spark高级数据分析-scala学习（学习笔记）

1.进入spark

cmd后输入 “spark-shell” 进行scala版的spark

log4j:WARN No appenders could be found for logger (org.apache.hadoop.metrics2.lib.MutableMetricsFactory).log4j:WARN Please initialize the log4j system properly.log4j:WARN See http://logging.apache.org/log4j/1.2/faq.html#noconfig for more info.Using Spark's repl log4j profile: org/apache/spark/log4j-defaults-repl.propertiesTo adjust logging level use sc.setLogLevel("INFO")Welcome to      ____              __     / __/__  ___ _____/ /__    _\ \/ _ \/ _ `/ __/  '_/   /___/ .__/\_,_/_/ /_/\_\   version 1.6.0      /_/Using Scala version 2.10.5 (Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM, Java 1.8.0_121)Type in expressions to have them evaluated.Type :help for more information.Spark context available as sc....ark/spark-1.6.0-bin-hadoop2.6/lib/datanucleus-core-3.2.10.jar."17/04/06 17:17:24 WARN Connection: BoneCP specified but not present in CLASSPATH (or one of dependencies)17/04/06 17:17:25 WARN Connection: BoneCP specified but not present in CLASSPATH (or one of dependencies)SQL context available as sqlContext.scala>

2.打开文件

#打开文件val a=sc.textFile("D:/spark/PythonApplication1/PythonApplication1/README.md")#不可变变量##输出 a: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = MapPartitionsRDD[1] at textFile at <console>:27    自动识别了文件类型，stringvar a=sc.textFile("readme.md")#var 开头的变量则可以改变其指向，让它指向同一类型的不同对象// Detected repl transcript paste: ctrl-D to finish.// Replaying 1 commands from transcript.scala> var a=sc.textFile("readme.md")#结果a: org.apache.spark.rdd.RDD[String] = MapPartitionsRDD[3] at textFile at <console>:27

3. 把数据从集群上获取到客户端

#最简单的方法可能就是first 了，该方法向客户端返回RDD 的第一个元素：a.first()res1: String = # Apache Spark#还可以用take 方法，这个方法在first 和collect 之间做了一些折衷，可以向客户端返回#一个包含指定数量记录的数组。我们来看看如何使用take 方法获取记录关联数据集的前#10 行记录：val head=a.take(10)'''输出 head: Array[String] = Array(# Apache Spark, "", Spark is a fast and general cluster computing system for Big Data. It provides, high-level APIs in Scala, Java, Python, and R, and an optimized engine that, supports general computation graphs for data analysis. It also supports a, rich set of higher-level tools including Spark SQL for SQL and DataFrames,, MLlib for machine learning, GraphX for graph processing,, and Spark Streaming for stream processing., "", <http://spark.apache.org/>'''head.length#结果 res3: Int = 10#动作a.count()  #count 动作返回a中对象的个数#价格res8: Long = 95a.collect() #collect 动作返回一个包含RDD 中所有对象的Array（数组）：'''结果res9: Array[String] = Array(# Apache Spark, "", Spark is a fast and general cluster computing system for Big Data. It provides, high-level APIs in Scala, Java, Python, and R, and an optimized engine that, supports general computation graphs for data analysis. It also supports a, rich set of higher-level tools including Spark SQL for SQL and DataFrames,, MLlib for machine learning, GraphX for graph processing,, and Spark Streaming for stream processing., "", <http://spark.apache.org/>, "", "", ## Online Documentation, "", You can find the latest Spark documentation, including a programming, guide, on the [project web page](http://spark.apache.org/documentation.html), and [project wiki](https://cwiki.apache.org/confluence/display/SPARK)., This README file only contains basic setup instruc...'''a.saveAsTextFile("D:/spark/PythonApplication1/PythonApplication2/README.md")#saveAsTextFile 动作将RDD 的内容保存到持久化存储（比如HDFS）上#为了更容易读懂数组的内容，我们可以用foreach 方法并结合println 来打印出数组中的每个值，并且每一行打印一个值： head.foreach(println) '''结果# Apache SparkSpark is a fast and general cluster computing system for Big Data. It provideshigh-level APIs in Scala, Java, Python, and R, and an optimized engine thatsupports general computation graphs for data analysis. It also supports arich set of higher-level tools including Spark SQL for SQL and DataFrames,MLlib for machine learning, GraphX for graph processing,and Spark Streaming for stream processing.<http://spark.apache.org/>''''''很快我们就发现数据有几个问题，这些问题必须在开始对数据分析前解决好。首先，CSV文件有一个标题行需要过滤掉，以免影响后续分析。我们可以将标题行中出现的"id_1" 字符串作为过滤条件，编写一个简单的Scala 函数来测试一行记录中是否包含该字符串，代码如下：'''def isHeader(line: String) = line.contains("id_1")isHeader: (line: String)Boolean'''和Python 类似，Scala 声明函数用关键字def。和Python 不同，我们必须为函数指定参数类型：在示例中，我们指明line 参数是String。函数体部分调用String 类的contains 方法，用于测试字符串中是否出现"id_1" 字符序列，等号后的部分都是函数体的内容。虽然我们必须指定line 参数的类型，但是没必要指定函数的返回类型，原因在于Scala 编译器能根据String 类的信息和String 类contains 方法返回true 或false 这一事实来推断出函数的返回类型。''''''有时候我们希望能显式地指明函数返回类型，特别是碰到函数体很长、代码复杂并且包含多个return 语句的情况。这时候，Scala 编译器不一定能推断出函数的返回类型。为了函数代码可读性更好，也可以指明函数的返回类型。这样他人在阅读代码的时候，就不必重新把整个函数读一遍了。可以紧跟在参数列表后面声明返回类型，示例如下：'''def isHeader(line: String): Boolean = {line.contains("id_1")}isHeader: (line: String)Boolean#通过用Scala 的Array 类的filter 方法打印出结果，可以在head 数组上测试新编写的Scala 函数：head.filter(isHeader).foreach(println)#结果"id_1","id_2","cmp_fname_c1","cmp_fname_c2","cmp_lname_c1",...'''看起来我们的isHeader 方法没什么问题：通过filter 方法将isHeader 作用在head 数组上，返回的唯一结果是标题行本身。当然我们其实想要的是所有非标题行。为了完成这个目标，Scala 有几种方法。第一个就是利用Array 类的filterNot 方法：head.filterNot(isHeader).length...res: Int = 9还可以利用Scala 对匿名函数的支持，在filter 函数里面对isHeader 函数取非：head.filter(x => !isHeader(x)).length...res: Int = 9Scala 的匿名函数有点儿类似Python 的lambda 函数。在示例代码中我们定义了一个名为x的参数并把它传给isHeader 函数，再对isHeader 函数的返回值取非。请注意，样例代码中没必要指定x 变量的类型信息，Scala 编译器能够根据head 的类型是Array[String] 推断出x 是String 类。Scala 程序员最讨厌的就是键盘输入。因此Scala 设计了许多小功能来减少输入，比如在匿名函数的定义中，为了定义匿名函数并给参数指定名称，只输入了字符x=>。但像这么简单的匿名函数，甚至都没必要这么做：Scala 允许使用下划线（_）表示匿名函数的参数，因此我们可以少输入4 个字符：head.filter(!isHeader(_)).length...res: Int = 9有时这种缩写语法使代码更易阅读，因为它省略了明显多余的标识符，但有时也会使代码更难懂。代码到底是更易懂还是更难懂，这就要靠我们自己判断了。'''

