【spark】SparkSQL

SparkSQL

01.快速入门

什么是SparkSQL

SparkSQL是Spark的一个模块，用于处理海量结构化数据

为什么学习SparkSQL

SparkSQL是非常成熟的海量结构化数据处理框架：
学习SparkSQL主要在2个点：

• SparkSQL本身十分优秀，支持SQL语言、性能强、可以自动优化、API简单、兼容HIVE等等
• 企业大面积在使用SparkSQL处理业务数据
  1、离线开发
  2、数仓搭建
  3、科学计算
  4、数据分析

SparkSQL的特点

• 融合性：SQL可以无缝集成在代码中，随时用SQL处理数据
• 统一数据访问：一套标准API可读写不同数据源
• Hive兼容：可以使用SparkSQL直接计算并生成Hive数据表
• 标准化连接：支持标准化JDBC/ODBC连接，方便和各种数据源进行数据交互

SparkSQL发展历史-前身Shark框架

SparkSQL发展历史

02.SparkSQL概述

SparkSQL和Hive的异同

相同点：
1、分布式SQL计算引擎
2、构建大规模结构化数据计算的绝佳利器，同时SparkSQL拥有更好的性能

不同点：

SparkSQL的数据抽象

1、SparkSQL-DataFrame

- 二维表数据结构
- 分布式结构集合（分区）

2、SparkSQL FOor JVM-DataSet【可用于Java\Scala\语言】
3、SparkSQL For Python\R-DataFrame【可用于Java\Scale\Python\R】

DataFrame概述

DataFrame是按照二维表格的形式存储数据
RDD则是存储对象本身

SparkSession对象

在RDD阶段，程序的执行入口对象是SparkContext
在Sparke2.0后，推出SparkSeaaion对象，作为Spark编码的统一入口对象

SparkSession对象可以：
1、用于SparkSQL编程作为入口对象
2、用于SparkCore编程，可以通过SparkSession对象中获取到SparkContext

03.DataFrame入门和操作

DataFrame的组成

DataFrame是一个二维表结构，那么表格结构就有无法绕开的三个点：

• 行

• 列

• 表结构表述
  比如MySQL中的一张表：

• 由许多行组成

• 数据也可以被分成多个列

• 表也有表结构信息（列、列名、列类型、列约束等）
  在结构层面上：

• StructType对象描述整个DataFrame的表结构

• StructField对象描述一个列的信息
  在数据层面上：

• Row对象记录一行数据

• Column对象记录一列数据并包含列的信息

在表结构层面，DataFrame的表结构由：
StructType描述：

struct_type = StructType().\
    add("id",IntegerType(),False).\
    add("name",StringType(),True).\
    add("age",IntegerType(),False)

一个StructField记录：列名、列类型、列是否运行为空
多个StructField组成一个StructedType对象
一个StructType对象可以描述一个DataFrame：有几个列、每个列的名字和类型、每个列是否为空

一行数据描述为Row对象，如Row(1,张三，11)
一列数据描述为Column对象，Column对象包含一列数据和列的信息

DataFrame的代码构建-基于RDD-1

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    rdd = sc.testFile("../data/input/sql/people.txt).map(lambda x:x.spalit(",")).map(lambda x:(x[0],int(x[1])))
     #2.构建DataFrame对象
     ## 参数一：被转换的rdd
     ## 参数二：指定列名，通过list的形式指定，按照顺序依次提供字符串名称即可
     df = spark.createDataFrame(rdd,schema=['name','age'])
     df.printSchema()
     ## 参数一：表示 展示出来多少条数据，默认不传的话是20
     ## 参数二：表示是否对列进行截断，如果列的数据长度超过20个字符串长度，后续的内容不显示以。。。代替
     ## 如果给False，表示不截断全部显示，默认是True
     df.show(20,False)
    
    
         

DataFrame的代码构建-基于RDD-2

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession
from pyspark.sql.types import StructType,StringType,IntegerType

