PySpark入门级学习教程，框架思维（上）
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2021-04-12 23:01
为什么要学习Spark？作为数据从业者多年，个人觉得Spark已经越来越走进我们的日常工作了，无论是使用哪种编程语言，Python、Scala还是Java，都会或多或少接触到Spark，它可以让我们能够用到集群的力量，可以对BigData进行高效操作，实现很多之前由于计算资源而无法轻易实现的东西。网上有很多关于Spark的好处，这里就不做过多的赘述，我们直接进入这篇文章的正文！
关于PySpark，我们知道它是Python调用Spark的接口，我们可以通过调用Python API的方式来编写Spark程序，它支持了大多数的Spark功能，比如SparkDataFrame、Spark SQL、Streaming、MLlib等等。只要我们了解Python的基本语法，那么在Python里调用Spark的力量就显得十分easy了。下面我将会从相对宏观的层面介绍一下PySpark，让我们对于这个神器有一个框架性的认识，知道它能干什么，知道去哪里寻找问题解答，争取看完这篇文章可以让我们更加丝滑地入门PySpark。话不多说，马上开始！
🚙 目录：
安装指引 基础概念 常用函数 Sparksql使用 调优思路 学习资源推荐
🛠 安装指引：
安装这块本文就不展开具体的步骤了，毕竟大家的机子环境都不尽相同。不过可以简单说几点重要的步骤，然后节末放上一些安装示例供大家参考。
下面是一些示例，可以参考下：
1）Mac下安装spark，并配置pycharm-pyspark完整教程
https://blog.csdn.net/shiyutianming/article/details/99946797
2）virtualBox里安装开发环境
https://www.bilibili.com/video/BV1i4411i79a?p=3
3）快速搭建spark开发环境，云哥项目
https://github.com/lyhue1991/eat_pyspark_in_10_days
🎯 基础概念
关于Spark的基础概念，我在先前的文章里也有写过，大家可以一起来回顾一下 《想学习Spark？先带你了解一些基础的知识》。作为补充，今天在这里也介绍一些在Spark中会经常遇见的专有名词。
🚴♀️ Q1: 什么是RDD
RDD的全称是 Resilient Distributed Datasets，这是Spark的一种数据抽象集合，它可以被执行在分布式的集群上进行各种操作，而且有较强的容错机制。RDD可以被分为若干个分区，每一个分区就是一个数据集片段，从而可以支持分布式计算。
🚴♀️ Q2: RDD运行时相关的关键名词
简单来说可以有 Client、Job、Master、Worker、Driver、Stage、Task以及Executor，这几个东西在调优的时候也会经常遇到的。
Client：指的是客户端进程，主要负责提交job到Master；
Job：Job来自于我们编写的程序，Application包含一个或者多个job，job包含各种RDD操作；
Master：指的是Standalone模式中的主控节点，负责接收来自Client的job，并管理着worker，可以给worker分配任务和资源（主要是driver和executor资源）；
Worker：指的是Standalone模式中的slave节点，负责管理本节点的资源，同时受Master管理，需要定期给Master回报heartbeat（心跳），启动Driver和Executor；
Driver：指的是 job（作业）的主进程，一般每个Spark作业都会有一个Driver进程，负责整个作业的运行，包括了job的解析、Stage的生成、调度Task到Executor上去执行；
Stage：中文名 阶段，是job的基本调度单位，因为每个job会分成若干组Task，每组任务就被称为 Stage；
Task：任务，指的是直接运行在executor上的东西，是executor上的一个线程；
Executor：指的是 执行器，顾名思义就是真正执行任务的地方了，一个集群可以被配置若干个Executor，每个Executor接收来自Driver的Task，并执行它（可同时执行多个Task）。
🚴♀️ Q3: 什么是DAG
全称是 Directed Acyclic Graph，中文名是有向无环图。Spark就是借用了DAG对RDD之间的关系进行了建模，用来描述RDD之间的因果依赖关系。因为在一个Spark作业调度中，多个作业任务之间也是相互依赖的，有些任务需要在一些任务执行完成了才可以执行的。在Spark调度中就是有DAGscheduler，它负责将job分成若干组Task组成的Stage。
🚴♀️ Q4: Spark的部署模式有哪些
主要有local模式、Standalone模式、Mesos模式、YARN模式。
更多的解释可以参考这位老哥的解释。https://www.jianshu.com/p/3b8f85329664
🚴♀️ Q5: Shuffle操作是什么
Shuffle指的是数据从Map端到Reduce端的数据传输过程，Shuffle性能的高低直接会影响程序的性能。因为Reduce task需要跨节点去拉在分布在不同节点上的Map task计算结果，这一个过程是需要有磁盘IO消耗以及数据网络传输的消耗的，所以需要根据实际数据情况进行适当调整。另外，Shuffle可以分为两部分，分别是Map阶段的数据准备与Reduce阶段的数据拷贝处理，在Map端我们叫Shuffle Write，在Reduce端我们叫Shuffle Read。
🚴♀️ Q6: 什么是惰性执行
这是RDD的一个特性，在RDD中的算子可以分为Transform算子和Action算子，其中Transform算子的操作都不会真正执行，只会记录一下依赖关系，直到遇见了Action算子，在这之前的所有Transform操作才会被触发计算，这就是所谓的惰性执行。具体哪些是Transform和Action算子，可以看下一节。
