Spark SQL 重点知识总结

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一、Spark SQL的概念理解

Spark SQL是spark套件中一个模板，它将数据的计算任务通过SQL的形式转换成了RDD的计算，类似于Hive通过SQL的形式将数据的计算任务转换成了MapReduce。

Spark SQL的特点：

1. 和Spark Core的无缝集成，可以在写整个RDD应用的时候，配置Spark SQL来完成逻辑实现。
2. 统一的数据访问方式，Spark SQL提供标准化的SQL查询。
3. Hive的继承，Spark SQL通过内嵌的hive或者连接外部已经部署好的hive案例，实现了对hive语法的继承和操作。
4. 标准化的连接方式，Spark SQL可以通过启动thrift Server来支持JDBC、ODBC的访问，将自己作为一个BI Server使用

Spark SQL数据抽象：

1. RDD(Spark1.0)->DataFrame(Spark1.3)->DataSet(Spark1.6)
2. Spark SQL提供了DataFrame和DataSet的数据抽象
3. DataFrame就是RDD+Schema，可以认为是一张二维表格，劣势在于编译器不进行表格中的字段的类型检查，在运行期进行检查
4. DataSet是Spark最新的数据抽象，Spark的发展会逐步将DataSet作为主要的数据抽象，弱化RDD和DataFrame.DataSet包含了DataFrame所有的优化机制。除此之外提供了以样例类为Schema模型的强类型
5. DataFrame=DataSet[Row]
6. DataFrame和DataSet都有可控的内存管理机制，所有数据都保存在非堆上，都使用了catalyst进行SQL的优化。

Spark SQL客户端查询：

1. 可以通过Spark-shell来操作Spark SQL，spark作为SparkSession的变量名，sc作为SparkContext的变量名
2. 可以通过Spark提供的方法读取json文件，将json文件转换成DataFrame
3. 可以通过DataFrame提供的API来操作DataFrame里面的数据。
4. 可以通过将DataFrame注册成为一个临时表的方式，来通过Spark.sql方法运行标准的SQL语句来查询。

二、Spark SQL查询方式

DataFrame查询方式

1. DataFrame支持两种查询方式：一种是DSL风格，另外一种是SQL风格

(1)、DSL风格：

需要引入import spark.implicit. _ 这个隐式转换，可以将DataFrame隐式转换成RDD

(2)、SQL风格：

a、需要将DataFrame注册成一张表格，如果通过CreateTempView这种方式来创建，那么该表格Session有效，如果通过CreateGlobalTempView来创建，那么该表格跨Session有效，但是SQL语句访问该表格的时候需要加上前缀global_temp

b、需要通过sparkSession.sql方法来运行你的SQL语句

DataSet查询方式

1. 定义一个DataSet，先定义一个Case类

三、DataFrame、Dataset和RDD互操作

RDD->DataFrame

1. 普通方式：例如rdd.map(para(para(0).trim(),para(1).trim().toInt)).toDF("name","age")
2. 通过反射来设置schema，例如：

#通过反射设置schema，数据集是spark自带的people.txt,路径在下面的代码中
case class Person(name:String,age:Int)
val peopleDF=spark.sparkContext.textFile("file:///root/spark/spark2.4.1/examples/src/main/resources/people.txt").map(_.split(",")).map(para=>Person(para(0).trim,para(1).trim.toInt)).toDF
peopleDF.show

#注册成一张临时表
peopleDF.createOrReplaceTempView("persons")
val teen=spark.sql("select name,age from persons where age between 13 and 29")
teen.show

这时teen是一张表，每一行是一个row对象，如果需要访问Row对象中的每一个元素，可以通过下标 row(0)；你也可以通过列名 row.getAs[String]（"name"）

也可以使用getAs方法：

3、通过编程的方式来设置schema，适用于编译器不能确定列的情况

val peopleRDD=spark.sparkContext.textFile("file:///root/spark/spark2.4.1/examples/src/main/resources/people.txt")
val schemaString="name age"
val filed=schemaString.split(" ").map(filename=> org.apache.spark.sql.types.StructField(filename,org.apache.spark.sql.types.StringType,nullable = true))
val schema=org.apache.spark.sql.types.StructType(filed)
peopleRDD.map(_.split(",")).map(para=>org.apache.spark.sql.Row(para(0).trim,para(1).trim))
val peopleDF=spark.createDataFrame(res6,schema)
peopleDF.show

DataFrame->RDD

dataFrame.rdd

RDD->DataSet

rdd.map(para=> Person(para(0).trim(),para(1).trim().toInt)).toDS

DataSet->DataSet

dataSet.rdd

DataFrame -> DataSet

dataFrame.to[Person]

