一、Spark 架构原理
SparkContext 主导应用执行
Cluster Manager 节点管理器
把算子RDD发送给 Worker Node
Cache : Worker Node 之间共享信息、通信
Executor 虚拟机 容器启动 接任务 Task(core数 一次处理一个RDD分区)
1.1 Spark架构核心组件
1.2 各部分功能图
- Driver 注册了一些 Executor后，就可以开始正式执行 spark 应用程序了。第一步是创建 RDD,读取数据源;
- HDFS 文件被读取到多个 Worker节点，形成内存中的分布式数据集，也就是初始RDD;
- Driver会根据程序对RDD的定义的操作，提交 Task 到 Executor;
- Task会对RDD的partition数据执行指定的算子操作，形成新的RDD的partition;
二、RDD概述
2.1 什么是RDD？
RDD（Resilient Distributed Dataset）叫做弹性分布式数据集，是Spark中最基本的数据抽象，它代表一个不可变、可分区、里面的元素可并行计算的集合。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。
2.2 RDD具体包含了一些什么东西？
RDD是一个类，它包含了数据应该在哪算，具体该怎么算，算完了放在哪个地方。它是能被序列化，也能被反序列化。在开发的时候，RDD给人的感觉就是一个只读的数据。但是不是，RDD存储的不是数据，而是数据的位置，数据的类型，获取数据的方法，分区的方法等等。
2.3 RDD的五大特性
（1）一组分片（Partition），即数据集的基本组成单位。对于RDD来说，每个分片都会被一个计算任务处理，并决定并行计算的粒度。用户可以在创建RDD时指定RDD的分片个数，如果没有指定，那么就会采用默认值。默认值就是程序所分配到的CPU Core的数目。
（2）一个计算每个分区的函数。Spark中RDD的计算是以分片为单位的，每个RDD都会实现compute函数以达到这个目的。compute函数会对迭代器进行复合，不需要保存每次计算的结果。
（3）RDD之间的依赖关系。RDD的每次转换都会生成一个新的RDD，所以RDD之间就会形成类似于流水线一样的前后依赖关系。在部分分区数据丢失时，Spark可以通过这个依赖关系重新计算丢失的分区数据，而不是对RDD的所有分区进行重新计算。
（4）一个Partitioner，即RDD的分片函数。当前Spark中实现了两种类型的分片函数，一个是基于哈希的HashPartitioner，另外一个是基于范围的RangePartitioner。只有对于于key-value的RDD，才会有Partitioner，非key-value的RDD的Parititioner的值是None。Partitioner函数不但决定了RDD本身的分片数量，也决定了parent RDD Shuffle输出时的分片数量。
（5）一个列表，存储存取每个Partition的优先位置（preferred location）。对于一个HDFS文件来说，这个列表保存的就是每个Partition所在的块的位置。按照“移动数据不如移动计算”的理念，Spark在进行任务调度的时候，会尽可能地将计算任务分配到其所要处理数据块的存储位置。
2.4 RDD可以从哪来
- 通过序列化集合的方式
- 通过读取文件的方式
scala> sc.textFile("hdfs://wc/e.txt")
res0: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = hdfs://wc/e.txt MapPartitionsRDD[1] at textFile at <console>:25
scala> val rdd = sc.textFile("hdfs://192.168.56.137:9000/wc/e.txt")
rdd: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = hdfs://192.168.56.137:9000/wc/e.txt MapPartitionsRDD[21] at textFile at <console>:24
- 通过其他的RDD进行transformation转换而来
2.5 WordCount粗图解RDD
其中hello.txt
三、RDD的创建方式
3.1 通过读取文件生成的
由外部存储系统的数据集创建，包括本地的文件系统，还有所有Hadoop支持的数据集，比如HDFS、Cassandra、HBase等
scala> val file = sc.textFile("/spark/hello.txt")
3.2 通过并行化的方式创建RDD
由一个已经存在的Scala集合创建。
scala> val array = Array(1,2,3,4,5)
array: Array[Int] = Array(1, 2, 3, 4, 5)