🥇 常用函数
从网友的总结来看比较常用的算子大概可以分为下面几种，所以就演示一下这些算子，如果需要看更多的算子或者解释，建议可以移步到官方API文档去Search一下哈。
pyspark.RDD：http://spark.apache.org/docs/latest/api/python/reference/api/pyspark.RDD.html#pyspark.RDD
下面我们用自己创建的RDD：sc.parallelize(range(1,11),4)
import os
import pyspark
from pyspark import SparkContext, SparkConf
conf = SparkConf().setAppName("test_SamShare").setMaster("local[4]")
sc = SparkContext(conf=conf)
# 使用 parallelize方法直接实例化一个RDD
rdd = sc.parallelize(range(1,11),4) # 这里的 4 指的是分区数量
rdd.take(100)
# [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
"""
----------------------------------------------
Transform算子解析
----------------------------------------------
"""
# 以下的操作由于是Transform操作，因为我们需要在最后加上一个collect算子用来触发计算。
# 1. map: 和python差不多，map转换就是对每一个元素进行一个映射
rdd = sc.parallelize(range(1, 11), 4)
rdd_map = rdd.map(lambda x: x*2)
print("原始数据：", rdd.collect())
print("扩大2倍：", rdd_map.collect())
# 原始数据： [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
# 扩大2倍： [2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20]
# 2. flatMap: 这个相比于map多一个flat（压平）操作，顾名思义就是要把高维的数组变成一维
rdd2 = sc.parallelize(["hello SamShare", "hello PySpark"])
print("原始数据：", rdd2.collect())
print("直接split之后的map结果：", rdd2.map(lambda x: x.split(" ")).collect())
print("直接split之后的flatMap结果：", rdd2.flatMap(lambda x: x.split(" ")).collect())
# 直接split之后的map结果： [['hello', 'SamShare'], ['hello', 'PySpark']]
# 直接split之后的flatMap结果： ['hello', 'SamShare', 'hello', 'PySpark']
# 3. filter: 过滤数据
rdd = sc.parallelize(range(1, 11), 4)
print("原始数据：", rdd.collect())
print("过滤奇数：", rdd.filter(lambda x: x % 2 == 0).collect())
# 原始数据： [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
# 过滤奇数： [2, 4, 6, 8, 10]
# 4. distinct: 去重元素
rdd = sc.parallelize([2, 2, 4, 8, 8, 8, 8, 16, 32, 32])
print("原始数据：", rdd.collect())
print("去重数据：", rdd.distinct().collect())
# 原始数据： [2, 2, 4, 8, 8, 8, 8, 16, 32, 32]
# 去重数据： [4, 8, 16, 32, 2]
# 5. reduceByKey: 根据key来映射数据
from operator import add
rdd = sc.parallelize([("a", 1), ("b", 1), ("a", 1)])
print("原始数据：", rdd.collect())
print("原始数据：", rdd.reduceByKey(add).collect())
# 原始数据： [('a', 1), ('b', 1), ('a', 1)]
# 原始数据： [('b', 1), ('a', 2)]
# 6. mapPartitions: 根据分区内的数据进行映射操作
rdd = sc.parallelize([1, 2, 3, 4], 2)
def f(iterator):
yield sum(iterator)
print(rdd.collect())
print(rdd.mapPartitions(f).collect())
# [1, 2, 3, 4]
# [3, 7]
# 7. sortBy: 根据规则进行排序
tmp = [('a', 1), ('b', 2), ('1', 3), ('d', 4), ('2', 5)]
print(sc.parallelize(tmp).sortBy(lambda x: x[0]).collect())
print(sc.parallelize(tmp).sortBy(lambda x: x[1]).collect())
