Spark SQL从入门到精通

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本文主要是帮助大家从入门到精通掌握spark sql。篇幅较长，内容较丰富建议大家收藏，仔细阅读。

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发家史

熟悉spark sql的都知道，spark sql是从shark发展而来。Shark为了实现Hive兼容，在HQL方面重用了Hive中HQL的解析、逻辑执行计划翻译、执行计划优化等逻辑，可以近似认为仅将物理执行计划从MR作业替换成了Spark作业（辅以内存列式存储等各种和Hive关系不大的优化）；
同时还依赖Hive Metastore和Hive SerDe（用于兼容现有的各种Hive存储格式）。
Spark SQL在Hive兼容层面仅依赖HQL parser、Hive Metastore和Hive SerDe。也就是说，从HQL被解析成抽象语法树（AST）起，就全部由Spark SQL接管了。执行计划生成和优化都由Catalyst负责。借助Scala的模式匹配等函数式语言特性，利用Catalyst开发执行计划优化策略比Hive要简洁得多。
Spark SQL

spark sql提供了多种接口：

纯Sql 文本
dataset/dataframe api

当然，相应的，也会有各种客户端：

sql文本，可以用thriftserver/spark-sql

编码，Dataframe/dataset/sql

Dataframe/Dataset API简介

Dataframe/Dataset也是分布式数据集，但与RDD不同的是其带有schema信息，类似一张表。
可以用下面一张图详细对比Dataset/dataframe和rdd的区别：

Dataset是在spark1.6引入的，目的是提供像RDD一样的强类型、使用强大的lambda函数，同时使用spark sql的优化执行引擎。到spark2.0以后，DataFrame变成类型为Row的Dataset，即为：

type DataFrame = Dataset[Row]

所以，很多移植spark1.6及之前的代码到spark2+的都会报错误，找不到dataframe类。

基本操作

val df = spark.read.json(“file:///opt/meitu/bigdata/src/main/data/people.json”)df.show()import spark.implicits._df.printSchema()df.select("name").show()df.select($"name", $"age" + 1).show()df.filter($"age" > 21).show()df.groupBy("age").count().show()spark.stop()

分区分桶排序

分桶排序保存hive表df.write.bucketBy(42,“name”).sortBy(“age”).saveAsTable(“people_bucketed”)分区以parquet输出到指定目录df.write.partitionBy("favorite_color").format("parquet").save("namesPartByColor.parquet")分区分桶保存到hive表df.write .partitionBy("favorite_color").bucketBy(42,"name").saveAsTable("users_partitioned_bucketed")

cube rullup pivot

cubesales.cube("city", "year”).agg(sum("amount")as "amount”) .show()rull upsales.rollup("city", "year”).agg(sum("amount")as "amount”).show()pivot 只能跟在groupby之后sales.groupBy("year").pivot("city",Seq("Warsaw","Boston","Toronto")).agg(sum("amount")as "amount”).show()

SQL编程

Spark SQL允许用户提交SQL文本，支持一下三种手段编写sql文本：

spark 代码
spark-sql的shell
thriftserver
支持Spark SQL自身的语法，同时也兼容HSQL。
1. 编码
要先声明构建SQLContext或者SparkSession，这个是SparkSQL的编码入口。早起的版本使用的是SQLContext或者HiveContext，spark2以后，建议使用的是SparkSession。

1. SQLContextnew SQLContext(SparkContext)2. HiveContextnew HiveContext(spark.sparkContext)3. SparkSession不使用hive元数据：val spark = SparkSession.builder() .config(sparkConf) .getOrCreate()使用hive元数据val spark = SparkSession.builder() .config(sparkConf) .enableHiveSupport().getOrCreate()

使用

val df =spark.read.json("examples/src/main/resources/people.json") df.createOrReplaceTempView("people") spark.sql("SELECT * FROM people").show()

2. spark-sql脚本

spark-sql 启动的时候类似于spark-submit 可以设置部署模式资源等，可以使用
bin/spark-sql –help 查看配置参数。
需要将hive-site.xml放到${SPARK_HOME}/conf/目录下，然后就可以测试

show tables;select count(*) from student;

3. thriftserver

thriftserver jdbc/odbc的实现类似于hive1.2.1的hiveserver2，可以使用spark的beeline命令来测试jdbc server。

