0基础就可以上手的Spark脚本开发-for Java

前言

最近由于工作需要，要分析大几百G的Nginx日志数据。之前也有过类似的需求，但那个时候数据量不多。一次只有几百兆，或者几个G。因为数据都在Hive里面，当时的做法是：把数据从Hive导到MySQL，然后写代码查询MySQL并处理。如果你的处理逻辑比较简单，或只是查询统计，不会涉及上游的服务调用，也可以直接写Hive SQL。

上面的做法在面对少量数据时还可以应付，对于大量数据就很不可取了。从Hive导数据到MySQL，光这一步就够呛，就更别说自己写的Java脚本效率性能如何了。请教同事过后，告诉我可以用Spark，并潇洒地丢给我一个Spark-Demo的jar包。之前只接触过HDFS和Hive，Spark只听说过，也准备学，但一直没时间。这下好了，有了带薪学习的机会。其实照着同事给我的jar包，照葫芦画瓢也能写出来，但是很多API都非常陌生，写出来的代码自己也不放心，所以还是有必要学学Spark的。

不过从头开始，完整学一遍Spark的话，时间肯定不够。当时接需求时，虽然知道自己不会，但是还挺相信自己的学习能力的，承诺了开发时间。所以我们的目标就是——用Spark处理Hive里面的数据，并把结果输出到MySQL中。

学习一个新知识的正常路径是：了解产生背景、了解整体架构、分模块学习功能和了解API、实战、深入学习原理和优化。由于这次目的性很强，在第三步时，只用学习跟本次需求相关的模块即可，然后就可以实战了。先从以下两个问题入手，初步了解Spark。

• 可以用Spark做什么？
  • 并行处理分布在集群中的大规模数据集。（✅）
  • 执行交互式查询语句来探索数据集并进行数据集可视化。
  • 使用 MLlib 构建、训练，以及评估机器学习模型。
  • 使用各种数据流实现端到端的数据流水线。
  • 分析图数据和社交网络。

我们本次的目标就是用Spark处理大规模的数据集。

• 为什么选择Spark而不是MR？

  • Spark 为中间计算结果提供了基于内存的存储，这让它比 Hadoop MR 快了很多。Spark还整合了各种上层库，比如用于机器学习的库 MLlib、提供交互式查询功能的Spark SQL、支持操作实时数据的流处理库 Structured Streaming，以及图计算库GraphX。这些库都提供了易用的 API。

初步了解Spark

Spark支持 Scala、Java、Python、SQL 和 R 等编程语言。其提供了大量模块化功能，可以适用于各种场景。其中包括 Spark SQL、Spark Structured Streaming、Spark MLlib，以及 GraphX 等模块。模块化带来的好处就是扩展性高，Spark 的重心在于快速的分布式计算引擎，而不是存储。和 Apache Hadoop 同时包含计算和存储不同，Spark 解耦了计算和存储。这意味着你可以用 Spark 读取存储在各种数据源（Apache Hadoop、Apache Cassandra、Apache HBase、MongoDB、Apache Hive、RDBMS 等）中的数据，并在内存中进行处理。你还可以扩展 Spark 的 DataFrameReader 和 DataFrameWriter，以便将其他数据源（如 Apache Kafka、Kinesis、Azure 存储、亚马逊 S3）的数据读取为DataFrame 的逻辑数据抽象，以进行操作。

Spark 提供了一种称作 RDD（resilient distributed dataset，弹性分布式数据集）的简单逻辑数据结构，它是 Spark 最基本的抽象。Spark 各种其他高级的结构化数据抽象（比如 DataFrame 和 Dataset）都是基于 RDD 构建的。

RDD 是 Spark 最基本的抽象。RDD 关联着三个至关重要的属性：

• 依赖关系：告诉Spark如何从输入中构建RDD，Spark 可以根据这些依赖关系重新执行操作，以此重建出 RDD。这一属性赋予了 RDD 容错的弹性。
• 分区：分区允许 Spark 将工作以分区为单位，分配到多个执行器上进行并行计算。
• 计算函数：就是操作RDD的函数，可以生成RDD 所表示数据的Iterator[T] 对象。

RDD的操作可以分为转化操作和行动操作。顾名思义，转化操作就是将 Spark DataFrame 转化为新的 DataFrame，而不改变原有数据的操作。比如select()、filter()这样的操作，不会改变原有数据，这些操作只会将转化结果作为新的 DataFrame 返回。一般转化操作后，会迎来一个行动操作。比如通过filter()过滤数据，最后通过count()统计过滤后的数据。这个count()就是行动操作。

上面提到了DataFrame，它是一个结构化、有格式的，且支持一些特定操作的数据集。就像分布式内存中的表一样，每列都有名字，有表结构定义，每列都有特定的数据类型。

实战Demo

引入Jar包，这里导入的版本不是很高，是因为公司的Spark集群也是2.3版本的，要跟你安装的Spark版本保持一致。

<dependency>
  <groupId>org.scala-lang</groupId>
  <artifactId>scala-library</artifactId>
  <version>2.11.8</version>
  <scope>provided</scope>
</dependency>