DataSet -> DataFrame

dataSet.toDF

四、用户自定义函数

用户自定义UDF函数

通过spark.udf功能用户可以自定义函数

自定义udf函数：

1. 通过spark.udf.register(name,func)来注册一个UDF函数，name是UDF调用时的标识符，fun是一个函数，用于处理字段。
2. 需要将一个DF或者DS注册为一个临时表
3. 通过spark.sql去运行一个SQL语句，在SQL语句中可以通过name(列名)方式来应用UDF函数

用户自定义聚合函数

1. 弱类型用户自定义聚合函数

1. 新建一个Class 继承UserDefinedAggregateFunction ，然后复写方法：

//聚合函数需要输入参数的数据类型
override def inputSchema: StructType = ???
//可以理解为保存聚合函数业务逻辑数据的一个数据结构
override def bufferSchema: StructType = ???
// 返回值的数据类型
override def dataType: DataType = ???
// 对于相同的输入一直有相同的输出
override def deterministic: Boolean = true
//用于初始化你的数据结构
override def initialize(buffer: MutableAggregationBuffer): Unit = ???
//用于同分区内Row对聚合函数的更新操作
override def update(buffer: MutableAggregationBuffer, input: Row): Unit = ???
//用于不同分区对聚合结果的聚合。
override def merge(buffer1: MutableAggregationBuffer, buffer2: Row): Unit = ???
//计算最终结果
override def evaluate(buffer: Row): Any = ???

2. 你需要通过spark.udf.resigter去注册你的UDAF函数。
3. 需要通过spark.sql去运行你的SQL语句，可以通过 select UDAF(列名) 来应用你的用户自定义聚合函数。

2、强类型用户自定义聚合函数

1. 新建一个class，继承Aggregator[Employee, Average, Double]，其中Employee是在应用聚合函数的时候传入的对象，Average是聚合函数在运行的时候内部需要的数据结构，Double是聚合函数最终需要输出的类型。这些可以根据自己的业务需求去调整。复写相对应的方法：

//用于定义一个聚合函数内部需要的数据结构
override def zero: Average = ???
//针对每个分区内部每一个输入来更新你的数据结构
override def reduce(b: Average, a: Employee): Average = ???
//用于对于不同分区的结构进行聚合
override def merge(b1: Average, b2: Average): Average = ???
//计算输出
override def finish(reduction: Average): Double = ???
//用于数据结构他的转换
override def bufferEncoder: Encoder[Average] = ???
//用于最终结果的转换
override def outputEncoder: Encoder[Double] = ???

2. 新建一个UDAF实例，通过DF或者DS的DSL风格语法去应用。

五、Spark SQL和Hive的继承

1、内置Hive

1. Spark内置有Hive，Spark2.1.1 内置的Hive是1.2.1。
2. 需要将core-site.xml和hdfs-site.xml 拷贝到spark的conf目录下。如果Spark路径下发现metastore_db，需要删除【仅第一次启动的时候】。
3. 在你第一次启动创建metastore的时候，你需要指定spark.sql.warehouse.dir这个参数， 比如：bin/spark-shell --conf spark.sql.warehouse.dir=hdfs://master01:9000/spark_warehouse
4. 注意，如果你在load数据的时候，需要将数据放到HDFS上。

2、外部Hive(这里主要使用这个方法)

1. 需要将hive-site.xml 拷贝到spark的conf目录下。
2. 如果hive的metestore使用的是mysql数据库，那么需要将mysql的jdbc驱动包放到spark的jars目录下。
3. 可以通过spark-sql或者spark-shell来进行sql的查询。完成和hive的连接。

这就是hive里面的表

六、Spark SQL的数据源

1、输入

对于Spark SQL的输入需要使用sparkSession.read方法

1. 通用模式 sparkSession.read.format("json").load("path") 支持类型：parquet、json、text、csv、orc、jdbc
2. 专业模式 sparkSession.read.json、 csv 直接指定类型。

2、输出

对于Spark SQL的输出需要使用 sparkSession.write方法

1. 通用模式 dataFrame.write.format("json").save("path") 支持类型：parquet、json、text、csv、orc

2. 专业模式 dataFrame.write.csv("path") 直接指定类型

3. 如果你使用通用模式，spark默认parquet是默认格式、sparkSession.read.load 加载的默认是parquet格式dataFrame.write.save也是默认保存成parquet格式。

