Spark读取elasticsearch数据指南

最近要在 Spark job 中通过 Spark SQL 的方式读取 Elasticsearch 数据，踩了一些坑，总结于此。

环境说明

• Spark job 的编写语言为 Scala，scala-library 的版本为 2.11.8。

• Spark 相关依赖包的版本为 2.3.2，如 spark-core、spark-sql。

• Elasticsearch 数据

  schema

  {
    "settings": {
      "number_of_replicas": 1
    },
    "mappings": {
      "label": {
        "properties": {
          "docId": {
            "type": "keyword"
          },
          "labels": {
            "type": "nested",
            "properties": {
              "id": {
                "type": "long"
              },
              "label": {
                "type": "keyword"
              }
            }
          },
          "itemId": {
            "type": "long"
          }
        }
      }
    }
  }
  

  sample data

  {
    "took" : 141,
    "timed_out" : false,
    "_shards" : {
      "total" : 5,
      "successful" : 5,
      "skipped" : 0,
      "failed" : 0
    },
    "hits" : {
      "total" : 17370929,
      "max_score" : 1.0,
      "hits" : [
        {
          "_index" : "aen-label-v1",
          "_type" : "label",
          "_id" : "123_ITEM",
          "_score" : 1.0,
          "_source" : {
            "docId" : "123_ITEM",
            "labels" : [
              {
                "id" : 7378,
                "label" : "1kg"
              }
            ],
            "itemId" : 123
          }
        },
        {
          "_index" : "aen-label-v1",
          "_type" : "label",
          "_id" : "456_ITEM",
          "_score" : 1.0,
          "_source" : {
            "docId" : "456_ITEM",
            "labels" : [
              {
                "id" : 7378,
                "label" : "2kg"
              }
            ],
            "itemId" : 456
          }
        }
      ]
    }
  }
  

准备工作

既然要用 Spark SQL，当然少不了其对应的依赖，

dependencies {
  implementation 'org.apache.spark:spark-core_2.11:2.3.2'
  implementation 'org.apache.spark:spark-sql_2.11:2.3.2'
}

对于 ES 的相关库，如同 官网 所说，要在 Spark 中访问 ES，需要将 elasticsearch-hadoop 依赖包加入到 Spark job 运行的类路径中，具体而言就是添加到 Spark job 工程的依赖中，公司的 nexus 中当前最新的版本为 7.15.0，且目前我们是使用 gradle 管理依赖，故添加依赖的代码如下，

dependencies {
  implementation 'org.elasticsearch:elasticsearch-hadoop:7.15.0'
}

本地测试

对于 Spark，基于资源管理器的不同，可以在两种模式下运行：本地模式和集群模式，可通过 --master 参数来指定资源管理器的方式。本地模式时，不依赖额外的 Spark 集群，Spark 将在同一台机器上运行所有内容，非常方便用于本地测试，对于 Spark SQL，只需要在创建 SparkSession 时采用 local 的模式即可，

class MyUtils extends Serializable {
  def esHost() = s"es.sherlockyb.club"
  
  // local mode
  def getLocalSparkSession: SparkSession = SparkSession.builder()
    .master("local")
    .getOrCreate()
  
  // cluster mode
  def getSparkSession: SparkSession = SparkSession.builder()
    .enableHiveSupport()
    .config("spark.sql.broadcastTimeout", "3600")
    .getOrCreate()
}

测试代码

object LocalTest extends LazyLogging {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    new LocalTest().run()
  }
}

class LocalTest {
  def run(): Unit = {
    val myUtils = new MyUtils
    val spark = myUtils.getLocalSparkSession
    import spark.implicits._

    var start = System.currentTimeMillis()
    val attributeId = 7378L
    val labelNames = Array("aen-label-retail", "aen-label-seller")
    spark.read
      .format("es")
      .option("es.nodes", myUtils.esHost())
      .option("es.port", "9200")
      .option("es.nodes.wan.only", value = true)
      .option("es.resource", Joiner.on(",").join(java.util.Arrays.asList(labelNames:_*)) + "/label")
      .option("es.scroll.size", 2000)
      .load()
      .createOrReplaceTempView("temp_labels")
    
    val sqlDf = spark.sql("select itemId, labels from temp_labels where itemId in (123, 456)")
    val newDf = sqlDf
      .map(row => {
        val labels = row.getAs[Seq[Row]]("labels")
        val labelValue = labels.find(p => p.getAs[Long]("id") == attributeId).map(p => p.getAs[String]("label"))

