播变量：允许程序开发人员在每个机器上缓存一个只读的变量，而不是为机器上的每个任务都生成一个副本。通过这种方式，就可以非常高效地给每个节点（机器）提供一个大的输入数据集的副本。Spark的“动作”操作会跨越多个阶段（stage），对于每个阶段内的所有任务所需要的公共数据，Spark都会自动进行广播。通过广播方式进行传播的变量，会经过序列化，然后在被任务使用时再进行反序列化。这就意味着，显式地创建广播变量只有在下面的情形中是有用的：当跨越多个阶段的那些任务需要相同的数据，或者当以反序列化方式对数据进行缓存是非常重要的。
2. 累加器：一个数值型的累加器，可以通过调用sc.longAccumulator()或sc.doubleAccumulator()来创建。运行在集群中的任务，就可以使用add方法来把数值累加到累加器上，但是，这些任务只能做累加操作，不能读取累加器的值，只有任务控制节点（Driver Program）可以使用value方法来读取累加器的值

数据操作

1. 文件数据读写
   • sc.textFile(filePath)
2. Hbase数据库
   • Hbase是一个分布式，面向列的非关系型分布式数据库，列可以划分列族
   • 通过java API调用
3. Spark SQL
   • 主要结构为DataFrame。RDD数据内部结构是不可知的，但是DataFrame是一种以RDD为基础的分布式数据集，提供了详细的结构信息。共同点为同样为惰性运算。
   • 创建方式
     • 直接创建
     • RDD转换
     • 读写Parquet：是一种列式存储格式，可以高效的存储具有嵌套字段的记录。存储非常高效
     • JDBC连接MySQL
     • Hive

流计算

1. 静态数据对应批量计算(hadoop)，流数据对应流计算(实时计算)
2. 流计算处理过程：
   • 实时采集
   • 实时计算

   • 实时查询

     
     流计算过程
3. Spark Streaming的基本原理是将实时输入数据流以时间片（秒级）为单位进行拆分(DStream)，然后经Spark引擎以类似批处理的方式处理每个时间片数据
4. Spark Streaming和Storm最大的区别在于，Spark Streaming无法实现毫秒级的流计算，而Storm可以实现毫秒级响应。
   Spark Streaming无法实现毫秒级的流计算，是因为其将流数据按批处理窗口大小（通常在0.5~2秒之间）分解为一系列批处理作业，在这个过程中，会产生多个Spark 作业，且每一段数据的处理都会经过Spark DAG图分解、任务调度过程，因此，无法实现毫秒级相应。Spark Streaming难以满足对实时性要求非常高（如高频实时交易）的场景，但足以胜任其他流式准实时计算场景。相比之下，Storm处理的单位为Tuple，只需要极小的延迟。
5. 编写Spark Streaming程序的基本步骤是：
   1.通过创建输入DStream来定义输入源
   2.通过对DStream应用转换操作和输出操作来定义流计算。
   3.用streamingContext.start()来开始接收数据和处理流程。
   4.通过streamingContext.awaitTermination()方法来等待处理结束（手动结束或因为错误而结束）。
   5.可以通过streamingContext.stop()来手动结束流计算进程
6. 输入源：
   • 文件流：支持以秒为单位时间监听文件变化，对新增的文件进行实时计算ssc.textFileStream(filePath)
   • 套接字流：可以通过socket端口监听文件数据变化ssc.socketTextStream(socketPath)
   • RDD队列流：ssc.queueStream(rddQueue)
   • 流行日志采集系统：Kafka，Flume
7. 转换操作
   • 无状态转换：每个批次的处理不依赖以前的处理结果。eg：监听时，只处理本次监听过程中获取的输入数据，不会与之前监听到的数据处理结果有关系
   • 有状态转换：当前批次的处理需要使用之前批次的数据或者中间结果。有状态转换包括
     • 基于滑动窗口的转换：eg:val wordCounts = pair.reduceByKeyAndWindow(_ + _,_ - _,Minutes(2),Seconds(10),2)。当滑动窗口到达一个新的位置时，原来之前被窗口框住的部分数据离开了窗口，又有新的数据被窗口框住，但是，这时计算窗口内单词的词频时，不需要对当前窗口内的所有单词全部重新执行统计，而是只要把窗口内新增进来的元素，增量加入到统计结果中，把离开窗口的元素从统计结果中减去，这样，就大大提高了统计的效率。
     • 追踪状态变化的转换：在跨批次之间维护状态updateStateByKey()
8. 输出操作：
   • 输出到文本：saveAsTextFiles(filePath)
   • 写入数据库：conn = java.sql.DriverManager.getConnection(url, user, password)