Spark笔记(一)

其他 2019-10-21 22:34:19 阅读次数: 0

  1. 简介

  • Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎。Spark是UC Berkeley AMP lab (加州大学伯克利分校的AMP实验室)所开源的类Hadoop MapReduce的通用并行计算框架，Spark拥有Hadoop MapReduce所具有的优点；但不同于MapReduce的是Job中间输出结果可以保存在内存中，从而不再需要读写HDFS，因此Spark能更好地适用于数据挖掘与机器学习等需要迭代的MapReduce的算法。
  • Spark是Scala编写，方便快速编程。

  1. 总体技术栈

    1571633730121

    • Mesos: 一个多租户的集群资源管理器
    • Tachyon: 一个高性能、高容错、基于内存的开源分布式存储系统
    • Spark: 快速的内存优化过的计算执行引擎(有python, java, scala 的API)
    • Spark Streaming: Spark的流计算系统
    • Graphx: 图形计算
    • MLbase: 有好的机器学习
    • Spark SQL
    • 一个用于在海量数据上进行交互式SQL的近似查询引擎
    • 一个跨语言的通讯协议，用于编写并行计算机(Java 有一个OpenMPI的实现)

    1571634444346

    • Ad-hoc Queries (即席查询)

      • 即席查询（Ad Hoc）是用户根据自己的需求，灵活的选择查询条件，系统能够根据用户的选择生成相应的统计报表。即席查询与普通应用查询最大的不同是普通的应用查询是定制开发的，而即席查询是由用户自定义查询条件的。

    • Spark 可以做到 流处理, 批处理 和即席查询一站式运作

  2. Spark 与 MapReduce的对比

    1571634625069

    • MapReduce

    1571634705185

    • Spark

    1571634757109

    • 在迭代计算中, Spark会将每次计算的中间计算结果存储到内存中, 而MapReduce在执行迭代计算时, 在 shuffle 阶段 需要不断地 从HDFS读取数据和写入数据, 大量的磁盘IO存在性能瓶颈, 必然会导致计算时长的延长。所以, 在执行迭代计算时, Spark 的性能比 MapReduce 要高100x倍。

  3. Spark 核心

    (1). RDD

    • Resilient Distributed DataSet 弹性分布式数据集。

    • RDD五大特性:

      • RDD 是由一系列的 parition 组成的
      • 函数是作用在每一个partition (split) 上的
      • RDD 之间有一系列的依赖关系
      • 分区器是作用在 K, V 格式的 RDD 上
      • RDD 提供一些列最佳的计算位置

    • RDD理解图:

      1571637844859

      • 注意点:
        • textFile方法底层封装的是MR读取文件的方式，读取文件之前先split，默认split大小是一个block大小
        • RDD 只是数据集的抽象, 分区内部并不会存储具体的数据
        • 什么是 K, V 格式的RDD?
          • 如果RDD中存储的数据都是二元组对象, 那么这个RDD就叫做 K,V 格式的 RDD
        • 哪里体现 RDD 的弹性(容错)?
          • parition 数量, 大小没有限制且可以自定义, 体现了RDD的弹性
          • RDD 之间依赖关系, 可以基于上一个RDD重新计算出RDD
        • 哪里体现 RDD 的分布式?
          • RDD 是由 Partition 组成, parition 是分布在不同节点上的
        • RDD 提供计算最佳位置, 体现了数据本地化。 体现了大数据 "计算移动数据不一定" 的理念

    • Lineage 血统

      1571646643964

      • 可以看作一代单传的血统, 通过代来判定程序执行到的位置

    (2). Spark 任务执行原理

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    • Driver 和 Worker 是启动在节点上的进程

      • Driver 与 集群节点之间有频繁的通信

      • Driver 负责任务(tasks)的分发 和 结果的回收, 任务的调度。 如果 task 的计算结果非常大就不要回收了, 否则会造成OOM

      • Worder 是 Standalone 资源调度框架中资源管理的从节点, 也是JVM进程.

      • Master 是 Standalone 资源调度框架中资源管理的主节点, 也是JVM进程.