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    rdd = sc.testFile("../data/input/sql/people.txt).map(lambda x:x.spalit(",")).map(lambda x:(x[0],int(x[1])))
    
    schema=StructType().add('name',StringType(),True).add('age'IntegerType(),False)
     df = spark.createDataFrame(rdd,schema)
     df.printSchema()
     ## 参数一：表示 展示出来多少条数据，默认不传的话是20
     ## 参数二：表示是否对列进行截断，如果列的数据长度超过20个字符串长度，后续的内容不显示以。。。代替
     ## 如果给False，表示不截断全部显示，默认是True
     df.show(20,False)

DataFrame的代码构建-基于RDD-3

该方法用于对数据类型不敏感

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession
from pyspark.sql.types import StructType,StringType,IntegerType

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    rdd = sc.testFile("../data/input/sql/people.txt).map(lambda x:x.spalit(",")).map(lambda x:(x[0],int(x[1])))
    
    # toDF的方式构建DataFrame
    df1 = rdd.toDF(['name','age'])
    # 方法二
    schema=StructType().add('name',StringType(),True).add('age'IntegerType(),False)
    rdd.toDF(schema)
    df1.printSchema()
     ## 参数一：表示 展示出来多少条数据，默认不传的话是20
     ## 参数二：表示是否对列进行截断，如果列的数据长度超过20个字符串长度，后续的内容不显示以。。。代替
     ## 如果给False，表示不截断全部显示，默认是True
    df1.show(20,False)

DataFrame的代码构建-基于Pandas的DataFrame

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession
from pyspark.sql.types import StructType,StringType,IntegerType

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    # 基于Pandas的DataFrame构建SparkSQL的DataFrame对象
    pdf = pd.DataFrame({'id':[1,2,3],'name':['张大仙','王小小','王大锤'],'age':[11,11,11]})
    # 将Pandas的DF对象转换成SparkDF
    df1 = spark.createDataFrame(pdf)
    df1.printSchema()
     ## 参数一：表示 展示出来多少条数据，默认不传的话是20
     ## 参数二：表示是否对列进行截断，如果列的数据长度超过20个字符串长度，后续的内容不显示以。。。代替
     ## 如果给False，表示不截断全部显示，默认是True
    df1.show(20,False)

DataFrame的代码构建-读取外部数据-text

构建StructType,text数据源，读取数据的特点是,是将一整行只作为一个列读取，默认列名是value 类型是String

spark session.read.format(“text|csv|json|parquet|orc|avro|jdbc…”)
.option(“k”,“v”)#option可选
.schema(StructType|String)#STRING的语法如。Schema（“name STRING”,“age INT” ）
.load(“被读取文件的路径，支持本地文件系统和HDFS”)

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    # 构建StructType,text数据源，读取数据的特点是,是将一整行只作为一个列读取，默认列名是value 类型是String
    schema = StructType().add('data',StirngType(),True)
    df = spark.read.format('text').schema(schema=schema).load('../data/input/sql/people.txt')

     df.printSchema()
     ## 参数一：表示 展示出来多少条数据，默认不传的话是20
     ## 参数二：表示是否对列进行截断，如果列的数据长度超过20个字符串长度，后续的内容不显示以。。。代替
     ## 如果给False，表示不截断全部显示，默认是True
     df.show(20,False)
    

DataFrame的代码构建-读取外部数据-json

json类型自带有Schema信息

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    # json类型自带有Schema信息
    schema = StructType().add('data',StirngType(),True)
    df = spark.read.format('json').load('../data/input/sql/people.txt')

     df.printSchema()
     ## 参数一：表示 展示出来多少条数据，默认不传的话是20
     ## 参数二：表示是否对列进行截断，如果列的数据长度超过20个字符串长度，后续的内容不显示以。。。代替
     ## 如果给False，表示不截断全部显示，默认是True
     df.show(20,False)

DataFrame的代码构建-读取外部数据-csv

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    # json类型自带有Schema信息
    schema = StructType().add('data',StirngType(),True)
    df = spark.read.format('csv').\
         option('sep',';').\
         option('header',True).\
         option('encoding','utf-8').\
         schema('name STRING age INT,job STRING').\
         load('../data/input/sql/people.txt')

     df.printSchema()
     df.show(20,False)

