SparkSQL（一）：概述

不念不忘少年蓝@ 2022-11-21 01:09 232阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、Hive 和 SparkSQL
 *  二、SparkSQL 的特点
 *  三、DataFrame 简介
 *  四、DataSet 简介

> Spark SQL是Spark用于结构化数据(structured data)处理的Spark模块。

# 一、Hive 和 SparkSQL #

`SparkSQL`的前身是`Shark`，给熟悉`RDBMS`但又不理解`MapReduce`的技术人员提供快速上手的工具。

`Hive`是早期唯一运行在`Hadoop`上的`SQL-on-Hadoop`工具。但是`MapReduce`计算过程中大量的中间磁盘落地过程消耗了大量的`I/O`，降低的运行效率，为了提高`SQL-on-Hadoop`的效率，大量的`SQL-on-Hadoop`工具开始产生，其中表现较为突出的是：

*  `Drill`
 *  `Impala`
 *  `Shark`

其中`Shark`是伯克利实验室`Spark`生态环境的组件之一，是基于`Hive`所开发的工具，它修改了下图所示的右下角的内存管理、物理计划、执行三个模块，并使之能运行在`Spark`引擎上。  
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`Shark`的出现，使得`SQL-on-Hadoop`的性能比`Hive`有了10-100倍的提高。![在这里插入图片描述][20201029165544254.png]  
但是，随着`Spark`的发展，对于野心勃勃的`Spark`团队来说，`Shark`对于`Hive`的太多依赖（如采用`Hive`的语法解析器、查询优化器等等），制约了`Spark`的`One Stack Rule Them All`的既定方针，制约了`Spark`各个组件的相互集成，所以提出了`SparkSQL`项目。`SparkSQL`抛弃原有`Shark`的代码，汲取了`Shark`的一些优点，如内存列存储（`In-Memory Columnar Storage`）、`Hive`兼容性等，重新开发了`SparkSQL`代码；由于摆脱了对`Hive`的依赖性，`SparkSQL`无论在数据兼容、性能优化、组件扩展方面都得到了极大的方便：

*  数据兼容方面`SparkSQL`不但兼容`Hive`，还可以从`RDD`、`parquet`文件、`JSON`文件中获取数据，未来版本甚至支持获取`RDBMS`数据以及`cassandra`等`NOSQL`数据；
 *  性能优化方面除了采取`In-Memory Columnar Storage`、`byte-code generation`等优化技术外、将会引进`Cost Model`对查询进行动态评估、获取最佳物理计划等等；
 *  组件扩展方面无论是`SQL`的语法解析器、分析器还是优化器都可以重新定义，进行扩展。

![在这里插入图片描述][20201029170559671.png]  
2014年6月1日`Shark`项目和`SparkSQL`项目的主持人`Reynold Xin`宣布：停止对`Shark`的开发，团队将所有资源放`SparkSQL`项目上，至此，`Shark`的发展画上了句话，但也因此发展出两个支线：`SparkSQL`和`Hive on Spark`。  
![在这里插入图片描述][2020102917100084.png]  
其中`SparkSQL`作为`Spark`生态的一员继续发展，而不再受限于`Hive`，只是兼容`Hive`；而`Hive on Spark`是一个`Hive`的发展计划，该计划将`Spark`作为`Hive`的底层引擎之一，也就是说，`Hive`将不再受限于一个引擎，可以采用`Map-Reduce`、`Tez`、`Spark`等引擎。

对于开发人员来讲，`SparkSQL`可以简化`RDD`的开发，提高开发效率，且执行效率非常快，所以实际工作中，基本上采用的就是`SparkSQL`。`SparkSQL`为了简化`RDD`的开发，提高开发效率，提供了2个编程抽象，类似`SparkCore`中的`RDD`：