scala> val rdd = sc.parallelize(array)
rdd: org.apache.spark.rdd.RDD[Int] = ParallelCollectionRDD[27] at parallelize at <console>:26
scala>
3.3 其他方式
读取数据库等等其他的操作。也可以生成RDD。
RDD可以通过其他的RDD转换而来的。
四、RDD编程API
Spark支持两个类型（算子）操作：Transformation和Action
4.1 Transformation
| 转换 | 含义 |
|---|---|
| map(func) | 返回一个新的RDD，该RDD由每一个输入元素经过func函数转换后组成 |
| filter(func) | 返回一个新的RDD，该RDD由经过func函数计算后返回值为true的输入元素组成 |
| flatMap(func) | 类似于map，但是每一个输入元素可以被映射为0或多个输出元素（所以func应该返回一个序列，而不是单一元素） |
| mapPartitions(func) | 类似于map，但独立地在RDD的每一个分片上运行，因此在类型为T的RDD上运行时，func的函数类型必须是Iterator[T] => Iterator[U] |
| mapPartitionsWithIndex(func) | 类似于mapPartitions，但func带有一个整数参数表示分片的索引值，因此在类型为T的RDD上运行时，func的函数类型必须是(Int, Interator[T]) => Iterator[U] |
| sample(withReplacement, fraction, seed) | 根据fraction指定的比例对数据进行采样，可以选择是否使用随机数进行替换，seed用于指定随机数生成器种子 |
| union(otherDataset) | 对源RDD和参数RDD求并集后返回一个新的RDD |
| intersection(otherDataset) | 对源RDD和参数RDD求交集后返回一个新的RDD |
| distinct([numTasks])) | 对源RDD进行去重后返回一个新的RDD |
| groupByKey([numTasks]) | 在一个(K,V)的RDD上调用，返回一个(K, Iterator[V])的RDD |
| reduceByKey(func, [numTasks]) | 在一个(K,V)的RDD上调用，返回一个(K,V)的RDD，使用指定的reduce函数，将相同key的值聚合到一起，与groupByKey类似，reduce任务的个数可以通过第二个可选的参数来设置 |
| aggregateByKey(zeroValue)(seqOp, combOp, [numTasks]) | 先按分区聚合 再总的聚合 每次要跟初始值交流 例如：aggregateByKey(0)(+,+) 对k/y的RDD进行操作 |
| sortByKey([ascending], [numTasks]) | 在一个(K,V)的RDD上调用，K必须实现Ordered接口，返回一个按照key进行排序的(K,V)的RDD |
| sortBy(func,[ascending], [numTasks]) | 与sortByKey类似，但是更灵活 第一个参数是根据什么排序 第二个是怎么排序 false倒序 第三个排序后分区数 默认与原RDD一样 |
| join(otherDataset, [numTasks]) | 在类型为(K,V)和(K,W)的RDD上调用，返回一个相同key对应的所有元素对在一起的(K,(V,W))的RDD 相当于内连接（求交集） |
| cogroup(otherDataset, [numTasks]) | 在类型为(K,V)和(K,W)的RDD上调用，返回一个(K,(Iterable,Iterable))类型的RDD |
| cartesian(otherDataset) | 两个RDD的笛卡尔积 的成很多个K/V |
| pipe(command, [envVars]) | 调用外部程序 |
| coalesce(numPartitions) | 重新分区 第一个参数是要分多少区，第二个参数是否shuffle 默认false 少分区变多分区 true 多分区变少分区 false |
| repartition(numPartitions) | 重新分区 必须shuffle 参数是要分多少区 少变多 |
| repartitionAndSortWithinPartitions(partitioner) | 重新分区+排序 比先分区再排序效率高 对K/V的RDD进行操作 |
| foldByKey(zeroValue)(seqOp) | 该函数用于K/V做折叠，合并处理 ，与aggregate类似 第一个括号的参数应用于每个V值 第二括号函数是聚合例如：_+_ |