        (row.getAs[Long]("itemId"), attributeId, labelValue.orNull)
      })
      .withColumn("final_result", lit("PASS"))
      .toDF("itemId", "attributeId", "label", "final_result")

    val finalDf = newDf.toDF("itemId", "attributeId", "label", "result")
    finalDf.printSchema()
    finalDf.show()
    
    var emptyDf = newDf
      .filter(col("label").isNotNull)
      .toDF("itemId", "attributeId", "label", "result")
    emptyDf = emptyDf.union(finalDf)
    emptyDf.printSchema()
    emptyDf.show()

    emptyDf.filter(col("itemId") === 6238081929L and col("label").notEqual(col("result")))
      .show()

    val attributeTypeIds = Array.fill(3)(100)
    val attributeTypeIdsStr = Joiner.on(",").join(java.util.Arrays.asList(attributeTypeIds:_*))
    println(attributeTypeIdsStr)


    import scala.collection.JavaConverters._
    emptyDf = emptyDf.filter(!col("itemId").isin(trainItemIds.asScala.map(Long2long).toList:_*))
    emptyDf.show(false)
  }
}

知识点 Spark SQL Data Sources

Spark SQL 通过 DataFrameReader 类支持读取各种类型的数据源，比如 Parquet、ORC、JSON、CSV 等格式的文件，Hive table，以及其他 database。而 Elasticsearch 只不过是众多数据源中的一种，DataFrameReader 通过 format(...) 指定数据源格式，通过 option(...) 定制对应数据源下的配置，最后通过 load() 加载生成 DataFrame，也就是 Dataset[Row] 的类型别名。有了 DataFrame，就可以创建一个临时表，然后就能以 SQL 的方式读取数据。

在 Spark 1.5 以前，Elasticsearch 在 format(...) 中对应的 source 名需要是全包名 org.elasticsearch.spark.sql，而在 Spark 1.5 以及之后的版本，source 名称简化为 es。

Spark SQL 中 DataFrame 常用 API

• df.printSchema()，打印 schema
• df.show()，查看数据列表，默认是 truncate 前 20 条，传 false 时列出全部数据。
• df.createOrReplaceTempView("view_name")，构建临时表视图，方便后续 SQL 操作。
• df.withColumn()，添加新列或替换现有列。
  • df.withColumn("final_result", lit("PASS")) ，通过 lit 添加常量列。
• df.filter(col("label").isNotNull)，用指定的条件过滤行。
• df.dropDuplicates("itemId","attributeId")，按指定列对行去重，返回新的数据集。
• df.union(otherDf)，将两个 DataFrame 的记录合并且不去重，相当于 union all。
• df.toDF("itemId", "attributeId", "label", "final_result")，为 df 各列指定一个有意义的名称。

Scala 与 Java 类型映射

• scala.Long -> long
• Array[T] -> T[]

Scala 与 Java 类型转换

import scala.collection.JavaConverters._
newDf = df.filter(!col("itemId").isin(trainItemIds.asScala.map(Long2long).toList:_*))

Scala 中的 : _*

:_* 是 type ascription 的一个特例，它会告诉编译器将序列类型的单个参数视为变参数序列，即 varargs。应用例子，

val indices = Array("aen-label", "aen-label-seller")
Joiner.on(",").join(java.util.Arrays.asList(indices:_*))

踩的坑 es.nodes.wan.only

该配置项表示连接器是否用于 WAN 上的云或受限环境如 AWS 中的 Elasticsearch 实例，默认为 false，而公司的 Elasticsearch 集群是在 AWS 上的，endpoint 只能在内网访问，因而刚开始测试时，遇到如下报错，

