2.大数据技术之Spark（基础篇）_spark技术

一、Spark概述

1、概述

Spark是一种快速、通用、可扩展的大数据分析引擎，2009年诞生于加州大学伯克利分校AMPLab，2010年开源，2013年6月成为Apache孵化项目，2014年2月成为Apache顶级项目。项目是用Scala进行编写。
目前，Spark生态系统已经发展成为一个包含多个子项目的集合，其中包含SparkCore、SparkSQL、Spark Streaming、GraphX、MLib、SparkR等子项目，Spark是基于内存计算的大数据并行计算框架。除了扩展了广泛使用的 MapReduce 计算模型，而且高效地支持更多计算模式，包括交互式查询和流处理。Spark 适用于各种各样原先需要多种不同的分布式平台的场景，包括批处理、迭代算法、交互式查询、流处理。通过在一个统一的框架下支持这些不同的计算，Spark 使我们可以简单而低耗地把各种处理流程整合在一起。而这样的组合，在实际的数据分析 过程中是很有意义的。不仅如此，Spark 的这种特性还大大减轻了原先需要对各种平台分 别管理的负担。

Spark Core：实现了 Spark 的基本功能，包含任务调度、内存管理、错误恢复、与存储系统交互等模块。Spark Core 中还包含了对弹性分布式数据集(resilient distributed dataset，简称RDD)的 API 定义。
Spark SQL：是 Spark 用来操作结构化数据的程序包。通过 Spark SQL，我们可以使用 SQL 或者 Apache Hive 版本的 SQL 方言(HQL)来查询数据。Spark SQL 支持多种数据源，比 如 Hive 表、Parquet 以及 JSON 等。
Spark Streaming：是 Spark 提供的对实时数据进行流式计算的组件。提供了用来操作数据流的 API，并且与 Spark Core 中的 RDD API 高度对应。
Spark MLlib：提供常见的机器学习(ML)功能的程序库。包括分类、回归、聚类、协同过滤等，还提供了模型评估、数据 导入等额外的支持功能。
GraphX：提供一个分布式图计算框架，能高效进行图计算。
集群管理器：Spark设计为可以高效地在一个计算节点到数千个计算节点之间伸缩计算。为了实现这样的要求，同时获得最大灵活性，Spark 支持在各种集群管理器(cluster manager)上运行，包括 Hadoop YARN、Apache Mesos，以及 Spark 自带的一个简易调度 器，叫作独立调度器Standalone。
Spark得到了众多大数据公司的支持，这些公司包括Hortonworks、IBM、Intel、Cloudera、MapR、Pivotal、百度、阿里、腾讯、京东、携程、优酷土豆。当前百度的Spark已应用于凤巢、大搜索、直达号、百度大数据等业务；阿里利用GraphX构建了大规模的图计算和图挖掘系统，实现了很多生产系统的推荐算法；腾讯Spark集群达到8000台的规模，是当前已知的世界上最大的Spark集群。

二、Spark角色介绍及运行模式

1、集群角色

从物理部署层面上来看，Spark主要分为两种类型的节点，Master节点和Worker节点：Master节点主要运行集群管理器的中心化部分，所承载的作用是分配Application到Worker节点，维护Worker节点，Driver，Application的状态。Worker节点负责具体的业务运行。
从Spark程序运行的层面来看，Spark主要分为驱动器节点和执行器节点。

三、Spark环境准备

1.启动服务

cd /opt/servers/spark-3.1.2-bin-hadoop2.7
sbin/start-all.sh
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2.启动客户端

spark-shell 
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简单测试

读取spark安装目录下的readme.md文件，并统计词条数量和显示第一行字符。

scala> val textFile = sc.textFile("file:///opt/servers/spark-3.1.2-bin-hadoop2.7/README.md")   //读取readme.md文件
textFile: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = /opt/servers/spark-3.1.2-bin-hadoop2.7/README.md MapPartitionsRDD[1] at textFile at <console>:24

scala> textFile.count()   //词条统计
res0: Long = 108                                                                

scala> textFile.first()   //打印第一行字符
res1: String = # Apache Spark

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3.spark-submit测试

该算法是利用蒙特·卡罗算法求PI

cd /opt/servers/spark-3.1.2-bin-hadoop2.7


bin/spark-submit \
--class org.apache.spark.examples.SparkPi \
--master spark://hadoop01:7077 \
./examples/jars/spark-examples_2.12-3.1.2.jar \
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四、Spark Core