# [('1', 3), ('2', 5), ('a', 1), ('b', 2), ('d', 4)]
# [('a', 1), ('b', 2), ('1', 3), ('d', 4), ('2', 5)]
# 8. subtract: 数据集相减, Return each value in self that is not contained in other.
x = sc.parallelize([("a", 1), ("b", 4), ("b", 5), ("a", 3)])
y = sc.parallelize([("a", 3), ("c", None)])
print(sorted(x.subtract(y).collect()))
# [('a', 1), ('b', 4), ('b', 5)]
# 9. union: 合并两个RDD
rdd = sc.parallelize([1, 1, 2, 3])
print(rdd.union(rdd).collect())
# [1, 1, 2, 3, 1, 1, 2, 3]
# 10. intersection: 取两个RDD的交集，同时有去重的功效
rdd1 = sc.parallelize([1, 10, 2, 3, 4, 5, 2, 3])
rdd2 = sc.parallelize([1, 6, 2, 3, 7, 8])
print(rdd1.intersection(rdd2).collect())
# [1, 2, 3]
# 11. cartesian: 生成笛卡尔积
rdd = sc.parallelize([1, 2])
print(sorted(rdd.cartesian(rdd).collect()))
# [(1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)]
# 12. zip: 拉链合并，需要两个RDD具有相同的长度以及分区数量
x = sc.parallelize(range(0, 5))
y = sc.parallelize(range(1000, 1005))
print(x.collect())
print(y.collect())
print(x.zip(y).collect())
# [0, 1, 2, 3, 4]
# [1000, 1001, 1002, 1003, 1004]
# [(0, 1000), (1, 1001), (2, 1002), (3, 1003), (4, 1004)]
# 13. zipWithIndex: 将RDD和一个从0开始的递增序列按照拉链方式连接。
rdd_name = sc.parallelize(["LiLei", "Hanmeimei", "Lily", "Lucy", "Ann", "Dachui", "RuHua"])
rdd_index = rdd_name.zipWithIndex()
print(rdd_index.collect())
# [('LiLei', 0), ('Hanmeimei', 1), ('Lily', 2), ('Lucy', 3), ('Ann', 4), ('Dachui', 5), ('RuHua', 6)]
# 14. groupByKey: 按照key来聚合数据
rdd = sc.parallelize([("a", 1), ("b", 1), ("a", 1)])
print(rdd.collect())
print(sorted(rdd.groupByKey().mapValues(len).collect()))
print(sorted(rdd.groupByKey().mapValues(list).collect()))
# [('a', 1), ('b', 1), ('a', 1)]
# [('a', 2), ('b', 1)]
# [('a', [1, 1]), ('b', [1])]
# 15. sortByKey:
tmp = [('a', 1), ('b', 2), ('1', 3), ('d', 4), ('2', 5)]
print(sc.parallelize(tmp).sortByKey(True, 1).collect())
# [('1', 3), ('2', 5), ('a', 1), ('b', 2), ('d', 4)]
# 16. join:
x = sc.parallelize([("a", 1), ("b", 4)])
y = sc.parallelize([("a", 2), ("a", 3)])
print(sorted(x.join(y).collect()))
# [('a', (1, 2)), ('a', (1, 3))]
# 17. leftOuterJoin/rightOuterJoin
x = sc.parallelize([("a", 1), ("b", 4)])
y = sc.parallelize([("a", 2)])
print(sorted(x.leftOuterJoin(y).collect()))
# [('a', (1, 2)), ('b', (4, None))]
"""
----------------------------------------------
Action算子解析
----------------------------------------------
"""
# 1. collect: 指的是把数据都汇集到driver端，便于后续的操作
rdd = sc.parallelize(range(0, 5))
rdd_collect = rdd.collect()
print(rdd_collect)
# [0, 1, 2, 3, 4]
# 2. first: 取第一个元素
sc.parallelize([2, 3, 4]).first()
# 2
# 3. collectAsMap: 转换为dict，使用这个要注意了，不要对大数据用，不然全部载入到driver端会爆内存
m = sc.parallelize([(1, 2), (3, 4)]).collectAsMap()
m
# {1: 2, 3: 4}
# 4. reduce: 逐步对两个元素进行操作
rdd = sc.parallelize(range(10),5)
print(rdd.reduce(lambda x,y:x+y))
# 45
# 5. countByKey/countByValue:
rdd = sc.parallelize([("a", 1), ("b", 1), ("a", 1)])
print(sorted(rdd.countByKey().items()))
print(sorted(rdd.countByValue().items()))
# [('a', 2), ('b', 1)]
# [(('a', 1), 2), (('b', 1), 1)]
# 6. take: 相当于取几个数据到driver端
rdd = sc.parallelize([("a", 1), ("b", 1), ("a", 1)])
print(rdd.take(5))
# [('a', 1), ('b', 1), ('a', 1)]
# 7. saveAsTextFile: 保存rdd成text文件到本地
text_file = "./data/rdd.txt"
rdd = sc.parallelize(range(5))
rdd.saveAsTextFile(text_file)
# 8. takeSample: 随机取数
rdd = sc.textFile("./test/data/hello_samshare.txt", 4) # 这里的 4 指的是分区数量
rdd_sample = rdd.takeSample(True, 2, 0) # withReplacement 参数1：代表是否是有放回抽样
rdd_sample
# 9. foreach: 对每一个元素执行某种操作，不生成新的RDD
rdd = sc.parallelize(range(10), 5)
accum = sc.accumulator(0)
rdd.foreach(lambda x: accum.add(x))
print(accum.value)
# 45
Sam：未完待续... 文章较长，分上下两篇文章来写哈。