      • Driver 类比 ApplicationMaster 分发任务给Worker, 获取计算的结果

    (3). Spark 代码流程

    • 创建 SparkConf 对象

      • 可以设置 Application name
      • 可以设置运行模式及资源需求

    • 创建 SparkContext 对象

    • 基于 Spark 的上下文创建一个RDD, 对 RDD进行处理

    • 应用程序中要有Action类算子来触发 Transformation 类算子执行

    • 关闭 Spark 上下文对象 SparkContext

    (4). Transformations 转换算子

    1571637334486

    • 概念：

      • Transformation(转换) 类算子是一类算子, 如 map, flatMap, reduceByKey 等。

      • Transformation 算子是延迟执行的, 也可被称为懒加载执行的。

    • Transformation 类算子:

      • filter

        • 过滤符合条件的记录数, true 保留, false 过滤掉

      • map

        • 将一个RDD中的每个数据项, 通过map中的函数映射变为一个新的元素。

        • 特点: 输入一条, 输出一条数据。

      • flatMap

        • 先 map 后 flat。 与map类似, 每个输入项可以映射为 0 到 多个输出项。

      • sample

        • 随机抽取算子, 根据传进去的小数按比例进行又放回或者无放回的抽样。

      • reduceByKey

        • 将相同的 key 根据相应的逻辑进行处理。

      • sortByKey/sortBy

        • 作用在K, V 格式的RDD上, 对 key 进行升序或者降序排序。

    (5). Action 行动算子

    • 概念:

      • Action 行动算子, 如 foreach, collect, count 等。

      • Action 类算子是触发执行。

      • 一个application应用程序中有几个 Action 类算子执行, 就有几个job运行。

    • Action 类算子

      • count

      • 返回数据集中的元素数, 会在结果计算完成后回到 Driver 端

      • take(n)

        • 返回一个包含数据集前 n 个元素的集合

      • first

        等价于 take(1), 返回数据集中的第一个元素

      • foreach

        • 循环遍历数据集中的每个元素, 运行相应的逻辑

      • collect

        • 将计算结果回收到 Driver 端

    (6). 控制算子

    • 概念:
      • 三种控制算子: cache, persist, checkpoint
      • 都可以将RDD持久化, 持久化的单位是 partition
      • cache 和 persist 都是懒执行的。必须由一个action算子引发
      • checkpoint 算子 不仅能将 RDD 持久化到磁盘, 还能切断 RDD 之间的依赖关系
    • cache:
      • 默认将 RDD 的数据持久化到内存中, 是懒执行
      • cache() <=> persist() = persist(StorageLevel.Memory_Only)
    • persist:

      • 可以指定持久化的级别。

      • 最常用的是 Memory_Only 和 Memory_AND_DISK

      • "_2" 表示有副本数

      • 持久化级别:

             /**
 * :: DeveloperApi ::
 * Flags for controlling the storage of an RDD. Each StorageLevel records whether 
 * to use memory, or ExternalBlockStore, whether to drop the RDD to disk if it 
 * falls out of memory or ExternalBlockStore, whether to keep the data in memory in * a serialized format, and whetherto replicate the RDD partitions on multiple 
 * nodes.
 * 控制 RDD 存储的 标签, 每个存储级别记录了 是否 使用内存,或额外的 块来存储; 是否 在 RDD * 内存 或 额外块 溢出时 将它 存储到磁盘; 是否将存储在内存中的数据 按指定格式 序列化; 
 * 是否将 RDD 的 分区 备份到几个节点上
 * 
 * The [[org.apache.spark.storage.StorageLevel]] singleton object contains some 
 * static constants for commonly useful storage levels. To create your own storage * level object, use the factory method of the singleton object 
 * (`StorageLevel(...)`).
 * StorageLevel 是一个包含了一些标识着常用的存储级别的静态常量的单例。 
 * 你可以通过使用该单例对象的工厂方法来自定义存储级别
 */
@DeveloperApi
class StorageLevel private(
    // 是否使用磁盘存储
    private var _useDisk: Boolean,
    // 是否启用内存存储
    private var _useMemory: Boolean,
    // 是否使用堆外内存
    private var _useOffHeap: Boolean,
    // 是否不实用序列化... 这个有点绕...
    private var _deserialized: Boolean,
    // 默认备份为1,可设置
    private var _replication: Int = 1)
  extends Externalizable {

  // TODO: Also add fields for caching priority, dataset ID, and flushing.
  // 添加 用于 缓存优先级, 数据集 ID 和 内存清洗 的 域
  private def this(flags: Int, replication: Int) {
    this((flags & 8) != 0, (flags & 4) != 0, (flags & 2) != 0, (flags & 1) != 0, replication)
  }

  def this() = this(false, true, false, false)  // For deserialization

  def useDisk: Boolean = _useDisk
  def useMemory: Boolean = _useMemory
  def useOffHeap: Boolean = _useOffHeap
  def deserialized: Boolean = _deserialized
  def replication: Int = _replication