DataFrame的代码构建-读取外部数据-parquet

parquet：是spark中常用的一种列式存储文件格式，和Hive中ORC差不多，他俩都是列存储格式

parquet对比普通文本文件的区别

• parquet内置schema(列名、列类型、是否为空)
• 存储是以列作为存储格式
• 存储时序列化存储在文件中的，有压缩属性体积小

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    # parquet类型自带有Schema信息
    schema = StructType().add('data',StirngType(),True)
    df = spark.read.format('parquet').load('../data/input/sql/people.txt')

     df.printSchema()
     df.show(20,False)

DataFrame的入门操作

DataFrame支持两种风格进行编程，分别是：

• DSL风格：DataFrame的特有API,调用API的方式来处理Data

#coding:utf8

from pyspark.sql import SparkSession

if __name__ == '__main__':
    # 0.构建执行环境入口对象SparkSession
    spark = SparkSesion.builder.\
            appName("test").\
            master("local[*]").\
            getOrcreate()
    #1.基于RDD转换成DataFrame
    sc = spark.sparkContext
    # parquet类型自带有Schema信息
    df = spark.read.format('csv').load('../data/input/sql/people.txt')
    # column对象的获取
    id_column = df['id']
    subject_column = df['subject']
    # DSL风格演示
    df.select(["id","subject"]).show()
    df.select ("id","subject").show()
    df.select(id_column,subject_column) 
    # filter API
    df.filter("score < 99").show()
    df.filter(df['score'] < 99).show()
    # where API
    df.where("score < 99").show()
    df.where(df['score'] < 99).show()
    # group by API
    df.groupBy("subject").count().show()
    df.groupBy(df['subject']).count().show()

• SQL风格:spark.sql(“select * from XXX”)
  使用sparj.sql()来执行SQL语句查询，结果返回一个DataFrame

df.createTempView("score") #注册一个临时视图
df.createOrReplaceTempView("socre") #注册一个临时表，如果存在,进行替换
df.createGlobalTempView("score") # 注册一个全局表

全局表：跨sparksession对象使用，在一个程序内的多个sparkSession中均可调用，查询前带上前缀
global_temp.

SparkSQL数据清洗API

• 去重方法：dropDuplicates
• 缺失值处理：
  • dropna 是可以对缺失值进行删除；只要列中有null 就删除这一行数据
    参数：thread=3表示，至少满足3个有效列，不满足就删除当前数据
  • fillna(“loss”) 对缺失值的列进行填充
  • fillna(“N/A”,subset=[‘job’])指定列进行填充
  • fillna({‘name’:‘未知姓名’，‘age’:1,‘job’:‘worker’})设定一个字典，对所有的列提供填充规则

DataFrame数据写出

SparkSQL 统一API写出DataFrame数据
df.write.mode().format().option(K,V).save(PATH)

• mode,传入模式字符串可选：append追加，overwrite覆盖，ignore忽略，error重复就报异常（默认的）
• format,传入格式字符串，可选：text,csv,json,parquet,orc,avro,jdbc
• save 写出的路径，支持本地文件和HDFS

04.SparkSQL函数定义

SparkSQL定义UDF

pyspark UDF

SparkSQL使用窗口函数

• 聚合开窗函数

• 排序开窗函数
  – ROW_NUMBER() OVER()
  –DENSE_RANK() OVER()
  –RANK() OVER()

• NTILE分组窗口

05.SparkSQL的运行流程

SparkSQL的自动优化

RDD的运行完全是按照开发者的代码执行，如果开发者水平有限，RDD的执行效率也会收到影响
而SparkSQL会对写完的代码，执行“自动优化”，以提升代码运行效率，避免开发者水平影响到代码执行效率；依赖于：Catalyst优化器

Catalyst优化器

STEP1:解析SQL,并生成AST(抽象语法树)

大方面的优化点有2个：

• 谓词下推、断言下推：将逻辑判断提前到前面，以减少shuffle阶段的数据量
• 列值剪裁：将加载的列进行剪裁，尽量减少被处理数据的宽度

SparkSQL的执行流程

06.SparkSQL整合Hive

Hive执行流程

SparkOn Hive

Spark Ｏn Hive就是因为Spark自身没有元数据管理功能，所以使用Hive的Metastore服务做为元数据管理服务。计算有Spark执行

07.分布式SQL引擎配置

文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-808280.html

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