安装部署1). 开启hive的metastorebin/hive --service metastore 2). 将配置文件复制到spark/conf/目录下3). thriftserversbin/start-thriftserver.sh --masteryarn  --deploy-mode client对于yarn只支持client模式4). 启动bin/beeline5). 连接到thriftserver!connect jdbc:hive2://localhost:10001

用户自定义函数

1. UDF

定义一个udf很简单，例如我们自定义一个求字符串长度的udf。

val len = udf{(str:String) => str.length}spark.udf.register("len",len)val ds =spark.read.json("file:///opt/meitu/bigdata/src/main/data/employees.json")ds.createOrReplaceTempView("employees")ds.show()spark.sql("select len(name) from employees").show()

2. UserDefinedAggregateFunction

定义一个UDAF

import org.apache.spark.sql.{Row, SparkSession}import org.apache.spark.sql.expressions.MutableAggregationBufferimport org.apache.spark.sql.expressions.UserDefinedAggregateFunctionimport org.apache.spark.sql.types._object MyAverageUDAF extends UserDefinedAggregateFunction { //Data types of input arguments of this aggregate function definputSchema:StructType = StructType(StructField("inputColumn", LongType) :: Nil) //Data types of values in the aggregation buffer defbufferSchema:StructType = {   StructType(StructField("sum", LongType):: StructField("count", LongType) :: Nil) } //The data type of the returned value defdataType:DataType = DoubleType //Whether this function always returns the same output on the identical input defdeterministic: Boolean = true //Initializes the given aggregation buffer. The buffer itself is a `Row` that inaddition to // standard methods like retrieving avalue at an index (e.g., get(), getBoolean()), provides // the opportunity to update itsvalues. Note that arrays and maps inside the buffer are still // immutable. definitialize(buffer:MutableAggregationBuffer): Unit = {   buffer(0) = 0L   buffer(1) = 0L } //Updates the given aggregation buffer `buffer` with new input data from `input` defupdate(buffer:MutableAggregationBuffer, input: Row): Unit ={   if(!input.isNullAt(0)) {     buffer(0) = buffer.getLong(0)+ input.getLong(0)     buffer(1) = buffer.getLong(1)+ 1   } } // Mergestwo aggregation buffers and stores the updated buffer values back to `buffer1` defmerge(buffer1:MutableAggregationBuffer, buffer2: Row): Unit ={   buffer1(0) = buffer1.getLong(0)+ buffer2.getLong(0)   buffer1(1) = buffer1.getLong(1)+ buffer2.getLong(1) } //Calculates the final result defevaluate(buffer:Row): Double =buffer.getLong(0).toDouble /buffer.getLong(1)}

使用UDAF

val ds = spark.read.json("file:///opt/meitu/bigdata/src/main/data/employees.json")ds.createOrReplaceTempView("employees")ds.show()spark.udf.register("myAverage", MyAverageUDAF)val result = spark.sql("SELECT myAverage(salary) as average_salary FROM employees")result.show()

3. Aggregator

定义一个Aggregator

import org.apache.spark.sql.{Encoder, Encoders, SparkSession}import org.apache.spark.sql.expressions.Aggregatorcase class Employee(name: String, salary: Long)case class Average(var sum: Long, var count: Long)object MyAverageAggregator extends Aggregator[Employee, Average, Double] { // A zero value for this aggregation. Should satisfy the property that any b + zero = b def zero: Average = Average(0L, 0L) // Combine two values to produce a new value. For performance, the function may modify `buffer` // and return it instead of constructing a new object def reduce(buffer: Average, employee: Employee): Average = {   buffer.sum += employee.salary   buffer.count += 1   buffer } // Merge two intermediate values def merge(b1: Average, b2: Average): Average = {   b1.sum += b2.sum   b1.count += b2.count   b1 } // Transform the output of the reduction def finish(reduction: Average): Double = reduction.sum.toDouble / reduction.count // Specifies the Encoder for the intermediate value type def bufferEncoder: Encoder[Average] = Encoders.product // Specifies the Encoder for the final output value type def outputEncoder: Encoder[Double] = Encoders.scalaDouble}

使用

spark.udf.register("myAverage2", MyAverageAggregator)import spark.implicits._val ds = spark.read.json("file:///opt/meitu/bigdata/src/main/data/employees.json").as[Employee]ds.show()val averageSalary = MyAverageAggregator.toColumn.name("average_salary")val result = ds.select(averageSalary)result.show()