  // 断言副本数是否小于 40, 不满足会报错
  assert(replication < 40, "Replication restricted to be less than 40 for calculating hash codes")

  if (useOffHeap) {
    // 使用序列化才能使用堆外内存
    require(!deserialized, "Off-heap storage level does not support deserialized storage")
  }
  /**
   * 
   * 内存模式
   */
  private[spark] def memoryMode: MemoryMode = {
    if (useOffHeap) MemoryMode.OFF_HEAP
    else MemoryMode.ON_HEAP
  }
  /**
   * 克隆, 创建了新对象, 是深拷贝
   */
  override def clone(): StorageLevel = {
    new StorageLevel(useDisk, useMemory, useOffHeap, deserialized, replication)
  }

  /**
   *
   * 重载equals方法
   */
  override def equals(other: Any): Boolean = other match {
    case s: StorageLevel =>
      s.useDisk == useDisk &&
      s.useMemory == useMemory &&
      s.useOffHeap == useOffHeap &&
      s.deserialized == deserialized &&
      s.replication == replication
    case _ =>
      false
  }
  /**
   * 判断是否有效
   */
  def isValid: Boolean = (useMemory || useDisk) && (replication > 0)

  def toInt: Int = {
    var ret = 0
    if (_useDisk) {
      ret |= 8
    }
    if (_useMemory) {
      ret |= 4
    }
    if (_useOffHeap) {
      ret |= 2
    }
    if (_deserialized) {
      ret |= 1
    }
    ret
  }
  // 额外的写出
  override def writeExternal(out: ObjectOutput): Unit = Utils.tryOrIOException {
    // writeByte: 写出为字节码
    out.writeByte(toInt)
    out.writeByte(_replication)
  }

  override def readExternal(in: ObjectInput): Unit = Utils.tryOrIOException {
    val flags = in.readByte()
    _useDisk = (flags & 8) != 0
    _useMemory = (flags & 4) != 0
    _useOffHeap = (flags & 2) != 0
    _deserialized = (flags & 1) != 0
    _replication = in.readByte()
  }
  // 读决定, 获取当前已缓存的等级
  @throws(classOf[IOException])
  private def readResolve(): Object = StorageLevel.getCachedStorageLevel(this)

  override def toString: String = {
    val disk = if (useDisk) "disk" else ""
    val memory = if (useMemory) "memory" else ""
    val heap = if (useOffHeap) "offheap" else ""
    val deserialize = if (deserialized) "deserialized" else ""

    val output =
      Seq(disk, memory, heap, deserialize, s"$replication replicas").filter(_.nonEmpty)
    s"StorageLevel(${output.mkString(", ")})"
  }

  override def hashCode(): Int = toInt * 41 + replication

  def description: String = {
    var result = ""
    result += (if (useDisk) "Disk " else "")
    if (useMemory) {
      result += (if (useOffHeap) "Memory (off heap) " else "Memory ")
    }
    result += (if (deserialized) "Deserialized " else "Serialized ")
    result += s"${replication}x Replicated"
    result
  }
}


/**
 * Various [[org.apache.spark.storage.StorageLevel]] defined and utility functions * for creating new storage levels.
 * 定义的可变存储级别以及 创建新存储级别的公用方法
 */
object StorageLevel {
  // 5 个参数依次代表: _useDisk,_useMemory,_useOffHeap,_deserialized,_replication 
  // SER -> serialized 是否序列化; _2 -> 使用副本数
  val NONE = new StorageLevel(false, false, false, false)
  val DISK_ONLY = new StorageLevel(true, false, false, false)
  val DISK_ONLY_2 = new StorageLevel(true, false, false, false, 2)
  val MEMORY_ONLY = new StorageLevel(false, true, false, true)
  val MEMORY_ONLY_2 = new StorageLevel(false, true, false, true, 2)
  val MEMORY_ONLY_SER = new StorageLevel(false, true, false, false)
  val MEMORY_ONLY_SER_2 = new StorageLevel(false, true, false, false, 2)
  val MEMORY_AND_DISK = new StorageLevel(true, true, false, true)
  val MEMORY_AND_DISK_2 = new StorageLevel(true, true, false, true, 2)
  val MEMORY_AND_DISK_SER = new StorageLevel(true, true, false, false)
  val MEMORY_AND_DISK_SER_2 = new StorageLevel(true, true, false, false, 2)
  val OFF_HEAP = new StorageLevel(true, true, true, false, 1)