| combineByKey | 合并相同的key的值 rdd1.combineByKey(x => x, (a: Int, b: Int) => a + b, (m: Int, n: Int) => m + n) |
| partitionBy（partitioner） | 对RDD进行分区 partitioner是分区器 例如new HashPartition(2 |
| cache / persist | RDD缓存，可以避免重复计算从而减少时间，区别：cache内部调用了persist算子，cache默认就一个缓存级别MEMORY-ONLY ，而persist则可以选择缓存级别 |
| Subtract（rdd） | 返回前rdd元素不在后rdd的rdd |
| leftOuterJoin | leftOuterJoin类似于SQL中的左外关联left outer join，返回结果以前面的RDD为主，关联不上的记录为空。只能用于两个RDD之间的关联，如果要多个RDD关联，多关联几次即可 |
| rightOuterJoin | rightOuterJoin类似于SQL中的有外关联right outer join，返回结果以参数中的RDD为主，关联不上的记录为空。只能用于两个RDD之间的关联，如果要多个RDD关联，多关联几次即可 |
| subtractByKey | substractByKey和基本转换操作中的subtract类似只不过这里是针对K的，返回在主RDD中出现，并且不在otherRDD中出现的元素 |
4.2 Action
触发代码的运行，我们一段spark代码里面至少需要有一个action操作。
常用的Action：
| 动作 | 含义 |
|---|---|
| reduce(func) | 通过func函数聚集RDD中的所有元素，这个功能必须是课交换且可并联的 |
| collect() | 在驱动程序中，以数组的形式返回数据集的所有元素 |
| count() | 返回RDD的元素个数 |
| first() | 返回RDD的第一个元素（类似于take(1)） |
| take(n) | 返回一个由数据集的前n个元素组成的数组 |
| takeSample(withReplacement,num, [seed]) | 返回一个数组，该数组由从数据集中随机采样的num个元素组成，可以选择是否用随机数替换不足的部分，seed用于指定随机数生成器种子 |
| takeOrdered(n, [ordering]) | |
| saveAsTextFile(path) | 将数据集的元素以textfile的形式保存到HDFS文件系统或者其他支持的文件系统，对于每个元素，Spark将会调用toString方法，将它装换为文件中的文本 |
| saveAsSequenceFile(path) | 将数据集中的元素以Hadoop sequencefile的格式保存到指定的目录下，可以使HDFS或者其他Hadoop支持的文件系统 |
| saveAsObjectFile(path) | |
| countByKey() | 针对(K,V)类型的RDD，返回一个(K,Int)的map，表示每一个key对应的元素个数 |
| foreach(func) | 在数据集的每一个元素上，运行函数func进行更新。 |
| aggregate | 先对分区进行操作，在总体操作 |
| reduceByKeyLocally | |
| lookup | |
| top | |
| fold | |
| foreachPartition |
4.3 Spark WordCount代码编写
使用maven进行项目构建
（1）使用scala进行编写
查看官方网站，需要导入2个依赖包
详细代码
SparkWordCountWithScala.scala
import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.{SparkConf, SparkContext}
object SparkWordCountWithScala {
def main(args: Array[String]): Unit = {
val conf = new SparkConf()
/**
* 如果这个参数不设置，默认认为你运行的是集群模式
* 如果设置成local代表运行的是local模式
*/
conf.setMaster("local")
//设置任务名
conf.setAppName("WordCount")
//创建SparkCore的程序入口
val sc = new SparkContext(conf)
//读取文件 生成RDD
val file: RDD[String] = sc.textFile("E:\\hello.txt")
//把每一行数据按照，分割
val word: RDD[String] = file.flatMap(_.split(","))
//让每一个单词都出现一次
val wordOne: RDD[(String, Int)] = word.map((_,1))
//单词计数