4. 如果需要保存成一个text文件，那么需要dataFrame里面只有一列（只需要一列即可）。

七、Spark SQL实战

1、数据说明

这里有三个数据集，合起来大概有几十万条数据，是关于货品交易的数据集。

2、任务

这里有三个需求：

1. 计算所有订单中每年的销售单数、销售总额
2. 计算所有订单每年最大金额订单的销售额
3. 计算所有订单中每年最畅销货品

3、步骤

1. 加载数据

tbStock.txt

#代码
case class tbStock(ordernumber:String,locationid:String,dateid:String) extends Serializable
val tbStockRdd=spark.sparkContext.textFile("file:///root/dataset/tbStock.txt")
val tbStockDS=tbStockRdd.map(_.split(",")).map(attr=>tbStock(attr(0),attr(1),attr(2))).toDS
tbStockDS.show()

tbStockDetail.txt

case class tbStockDetail(ordernumber:String,rownum:Int,itemid:String,number:Int,price:Double,amount:Double) extends Serializable
val tbStockDetailRdd=spark.sparkContext.textFile("file:///root/dataset/tbStockDetail.txt")
val tbStockDetailDS=tbStockDetailRdd.map(_.split(",")).map(attr=>tbStockDetail(attr(0),attr(1).trim().toInt,attr(2),attr(3).trim().toInt,attr(4).trim().toDouble,attr(5).trim().toDouble)).toDS
tbStockDetailDS.show()

tbDate.txt

case class tbDate(dateid:String,years:Int,theyear:Int,month:Int,day:Int,weekday:Int,week:Int,quarter:Int,period:Int,halfmonth:Int) extends Serializable
val tbDateRdd=spark.sparkContext.textFile("file:///root/dataset/tbDate.txt")
val tbDateDS=tbDateRdd.map(_.split(",")).map(attr=>tbDate(attr(0),attr(1).trim().toInt,attr(2).trim().toInt,attr(3).trim().toInt,attr(4).trim().toInt,attr(5).trim().toInt,attr(6).trim().toInt,attr(7).trim().toInt,attr(8).trim().toInt,attr(9).trim().toInt)).toDS
tbDateDS.show()

2. 注册表

tbStockDS.createOrReplaceTempView("tbStock")
tbDateDS.createOrReplaceTempView("tbDate")
tbStockDetailDS.createOrReplaceTempView("tbStockDetail")

3. 解析表

1. 计算所有订单中每年的销售单数、销售总额

#sql语句
select c.theyear,count(distinct a.ordernumber),sum(b.amount)
from tbStock a
join tbStockDetail b on a.ordernumber=b.ordernumber
join tbDate c on a.dateid=c.dateid
group by c.theyear
order by c.theyear

2. 计算所有订单每年最大金额订单的销售额

a、先统计每年每个订单的销售额

select a.dateid,a.ordernumber,sum(b.amount) as SumOfAmount
from tbStock a
join tbStockDetail b on a.ordernumber=b.ordernumber
group by a.dateid,a.ordernumber

b、计算最大金额订单的销售额

select d.theyear,c.SumOfAmount as SumOfAmount 
from 
(select a.dateid,a.ordernumber,sum(b.amount) as SumOfAmount 
from tbStock a
join tbStockDetail b on a.ordernumber=b.ordernumber  
group by a.dateid,a.ordernumber) c  
join tbDate d on c.dateid=d.dateid  
group by d.theyear
order by theyear desc

3. 计算所有订单中每年最畅销货品

a、求出每年每个货品的销售额

select c.theyear,b.itemid,sum(b.amount) as SumOfAmount 
from tbStock a 
join tbStockDetail b on a.ordernumber=b.ordernumber 
join tbDate c on a.dateid=c.dateid 
group by c.theyear,b.itemid

b、在a的基础上，统计每年单个货品的最大金额

select d.theyear,max(d.SumOfAmount) as MaxOfAmount 
from 
(select c.theyear,b.itemid,sum(b.amount) as SumOfAmount 
from tbStock a 
join tbStockDetail b on a.ordernumber=b.ordernumber 
join tbDate c on a.dateid=c.dateid 
group by c.theyear,b.itemid) d 
group by theyear

c、用最大销售额和统计好的每个货品的销售额join，以及用年join，集合得到最畅销货品那一行信息

select distinct e.theyear,e.itemid,f.maxofamount 
from 
(select c.theyear,b.itemid,sum(b.amount) as sumofamount 
from tbStock a 
join tbStockDetail b on a.ordernumber=b.ordernumber 
join tbDate c on a.dateid=c.dateid 
group by c.theyear,b.itemid) e 
join 
(select d.theyear,max(d.sumofamount) as maxofamount 
from 
(select c.theyear,b.itemid,sum(b.amount) as sumofamount 
from tbStock a 
join tbStockDetail b on a.ordernumber=b.ordernumber 
join tbDate c on a.dateid=c.dateid 
group by c.theyear,b.itemid) d 
group by d.theyear) f on e.theyear=f.theyear 
and e.sumofamount=f.maxofamount order by e.theyear

转自：大数据真好玩