Exception in thread "main" org.elasticsearch.hadoop.EsHadoopIllegalArgumentException: No data nodes with HTTP-enabled available
	at org.elasticsearch.hadoop.rest.InitializationUtils.filterNonDataNodesIfNeeded(InitializationUtils.java:159)
	at org.elasticsearch.hadoop.rest.RestService.findPartitions(RestService.java:223)
	at org.elasticsearch.spark.rdd.AbstractEsRDD.esPartitions$lzycompute(AbstractEsRDD.scala:73)
	at org.elasticsearch.spark.rdd.AbstractEsRDD.esPartitions(AbstractEsRDD.scala:72)
	at org.elasticsearch.spark.rdd.AbstractEsRDD.getPartitions(AbstractEsRDD.scala:44)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:253)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:251)
	at scala.Option.getOrElse(Option.scala:121)
	at org.apache.spark.rdd.RDD.partitions(RDD.scala:251)
	at org.apache.spark.rdd.MapPartitionsRDD.getPartitions(MapPartitionsRDD.scala:46)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:253)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:251)
	at scala.Option.getOrElse(Option.scala:121)
	at org.apache.spark.rdd.RDD.partitions(RDD.scala:251)
	at org.apache.spark.rdd.MapPartitionsRDD.getPartitions(MapPartitionsRDD.scala:46)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:253)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:251)
	at scala.Option.getOrElse(Option.scala:121)
	at org.apache.spark.rdd.RDD.partitions(RDD.scala:251)
	at org.apache.spark.rdd.MapPartitionsRDD.getPartitions(MapPartitionsRDD.scala:46)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:253)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:251)
	at scala.Option.getOrElse(Option.scala:121)
	at org.apache.spark.rdd.RDD.partitions(RDD.scala:251)
	at org.apache.spark.rdd.MapPartitionsRDD.getPartitions(MapPartitionsRDD.scala:46)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:253)
	at org.apache.spark.rdd.RDD$$anonfun$partitions$2.apply(RDD.scala:251)
	at scala.Option.getOrElse(Option.scala:121)
	at org.apache.spark.rdd.RDD.partitions(RDD.scala:251)
	at org.apache.spark.sql.execution.SparkPlan.executeTake(SparkPlan.scala:340)
	at org.apache.spark.sql.execution.CollectLimitExec.executeCollect(limit.scala:38)
	at org.apache.spark.sql.Dataset.org$apache$spark$sql$Dataset$$collectFromPlan(Dataset.scala:3278)
	at org.apache.spark.sql.Dataset$$anonfun$head$1.apply(Dataset.scala:2489)
	at org.apache.spark.sql.Dataset$$anonfun$head$1.apply(Dataset.scala:2489)
	at org.apache.spark.sql.Dataset$$anonfun$52.apply(Dataset.scala:3259)
	at org.apache.spark.sql.execution.SQLExecution$.withNewExecutionId(SQLExecution.scala:77)
	at org.apache.spark.sql.Dataset.withAction(Dataset.scala:3258)
	at org.apache.spark.sql.Dataset.head(Dataset.scala:2489)
	at org.apache.spark.sql.Dataset.take(Dataset.scala:2703)
	at org.apache.spark.sql.Dataset.showString(Dataset.scala:254)
	at org.apache.spark.sql.Dataset.show(Dataset.scala:723)

通过 option("es.nodes.wan.only", value = true) 将配置项设置为 true 后恢复正常。

importing spark.implicits._

在遍历 DataFrame 时遇到如下编译错误，

Unable to find encoder for type stored in a Dataset.  Primitive types (Int, String, etc) and Product types (case classes) are supported by importing spark.implicits._

在处理 DataFrame 之前需要加上 importing spark.implicits._，用于将常见的 Scala 对象转换为 DataFrame，通常在获取 SparkSession 后立马 import。

Spark SQL 读取 hive 表中 array 类型时，对于 Scala 语言，得到的类型是 WrappedArray 而不是 Array

当我们通过 createOrReplaceTempView("temp_labels") 构建一个临时表视图后，就可以通过 SQL 像操作 hive 表那样读取数据。例如读取指定的列，

val sqlDf = spark.sql("select itemId, labels from temp_labels where itemId in (123, 456)")

通过 sqlDf.printSchema() 可以看到 sqlDf 的 schema 长这样，

root
 |-- itemId: long (nullable = true)
 |-- labels: array (nullable = true)
 |    |-- element: struct (containsNull = true)
 |    |    |-- id: long (nullable = true)
 |    |    |-- label: string (nullable = true)

labels 是包含 struct 的数组，于是从 row 中将 labels 列读出时想尝试转换为 Array，

val newDf = sqlDf.map(
  row => {
    val labels = row.getAs[Array[Row]]("labels")
    val labelValue = labels.find(p => p.getAs[Long]("id") == attributeId).map(p => p.getAs[String]("label"))

    (row.getAs[Long]("itemId"), attributeId, labelValue.orNull)
  }
)

结果报错如下，

java.lang.ClassCastException: scala.collection.mutable.WrappedArray$ofRef cannot be cast to [Lorg.apache.spark.sql.Row;

可以看到 Spark SQL 在读取表中数组列时，是用的 scala.collection.mutable.WrappedArray 来存储结果的，看其类定义可知，它是间接实现 Seq 接口的，所以也可用 row.getAs[Seq[Row]]("labels") 来读取。这里需要注意的是，Array[T] 虽然在 Scala 源码定义中是 class，但其对标的 Java 类型是原生数组 T[]。

判断 Column 是否为 null 时，需要用 is null 或 is not null，而不是 === 或 !==

对于错误的用法，filter 并不会生效，就像下面这样

newDf.filter(col("label") !== null)