  /**
   * :: DeveloperApi ::
   * Return the StorageLevel object with the specified name.
   * 返回特定名称的存储级别对象
   */
  @DeveloperApi
  def fromString(s: String): StorageLevel = s match {
    case "NONE" => NONE
    case "DISK_ONLY" => DISK_ONLY
    case "DISK_ONLY_2" => DISK_ONLY_2
    case "MEMORY_ONLY" => MEMORY_ONLY
    case "MEMORY_ONLY_2" => MEMORY_ONLY_2
    case "MEMORY_ONLY_SER" => MEMORY_ONLY_SER
    case "MEMORY_ONLY_SER_2" => MEMORY_ONLY_SER_2
    case "MEMORY_AND_DISK" => MEMORY_AND_DISK
    case "MEMORY_AND_DISK_2" => MEMORY_AND_DISK_2
    case "MEMORY_AND_DISK_SER" => MEMORY_AND_DISK_SER
    case "MEMORY_AND_DISK_SER_2" => MEMORY_AND_DISK_SER_2
    case "OFF_HEAP" => OFF_HEAP
    case _ => throw new IllegalArgumentException(s"Invalid StorageLevel: $s")
  }

  /**
   * :: DeveloperApi ::
   * Create a new StorageLevel object.
   * 创建一个新的存储级别对象
   */
  @DeveloperApi
  def apply(
      useDisk: Boolean,
      useMemory: Boolean,
      useOffHeap: Boolean,
      deserialized: Boolean,
      replication: Int): StorageLevel = {
    getCachedStorageLevel(
      new StorageLevel(useDisk, useMemory, useOffHeap, deserialized, replication))
  }

  /**
   * :: DeveloperApi ::
   * Create a new StorageLevel object without setting useOffHeap.
   * 创建一个没有设置使用堆外内存的新存储级别对象
   */
  @DeveloperApi
  def apply(
      useDisk: Boolean,
      useMemory: Boolean,
      deserialized: Boolean,
      replication: Int = 1): StorageLevel = {
    getCachedStorageLevel(new StorageLevel(useDisk, useMemory, false, deserialized, replication))
  }

  /**
   * :: DeveloperApi ::
   * Create a new StorageLevel object from its integer representation.
   * 根据 标签 的 整形 代表参数 和 副本数 创建一个新的存储级别对象
   */
  @DeveloperApi
  def apply(flags: Int, replication: Int): StorageLevel = {
    getCachedStorageLevel(new StorageLevel(flags, replication))
  }

  /**
   * :: DeveloperApi ::
   * Read StorageLevel object from ObjectInput stream.
   * 从对象输入流中读取存储级别对象
   */
  @DeveloperApi
  def apply(in: ObjectInput): StorageLevel = {
    val obj = new StorageLevel()
    obj.readExternal(in)
    getCachedStorageLevel(obj)
  }
  // 调用了 java 并发包的 ConcurrentHashMap, 将两个存储级别作为键值对传入 ConcurrentHashMap 初始化 该类的 storageLevelCache对象
  private[spark] val storageLevelCache = new ConcurrentHashMap[StorageLevel, StorageLevel]()
  // 从 storageLevelCache 中获取 存储级别对象
  private[spark] def getCachedStorageLevel(level: StorageLevel): StorageLevel = {
    storageLevelCache.putIfAbsent(level, level)
    storageLevelCache.get(level)
  }
}
    • cache 和 persist 的注意事项
      • cache 和 persist 都是懒执行, 必须由一个 action 类触发执行
      • cache 和 persist 的返回值可以赋给一个变量, 在其他job中直接使用该变量就是使用持久化的数据了。持久化单位是partition
    • checkpoint:

      • checkpoint 将 RDD 持久化到磁盘, 还可以切断 RDD之间的依赖关系

      • checkpoint 的执行原理:

        1571656588261

        • 当 RDD 的 job 执行 完毕后, 会从finalRDD 从后往前回溯。
        • 当回溯到某一个调用了 checkpoint 方法时, 会对当前 RDD 做一个标记
        • Spark 框架会自动启动一个新的job, 重新计算这个RDD的数据, 将数据持久化到HDFS上

      • 优化: 对 RDD 执行checkpoint之前, 最好对这个RDD先执行cache, 这样新启动的job只需要将内存中的数据拷贝到 HDFS 上就可以, 省去了重新计算的步骤。

    • 随便写的一个xx练习, 可读性 == shit, 是在不想写wordCount了

      package com.ronnie.scala

import java.io.StringReader

import au.com.bytecode.opencsv.CSVReader
import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.{SparkConf, SparkContext}

object DataExtraction {

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val conf = new SparkConf()
    conf.setMaster("local").setAppName("WC")
    val sc = new SparkContext(conf)

    val input: RDD[String] = sc.textFile("./resources/gpu.csv")
    val result: RDD[Array[String]] = input.map { line =>
      val reader = new CSVReader(new StringReader(line))
      reader.readNext()
    }
    result.foreach(x => {
      x.flatMap(_.split(" ")).foreach(_.split(" ").filter(y =>y.contains("580") ).foreach(_.split(" ").filter(x => x.equals("RX580")).foreach(println)))
    })
  }

}

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转载自www.cnblogs.com/ronnieyuan/p/11716692.html
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