SparkSQL核心编程

基本介绍

DataFrame 和 DataSet 模型是Spark SQL 所提供的两个编程抽象，SparkSQL核心编程主要是关于使用DataFrame 和 DataSet 模型进行编程以及它们之间的关系和转换。

Spark Core 中，如果想要执行应用程序，需要首先构建上下文环境对象 SparkContext，Spark SQL 其实可以理解为对 Spark Core 的一种封装，不仅仅在模型上进行了封装，上下文环境对象也进行了封装。

在老的版本中，SparkSQL 提供两种 SQL 查询起始点：

SQLContext，用于 Spark自己提供的 SQL 查询
HiveContext，用于连接 Hive 的查询。

SparkSession 是 Spark 最新的 SQL 查询起始点，实质上是 SQLContext 和 HiveContext的组合，所以在 SQLContex 和 HiveContext 上可用的 API 在 SparkSession 上同样是可以使用的。SparkSession 内部封装了 SparkContext，所以计算实际上是由 sparkContext 完成的。

DataFrame

Spark SQL 的 DataFrame API 允许直接使用 DataFrame 而不用必须去注册临时表或者生成 SQL 表达式。DataFrame API 既有 transformation 操作也有 action 操作。

创建 DataFrame

在 Spark SQL 中 SparkSession 是创建 DataFrame 和执行 SQL 的入口，创建 DataFrame有三种方式：

通过 Spark 的数据源进行创建；
从一个存在的 RDD 进行转换；
从 HiveTable 进行查询返回。

（1）通过 Spark 的数据源进行创建

①进入Spark

[xzc@hadoop102 spark-local]$ bin/spark-shell

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②查看Spark支持创建文件的数据源格式

scala> spark.read.

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③在 spark 的 bin/data 目录中创建 user.json 文件

{
    
    "username": "zhangsan","age":20}
{
    
    "username": "lisi", "age":30}
{
    
    "username": "wangwu", "age":40}

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④读取 json 文件创建 DataFrame

scala> val df = spark.read.json("data/user.json")

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⑤展示结果

scala> df.show

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（2）从RDD转换
在 IDEA 中开发程序时，如果需要 RDD 与 DF 或者 DS 之间互相操作，那么需要引入以下代码：

import spark.implicits._

这里的 spark 不是 Scala 中的包名，而是创建的 sparkSession 对象的变量名称，所以必须先创建 SparkSession 对象再导入。这里的 spark 对象不能使用 var 声明，因为 Scala 只支持val 修饰的对象的引入。而在spark-shell 中无需导入，自动完成此操作。

①在 spark 的 bin/data 目录中创建id.txt文档
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②读取txt文件

scala> val idRDD = sc.textFile("data/id.txt")

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③转换为DataFrame并展示结果

scala> idRDD.toDF("id").show

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注：实际开发中，一般通过样例类将 RDD 转换为 DataFrame

scala> case class User(name:String, age:Int) 
scala> sc.makeRDD(List(("zhangsan",30), ("lisi",40))).map(t=>User(t._1, t._2)).toDF.show

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（3）从Hive Table查询返回
Apache Hive 是 Hadoop 上的 SQL 引擎，Spark SQL 编译时可以包含 Hive 支持，也可以不包含。包含 Hive 支持的 Spark SQL 可以支持 Hive 表访问、UDF (用户自定义函数)以及 Hive 查询语(HiveQL/HQL)等。需要强调的一点是，如果要在 Spark SQL 中包含Hive 的库，并不需要事先安装 Hive。若要把 Spark SQL 连接到一个部署好的 Hive 上，你必须把 hive-site.xml 复制到 Spark 的配置文件目录中($SPARK_HOME/conf)。即使没有部署好 Hive，Spark SQL 也可以运行。
hive-site.xml文件下载，需要根据自己的配置修改个别内容

注意：如果你没有部署好 Hive，Spark SQL 会在当前的工作目录中创建出自己的 Hive 元数据仓库，叫作metastore_db。此外，如果你尝试使用 HiveQL 中的 CREATE TABLE (并非 CREATE EXTERNAL TABLE)语句来创建表，这些表会被放在你默认的文件系统中的 /user/hive/warehouse 目录中(如果你的 classpath 中有配好的 hdfs-site.xml，默认的文件系统就是 HDFS，否则就是本地文件系统)。
spark-shell 默认是 Hive 支持的；代码中是默认不支持的，需要手动指定（加一个参数即可）。

1）内嵌的 HIVE

如果使用 Spark 内嵌的 Hive, 则什么都不用做, 直接使用即可.
Hive 的元数据存储在 derby 中, 默认仓库地址:$SPARK_HOME/spark-warehouse

①展示tables

scala> spark.sql("show tables").show

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②创建一个表

scala> spark.sql("create table aa(id int)")

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③向表中加载本地数据并展示

scala> spark.sql("load data local inpath 'data/id.txt' into table aa") 
scala> spark.sql("select * from aa").show

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注：在实际使用中, 几乎没有任何人会使用内置的 Hive