这一点和 hive 表以及 MySQL 表判断字段是否为 null，是保持一致的，应该像下面这样，

newDf.filter(col("label").isNotNull)

最终代码

import com.google.common.base.Joiner
import com.typesafe.scalalogging.LazyLogging
import org.apache.spark.sql.{DataFrame, Row, SaveMode, SparkSession}

object TestMain extends LazyLogging {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val myUtils = new MyUtils
    new TestApp(myUtils).run()
  }
}

class TestApp(myUtils: MyUtils) extends Serializable with LazyLogging {  
  def esDf(spark: SparkSession, indices: Array[String]): DataFrame = {
    spark.read
      .format("es")
      .option("es.nodes", myUtils.esHost())
      .option("es.port", "9200")
      .option("es.nodes.wan.only", value = true)
      .option("es.resource", Joiner.on(",").join(java.util.Arrays.asList(indices:_*)) + "/label")
      .option("es.scroll.size", 2000)
      .load()
  }
  
  def run(): Unit = {
    val spark = myUtils.getSparkSession
    import spark.implicits._
    
    val esTempView = "es_label"
    val labelNames = Array("aen-label-retail", "aen-label-seller")
    esDf(spark, labelNames).createOrReplaceTempView(esTempView)
    
    val labelDf = getLabelDf(spark, itemIdsStr, attributeTypeIds, esTempView)
    println("debug log")
    labelDf.printSchema()
    labelDf.show()
    labelDf.createOrReplaceTempView("final_labels")
    
    val data = spark.sql(
      s"""
      |select cc.*, pp.final_result, pp.label, null as remark
      |from temp_request cc
      |left join final_labels pp
      |on cc.itemid = pp.itemId
      |and cc.attributetypeid = pp.attributeId
      |where cc.profile = '$jobId'
      |""".stripMargin)

    data.distinct().write.mode(SaveMode.Overwrite)
    .option("compression", "gzip")
    .json(s"s3://sherlockyb-test/check-precision/job_id=$jobId")
  }
  
  def getLabelDf(spark: SparkSession, itemIdsStr: String, attributeTypeIds: Array[String], esTempView: String): DataFrame = {
    import spark.implicits._

    val sqlDf = spark.sql(s"select itemId, labels from $esTempView where itemId in ($itemIdsStr)")
    val emptyDf = spark.emptyDataFrame
    var labelDf = emptyDf
    attributeTypeIds.foreach(attributeTypeId => {
      val attributeDf = sqlDf
        .map(row => {
          val labels = row.getAs[Seq[Row]]("labels")
          val labelValue = labels.find(p => p.getAs[Long]("id") == attributeTypeId.toLong).map(p => p.getAs[String]("label"))

          (row.getAs[Long]("itemId"), attributeTypeId.toLong, labelValue.orNull)
        })
        .withColumn("final_result", lit("PASS"))
        .toDF("itemId", "attributeId", "label", "final_result")
        .filter(col("label").isNotNull)
      if (labelDf == emptyDf) {
        labelDf = attributeDf
      } else {
        labelDf = labelDf.union(attributeDf)
      }
    })

    labelDf.dropDuplicates("itemId","attributeId")
  }
}

补充：提交 spark job

将 job 工程打包为 Jar，上传到 AWS 的 s3，比如 s3://sherlockyb-test/1.0.0/artifacts/spark/ 目录下，然后通过 Genie 提交 spark job 到 Spark 集群运行。Genie 是 Netflix 研发的联合作业执行引擎，提供 REST-full API 来运行各种大数据作业，如 Hadoop、Pig、Hive、Spark、Presto、Sqoop 等。

def run_spark(job_name, spark_jar_name, spark_class_name, arg_str, spark_param=''):
    import pygenie

    pygenie.conf.DEFAULT_GENIE_URL = "genie.sherlockyb.club"

    job = pygenie.jobs.GenieJob() \
        .genie_username('sherlockyb') \
        .job_name(job_name) \
        .job_version('0.0.1') \
        .metadata(teamId='team_account') \
        .metadata(teamCredential='team_password')

    job.cluster_tags(['type:yarn-kerberos', 'sched:default'])
    job.command_tags(['type:spark-submit-kerberos', 'ver:2.3.2'])
    job.command_arguments(
        f"--class {spark_class_name} {spark_param} "
        f"s3a://sherlockyb-test/1.0.0/artifacts/spark/{spark_jar_name} "
        f"{arg_str}"
    )

    # Submit the job to Genie
    running_job = job.execute()
    running_job.wait()
    
    return running_job.status

首发链接： https://www.yangbing.club/2022/06/03/Spark-reading-elasticsearch-guide/
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