1、RDD概述

什么是RDD?
RDD（Resilient Distributed Dataset）叫做分布式数据集，是Spark中最基本的数据抽象，它代表一个不可变、可分区、弹性、里面的元素可并行计算的集合。在 Spark 中，对数据的所有操作不外乎创建 RDD、转化已有RDD 以及调用 RDD 操作进行求值。每个 RDD 都被分为多个分区，这些分区运行在集群中的不同节点上。RDD 可以包含 Python、Java、Scala 中任意类型的对象， 甚至可以包含用户自定义的对象。RDD具有数据流模型的特点：自动容错、位置感知性调度和可伸缩性。RDD允许用户在执行多个查询时显式地将工作集缓存在内存中，后续的查询能够重用工作集，这极大地提升了查询速度。
RDD支持两种操作:转化操作和行动操作。RDD 的转化操作是返回一个新的 RDD的操作，比如 map()和 filter()，而行动操作则是向驱动器程序返回结果或把结果写入外部系统的操作。比如 count() 和 first()。
Spark采用惰性计算模式，RDD只有第一次在一个行动操作中用到时，才会真正计算。Spark可以优化整个计算过程。默认情况下，Spark 的 RDD 会在你每次对它们进行行动操作时重新计算。如果想在多个行动操作中重用同一个 RDD，可以使用 RDD.persist() 让 Spark 把这个 RDD 缓存下来。

2.代码示例

需求：统计统计词的出现次数

1.创建Maven工程，添加依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.spark</groupId>
    <artifactId>spark-core_2.12</artifactId>
    <version>3.1.2</version>
</dependency>

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代码实现

 public static void main(String[] args) {

        SparkConf sparkConf = new SparkConf().setAppName("JavaWordCount").setMaster("local[*]");

        JavaSparkContext sc = new JavaSparkContext(sparkConf);

        JavaRDD lines = sc.textFile("hdfs://hadoop01:8020/test/input/word.txt");

        JavaRDD words = lines.flatMap(new FlatMapFunction<String, String>() {
            @Override
            public Iterator<String> call(String line) throws Exception {
                return Arrays.asList(line.split(" ")).iterator();
            }
        });

        JavaPairRDD word = words.mapToPair(new PairFunction<String, String, Integer>() {

            @Override
            public Tuple2<String, Integer> call(String word) throws Exception {
                return new Tuple2<>(word, 1);
            }
        });

        JavaPairRDD wordcount = word.reduceByKey(new Function2<Integer, Integer, Integer>() {

            @Override
            public Integer call(Integer i1, Integer i2) throws Exception {
                return i1 + i2;
            }
        });

        wordcount.foreach(new VoidFunction<Tuple2<String,Integer>>() {
            public void call(Tuple2<String,Integer> o) throws Exception {
                System.out.println(o._1 + " : " + o._2);
            }
        });
    }
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五、Spark Streaming

1、 Spark streaming简介

Spark Streaming是Spark API的核心扩展，支持实时数据流的可扩展、高吞吐量和容错流处理。数据可以从Kafka、Kinesis或TCP套接字等多种来源中获取，并且可以使用复杂的算法进行处理，这些算法用高级函数表示，如map、reduce、join和window。最后，处理过的数据可以推送到文件系统、数据库和实时仪表板。事实上，您可以在数据流上应用Spark的机器学习和图形处理算法。

在内部，它的工作方式如下。Spark Streaming接收实时输入的数据流，并对数据进行分批处理，由Spark引擎进行处理，生成最终的批量结果流。

Spark Streaming提供了一种高级抽象，称为离散流或DStream，它表示连续的数据流。Dstream可以通过来自Kafka和Kinesis等源的输入数据流创建，也可以通过在其他Dstream上应用高级操作来创建。在内部，DStream表示为rdd序列。

2.代码示例

需求：统计统计词的出现次数

1、linux服务器安装nc服务

yum -y install nc

#使用nc命令发送数据
nc -lk 9999
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2、创建Maven工程，添加依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.spark</groupId>
    <artifactId>spark-streaming_2.12</artifactId>
    <version>3.1.2</version>
</dependency>

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3、代码实现

public static void main(String[] args) throws Exception{

        // Create a local StreamingContext with two working thread and batch interval of 1 second
        SparkConf conf = new SparkConf().setMaster("local[2]").setAppName("NetworkWordCount");
        JavaStreamingContext jssc = new JavaStreamingContext(conf, Durations.seconds(5));

        // Create a DStream that will connect to hostname:port, like localhost:9999
        JavaReceiverInputDStream<String> lines = jssc.socketTextStream("hadoop01", 9999);

        lines.flatMap(x -> Arrays.asList(x.split(" ")).iterator());
        // Split each line into words
        JavaDStream<String> words = lines.flatMap(x -> Arrays.asList(x.split(" ")).iterator());
        // Count each word in each batch
        JavaPairDStream<String, Integer> pairs = words.mapToPair(s -> new Tuple2<>(s, 1));
        JavaPairDStream<String, Integer> wordCounts = pairs.reduceByKey((i1, i2) -> i1 + i2);
        // Print the first ten elements of each RDD generated in this DStream to the console
        wordCounts.print();
        jssc.start();              // Start the computation
        jssc.awaitTermination();   // Wait for the computation to terminate
    }
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