2）外部的 HIVE

如果想连接外部已经部署好的 Hive，需要通过以下几个步骤：

Spark 要接管 Hive 需要把 hive-site.xml 拷贝到 conf/目录下
把 Mysql 的驱动 copy 到 jars/目录下
如果访问不到 hdfs，则需要把 core-site.xml 和 hdfs-site.xml 拷贝到 conf/目录下
重启 spark-shell

DataSet

DataSet 是具有强类型的数据集合，需要提供对应的类型信息。

创建 DataSet

创建 DataFrame有两种方式：

使用样例类序列创建 DataSet
使用基本类型的序列创建 DataSet

（1）使用样例类序列创建 DataSet

①创建Person样例类

scala> case class Person(name: String, age: Long)

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②向表中添加数据并展示

scala> val caseClassDS = Seq(Person("zhangsan",2)).toDS() 
scala> caseClassDS.show

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（2）使用基本类型的序列创建 DataSet

①创建DataSet

scala> val ds = Seq(1,2,3,4,5).toDS

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②展示数据

scala> ds.show

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注：在实际使用的时候，很少用到把序列转换成 DataSet，更多的是通过RDD 来得到 DataSet

RDD 转换为 DataSet

SparkSQL 能够自动将包含有 case 类的 RDD 转换成 DataSet，case 类定义了 table 的结构，case 类属性通过反射变成了表的列名。Case 类可以包含诸如 Seq 或者 Array 等复杂的结构。

scala> case class User(name:String, age:Int) 
scala> sc.makeRDD(List(("zhangsan",30), ("lisi",49))).map(t=>User(t._1, t._2)).toDS

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DataSet 转换为 RDD

DataSet 其实也是对 RDD 的封装，所以可以直接获取内部的 RDD

scala> case class User(name:String, age:Int) 
scala> sc.makeRDD(List(("zhangsan",30), ("lisi",49))).map(t=>User(t._1, t._2)).toDS 
scala> val rdd = res11.rdd 
scala> rdd.collect

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DataFrame 和 DataSet 转换

DataFrame 其实是 DataSet 的特例，所以它们之间是可以互相转换的。

（1）DataFrame 转换为 DataSet

scala> case class User(name:String, age:Int)  
scala> val df = sc.makeRDD(List(("zhangsan",30), ("lisi",49))).toDF("name","age") 
scala> val ds = df.as[User]

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（2）DataSet 转换为 DataFrame

scala> val ds = df.as[User] 
scala> val df = ds.toDF

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RDD、DataFrame、DataSet 三者的关系

在 SparkSQL 中 Spark 为我们提供了两个新的抽象，分别是 DataFrame 和 DataSet。他们和 RDD 有什么区别呢？首先从版本的产生上来看：

Spark1.0 => RDD
Spark1.3 => DataFrame
Spark1.6 => Dataset

如果同样的数据都给到这三个数据结构，他们分别计算之后，都会给出相同的结果。不同是的他们的执行效率和执行方式。在后期的 Spark 版本中，DataSet 有可能会逐步取代 RDD和 DataFrame 成为唯一的 API 接口。

三者的共性

（1） RDD、DataFrame、DataSet 全都是 spark 平台下的分布式弹性数据集，为处理超大型数据提供便利;
（2）三者都有惰性机制，在进行创建、转换，如 map 方法时，不会立即执行，只有在遇到Action 如 foreach 时，三者才会开始遍历运算;
（3）三者有许多共同的函数，如 filter，排序等;
（4）在对 DataFrame 和 Dataset 进行操作许多操作都需要这个包:import spark.implicits._（在创建好 SparkSession 对象后尽量直接导入）
（5）三者都会根据 Spark 的内存情况自动缓存运算，这样即使数据量很大，也不用担心会内存溢出
（6）三者都有 partition 的概念
（7） DataFrame 和 DataSet 均可使用模式匹配获取各个字段的值和类型

三者的区别

（1） RDD

RDD 一般和 spark mllib 同时使用
RDD 不支持 sparksql 操作

（2） DataFrame

与 RDD 和 Dataset 不同，DataFrame 每一行的类型固定为 Row，每一列的值没法直接访问，只有通过解析才能获取各个字段的值
DataFrame 与 DataSet 一般不与 spark mllib 同时使用
DataFrame 与 DataSet 均支持 SparkSQL 的操作，比如 select，groupby 之类，还能注册临时表/视窗，进行 sql 语句操作
DataFrame 与 DataSet 支持一些特别方便的保存方式，比如保存成 csv，可以带上表头，这样每一列的字段名一目了然(后面专门讲解)

（3）DataSet

Dataset 和 DataFrame 拥有完全相同的成员函数，区别只是每一行的数据类型不同。DataFrame 其实就是 DataSet 的一个特例 type DataFrame = Dataset[Row]
DataFrame 也可以叫 Dataset[Row],每一行的类型是 Row，不解析，每一行究竟有哪些字段，各个字段又是什么类型都无从得知，只能用上面提到的 getAS 方法或者共性中的第七条提到的模式匹配拿出特定字段。而 Dataset 中，每一行是什么类型是不一定的，在自定义了 case class 之后可以很自由的获得每一行的信息

三者的互相转换

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