数据源

通用的laod/save函数
可支持多种数据格式：json, parquet, jdbc, orc, libsvm, csv, text

val peopleDF = spark.read.format("json").load("examples/src/main/resources/people.json")peopleDF.select("name", "age").write.format("parquet").save("namesAndAges.parquet")

默认的是parquet，可以通过spark.sql.sources.default，修改默认配置。

Parquet 文件

val parquetFileDF =spark.read.parquet("people.parquet") peopleDF.write.parquet("people.parquet")

ORC 文件

val ds = spark.read.json("file:///opt/meitu/bigdata/src/main/data/employees.json")ds.write.mode("append").orc("/opt/outputorc/")spark.read.orc("/opt/outputorc/*").show(1)

JSON

ds.write.mode("overwrite").json("/opt/outputjson/")spark.read.json("/opt/outputjson/*").show()

Hive 表

spark 1.6及以前的版本使用hive表需要hivecontext。

Spark2开始只需要创建sparksession增加enableHiveSupport()即可。

val spark = SparkSession.builder().config(sparkConf).enableHiveSupport().getOrCreate()spark.sql("select count(*) from student").show()

JDBC

写入mysql

wcdf.repartition(1).write.mode("append").option("user", "root") .option("password", "mdh2018@#").jdbc("jdbc:mysql://localhost:3306/test","alluxio",new Properties())

从mysql里读

val fromMysql = spark.read.option("user", "root") .option("password", "mdh2018@#").jdbc("jdbc:mysql://localhost:3306/test","alluxio",new Properties())

自定义数据源

自定义source比较简单，首先我们要看看source加载的方式

指定的目录下，定义一个DefaultSource类，在类里面实现自定义source。就可以实现我们的目标。

import org.apache.spark.sql.sources.v2.{DataSourceOptions, DataSourceV2, ReadSupport}class DefaultSource  extends DataSourceV2 with ReadSupport { def createReader(options: DataSourceOptions) = new SimpleDataSourceReader()}

import org.apache.spark.sql.Rowimport org.apache.spark.sql.sources.v2.reader.{DataReaderFactory, DataSourceReader}import org.apache.spark.sql.types.{StringType, StructField, StructType}class SimpleDataSourceReader extends DataSourceReader { def readSchema() = StructType(Array(StructField("value", StringType))) def createDataReaderFactories = {   val factoryList = new java.util.ArrayList[DataReaderFactory[Row]]   factoryList.add(new SimpleDataSourceReaderFactory())   factoryList }}

import org.apache.spark.sql.Rowimport org.apache.spark.sql.sources.v2.reader.{DataReader, DataReaderFactory}class SimpleDataSourceReaderFactory extends DataReaderFactory[Row] with DataReader[Row] { def createDataReader = new SimpleDataSourceReaderFactory() val values = Array("1", "2", "3", "4", "5") var index = 0 def next = index < values.length def get = {   val row = Row(values(index))   index = index + 1   row } def close() = Unit}

使用

val simpleDf = spark.read .format("bigdata.spark.SparkSQL.DataSources") .load()simpleDf.show()

优化器及执行计划

1. 流程简介

整体流程如下:

总体执行流程如下：从提供的输入API（SQL，Dataset， dataframe）开始，依次经过unresolved逻辑计划，解析的逻辑计划，优化的逻辑计划，物理计划，然后根据cost based优化，选取一条物理计划进行执行.
简单化成四个部分：

1). analysisSpark 2.0 以后语法树生成使用的是antlr4，之前是scalaparse。2). logical optimization常量合并，谓词下推，列裁剪，boolean表达式简化，和其它的规则3). physical planningeg:SortExec          4). Codegencodegen技术是用scala的字符串插值特性生成源码，然后使用Janino，编译成java字节码。Eg： SortExec

2. 自定义优化器

1). 实现
继承Rule[LogicalPlan]
2). 注册

spark.experimental.extraOptimizations= Seq(MultiplyOptimizationRule)

3). 使用

selectExpr("amountPaid* 1")

自定义执行计划
主要是实现重载count函数的功能
1). 物理计划：
继承SparkLan实现doExecute方法
2). 逻辑计划
继承SparkStrategy实现apply
3). 注册到Spark执行策略：

spark.experimental.extraStrategies =Seq(countStrategy)

4). 使用

spark.sql("select count(*) fromtest")

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