<dependency>
  <groupId>org.apache.spark</groupId>
  <artifactId>spark-core_2.11</artifactId>
  <version>2.3.2</version>
  <scope>provided</scope>
</dependency>

<dependency>
  <groupId>org.apache.spark</groupId>
  <artifactId>spark-hive_2.11</artifactId>
  <version>2.3.2</version>
  <scope>provided</scope>
</dependency>

下面代码中有必要的注释，带序号的注释会在代码之后会展开说说。

public class SparkDemo {
    //数据库相关配置
    private static final Properties connectionProperties = new Properties();
    private static final String HIVE_DATABASE  = "****";
    private static final String HIVE_TABLE_NAME = "****";
    private static final String JDBC_URL = "****";
    private static final String MYSQL_TABLE_NAME = "****";

    static {
        connectionProperties.put("user","*****");
        connectionProperties.put("password","*****");
        connectionProperties.put("driver","com.mysql.jdbc.Driver");
    }

    public static void main(String[] args) {
        String dt = args[0];
        //1.SparkSession是所有功能的入口，创建好后就可以用它的API来执行操作了
        SparkSession sparkSession = SparkSession.builder()
                .appName("SparkDemo")
                .config("spark.driver.maxResultSize", "3g")
                .enableHiveSupport()
                .getOrCreate();

        String sqlText = String.format("select host,url,uri,res_data,dt from %s.%s where dt=%s", HIVE_DATABASE, HIVE_TABLE_NAME, dt);
        //执行SQL并创建分区
        Dataset<Row> sql = sparkSession.sql(sqlText).repartition(8);
        //2.RDD转为JavaRDD
        JavaRDD<Row> dataRows = sql.toJavaRDD();

        //3.以分区的模式遍历数据集
        JavaRDD<Object> scanResultJavaRDD = dataRows.mapPartitions((FlatMapFunction<Iterator<Row>, Object>) rowIterator -> {
            List<Object> list = new ArrayList<>();
            Row row;
            while (rowIterator.hasNext()) {
                row = rowIterator.next();
                String host = row.getString(0);
                String url = row.getString(1);
                String uri = row.getString(2);
                String res_data = row.getString(3);
                //处理逻辑
            }
            return list.iterator();
        });
        writeToMySQL(sqlContext,scanResultJavaRDD);
        sparkSession.stop();
    }

    //4.使用SQLContext提供的API读写数据库，不只是MySQL，支持JDBC就行
    private static Dataset<Row> readMySQL(SQLContext sqlContext,String uri){
         return sqlContext.read().jdbc(JDBC_URL, MYSQL_TABLE_NAME, connectionProperties)
                .select("*")
                .where("uri=" + uri)
                .limit(1000);
    }

    private static void writeToMySQL(SQLContext sqlContext,JavaRDD<Object> resultRDD){
        sqlContext.createDataFrame(resultRDD,Object.class).write().mode(SaveMode.Append).jdbc(JDBC_URL,MYSQL_TABLE_NAME,connectionProperties);
    }
}

1. 在 Spark 2.0 中，SparkSession 是所有 Spark 操作和数据的统一入口。它不仅封装了 Spark 程序之前的种入口（如 SparkContext、SQLContext、HiveContext、SparkConf，以及 StreamingContext 等）。所以，如果你在网上搜索过Spark的代码，可能会看见把SparkSession转换为SQLContext，在2.x及之后的版本中就不需要了。
2. RDD和JavaRDD没有实质上的区别，只是Spark针对Java单独编写的一套API，如果你是用Scala写的，就没有这一步。
3. 除了mapPartitions()，还有一个map()。它们都是对RDD中每个元素进行操作的API，它们的区别从名字也可以看出。mapPartitions()是针对RDD每个分区中的元素进行操作。代码中存在一个小问题，就是我会把处理结果存进list然后返回。因为我的逻辑会过滤绝大部分数据，也许10w条数据最终会留下几十条数据。如果你处理过后的数据量还非常大，不建议返回，有可能OOM，建议在mapPartitions()内部读写数据，不用返回数据。这时候mapPartitions()又体现出来了，如果使用map()，可能每个元素都会与数据库建立一次connection，而mapPartitions()一个分区会共用一个connection。
4. 读写数据库的API看起来非常清晰，不用解释太多。其中createDataFrame(resultRDD,Object.class)会创建一个DataFrame，resultRDD是RDD，Object.class单个元素的数据结构。这里只是演示，实际可以是你自己定义的实体类。

上面这个Demo只能演示一部分功能，反正它满足我的需求。有可能不太满足你的需求，可以去看看官方的文档：https://spark.apache.org/docs/3.3.0/sql-getting-started.html 。更多的读写数据方式和操作API基本都有。

参考资料：《Spark快速大数据分析 第二版》、官方文档