*  `DataFrame`
 *  `DataSet`

# 二、SparkSQL 的特点 #

**① 易整合**

无缝的整合了`SQL`查询和`Spark`编程  
![在这里插入图片描述][202010291641194.png]  
**② 统一的数据访问**

使用相同的方式连接不同的数据源  
![在这里插入图片描述][2020102916414462.png]  
**③ 兼容 Hive**

在已有的仓库上直接运行`SQL`或者`HiveQL`![在这里插入图片描述][20201029164216483.png]  
**④ 标准数据连接**

通过`JDBC`或者`ODBC`来连接  
![在这里插入图片描述][2020102916430451.png]

# 三、DataFrame 简介 #

在`Spark`中，`DataFrame`是一种以`RDD`为基础的分布式数据集，类似于传统数据库中的二维表格。

`DataFrame`与`RDD`的主要区别在于，前者带有`schema`元信息，即`DataFrame`所表示的二维表数据集的每一列都带有名称和类型。这使得`Spark SQL`得以洞察更多的结构信息，从而对藏于`DataFrame`背后的数据源以及作用于`DataFrame`之上的变换进行了针对性的优化，最终达到大幅提升运行时效率的目标。反观`RDD`，由于无从得知所存数据元素的具体内部结构，`Spark Core`只能在`stage`层面进行简单、通用的流水线优化。

同时，与`Hive`类似，`DataFrame`也支持嵌套数据类型（`struct`、`array`和`map`）。从`API`易用性的角度上看，`DataFrame API`提供的是一套高层的关系操作，比函数式的`RDD API`要更加友好，门槛更低。  
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上图直观地体现了`DataFrame`和`RDD`的区别。

左侧的`RDD[Person]`虽然以`Person`为类型参数，但`Spark`框架本身不了解`Person`类的内部结构。而右侧的`DataFrame`却提供了详细的结构信息，使得`Spark SQL`可以清楚地知道该数据集中包含哪些列，每列的名称和类型各是什么。

*  `DataFrame`是为数据提供了`Schema`的视图。可以把它当做数据库中的一张表来对待
 *  `DataFrame`也是懒执行的，但性能上比`RDD`要高，主要原因：优化的执行计划，即查询计划通过`Spark catalyst optimiser`进行优化。比如下面一个例子:

![在这里插入图片描述][2020102917345838.png]  
为了说明查询优化，我们来看上图展示的人口数据分析的示例。图中构造了两个`DataFrame`，将它们`join`之后又做了一次`filter`操作。如果原封不动地执行这个执行计划，最终的执行效率是不高的。因为`join`是一个代价较大的操作，也可能会产生一个较大的数据集。如果我们能将filter下推到`join`下方，先对`DataFrame`进行过滤，再`join`过滤后的较小的结果集，便可以有效缩短执行时间。而`Spark SQL`的查询优化器正是这样做的。简而言之，逻辑查询计划优化就是一个利用基于关系代数的等价变换，将高成本的操作替换为低成本操作的过程。  
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# 四、DataSet 简介 #

`DataSet`是分布式数据集合。`DataSet`是`Spark 1.6`中添加的一个新抽象，是`DataFrame`的一个扩展。它提供了`RDD`的优势（强类型，使用强大的`lambda`函数的能力）以及`Spark SQL`优化执行引擎的优点。`DataSet`也可以使用功能性的转换（操作`map`，`flatMap`，`filter`等等）:

*  `DataSet`是`DataFrame API`的一个扩展，是`SparkSQL`最新的数据抽象
 *  用户友好的`API`风格，既具有类型安全检查也具有`DataFrame`的查询优化特性；
 *  用样例类来对`DataSet`中定义数据的结构信息，样例类中每个属性的名称直接映射到`DataSet`中的字段名称；
 *  `DataSet`是强类型的。比如可以有`DataSet[Car]`，`DataSet[Person]`。
 *  `DataFrame`是`DataSet`的特列，`DataFrame=DataSet[Row]`，所以可以通过`as`方法将`DataFrame`转换为`DataSet`。`Row`是一个类型，跟`Car`、`Person`这些的类型一样，所有的表结构信息都用`Row`来表示。获取数据时需要指定顺序

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