val wordCount: RDD[(String, Int)] = wordOne.reduceByKey(_+_)
//按照单词出现的次数 降序排序
val sortRdd: RDD[(String, Int)] = wordCount.sortBy(tuple => tuple._2,false)
//将最终的结果进行保存
sortRdd.saveAsTextFile("E:\\result")
sc.stop()
}
运行结果
4.4 WordCount执行过程图
五、RDD的宽依赖和窄依赖
5.1 RDD依赖关系的本质内幕
由于RDD是粗粒度的操作数据集，每个Transformation操作都会生成一个新的RDD，所以RDD之间就会形成类似流水线的前后依赖关系；RDD和它依赖的父RDD（s）的关系有两种不同的类型，即窄依赖（narrow dependency）和宽依赖（wide dependency）。如图所示显示了RDD之间的依赖关系。
从图中可知：
窄依赖：是指每个父RDD的一个Partition最多被子RDD的一个Partition所使用，例如map、filter、union等操作都会产生窄依赖；（独生子女）
宽依赖：是指一个父RDD的Partition会被多个子RDD的Partition所使用，例如groupByKey、reduceByKey、sortByKey等操作都会产生宽依赖；（超生）
需要特别说明的是对join操作有两种情况：
（1）图中左半部分join：如果两个RDD在进行join操作时，一个RDD的partition仅仅和另一个RDD中已知个数的Partition进行join，那么这种类型的join操作就是窄依赖，例如图1中左半部分的join操作(join with inputs co-partitioned)；
（2）图中右半部分join：其它情况的join操作就是宽依赖,例如图1中右半部分的join操作(join with inputs not co-partitioned)，由于是需要父RDD的所有partition进行join的转换，这就涉及到了shuffle，因此这种类型的join操作也是宽依赖。
总结：
在这里我们是从父RDD的partition被使用的个数来定义窄依赖和宽依赖，因此可以用一句话概括下：如果父RDD的一个Partition被子RDD的一个Partition所使用就是窄依赖，否则的话就是宽依赖。因为是确定的partition数量的依赖关系，所以RDD之间的依赖关系就是窄依赖；由此我们可以得出一个推论：即窄依赖不仅包含一对一的窄依赖，还包含一对固定个数的窄依赖。
一对固定个数的窄依赖的理解：即子RDD的partition对父RDD依赖的Partition的数量不会随着RDD数据规模的改变而改变；换句话说，无论是有100T的数据量还是1P的数据量，在窄依赖中，子RDD所依赖的父RDD的partition的个数是确定的，而宽依赖是shuffle级别的，数据量越大，那么子RDD所依赖的父RDD的个数就越多，从而子RDD所依赖的父RDD的partition的个数也会变得越来越多。
5.2 依赖关系下的数据流视图
在spark中，会根据RDD之间的依赖关系将DAG图（有向无环图）划分为不同的阶段，对于窄依赖，由于partition依赖关系的确定性，partition的转换处理就可以在同一个线程里完成，窄依赖就被spark划分到同一个stage中，而对于宽依赖，只能等父RDD shuffle处理完成后，下一个stage才能开始接下来的计算。
因此spark划分stage的整体思路是：从后往前推，遇到宽依赖就断开，划分为一个stage；遇到窄依赖就将这个RDD加入该stage中。因此在图2中RDD C,RDD D,RDD E,RDDF被构建在一个stage中,RDD A被构建在一个单独的Stage中,而RDD B和RDD G又被构建在同一个stage中。
在spark中，Task的类型分为2种：ShuffleMapTask和ResultTask：
简单来说，DAG的最后一个阶段会为每个结果的partition生成一个ResultTask，即每个Stage里面的Task的数量是由该Stage中最后一个RDD的Partition的数量所决定的！而其余所有阶段都会生成ShuffleMapTask；之所以称之为ShuffleMapTask是因为它需要将自己的计算结果通过shuffle到下一个stage中；也就是说上图中的stage1和stage2相当于mapreduce中的Mapper,而ResultTask所代表的stage3就相当于mapreduce中的reducer。
在之前动手操作了一个wordcount程序，因此可知，Hadoop中MapReduce操作中的Mapper和Reducer在spark中的基本等量算子是map和reduceByKey;不过区别在于：Hadoop中的MapReduce天生就是排序的；而reduceByKey只是根据Key进行reduce，但spark除了这两个算子还有其他的算子；因此从这个意义上来说，Spark比Hadoop的计算算子更为丰富。