4.把代码从客户端发送到集群

刚才我们见识了Scala 语言定义和运行函数的多种方式。我们执行的代码都作用在head 数
组中的数据上，这些数据都在客户端机器上。现在，我们打算把在Spark 里把刚写好的代
码应用到关联记录数据集RDD rawblocks，该数据集在集群上的，记录有数百万条。
下面是一段示例代码，是不是觉得特别熟悉？
val noheader = rawblocks.filter(x => !isHeader(x))
用于过滤集群上整个数据集的语法和过滤本地机器上的head 数组的语法一模一样。可以用
noheader 这个RDD 来验证过滤规则是否正确：
noheader.first
…
res: String = 37291,53113,0.833333333333333,?,1,?,1,1,1,1,0,TRUE
这太强大了！它意味着我们可以先从集群采样得到小数据集，在小数据集上开发和调试
数据处理代码，等一切就绪后把代码发送到集群上处理完整的数据集就可以了。最厉害
的是，我们从头到尾都不用离开shell 界面。除了Spark，还真没有哪种工具能给你这种
体验。

5.用元组和case class对数据进行结构化

 val line = head(5)#取出一行数据#line: String = 4,17,1193val pieces = line.split(',')  #去除逗号分隔#pieces: Array[String] = Array(4, 17, 1193)

注意访问head 数组元素时用圆括号而不是方括号。Scala 语言访问数组元素是函数调用，
不是什么特殊操作符。Scala 允许在类里定义一个特殊函数apply，当把对象当作函数处理
的时候，这个apply 函数就会被调用，所以head(5) 等同于head.apply(5)。
我们用Java String 类的split 函数把line 中不同部分拆开，并且返回Array[String] 类型
的数组pieces。现在用Scala 的类型转化函数把pieces 的单个元素转换成合适的类型：

val id1 = pieces(0).toInt#id1: Int = 4val matched = pieces(2).toBoolean   #布尔值

我们还需要转换双精度浮点数类型的九个匹配分值字段。要一次完成全部转换，可以先用
Scala Array 类的slice 方法提取一部分数组元素，然后调用高阶函数map 把slice 中每个
元素的类型从String 转换为Double：

val rawscores = pieces.slice(1,3)#rawscores: Array[String] = Array(17, 1193)scala> rawscores.map(s => s.toDouble)res0: Array[Double] = Array(17.0, 1193.0)'''忘了rawscores 数组可能有? 了，StringOps 的toDouble 方法不知道怎样把? 转成Double。我们来写一个函数，它在遇到? 时返回NaN 值，然后在rawscores 数组上运行这个函数：'''def toDouble(s: String) = {if ("?".equals(s)) Double.NaN else s.toDouble}val scores = rawscores.map(toDouble)

接着把所有解析代码合并到一个函数，在一个元组中返回所有解析好
的值：

def parse(line: String) = {val pieces = line.split(',')val id1 = pieces(0).toIntval id2 = pieces(1).toIntval scores = pieces.slice(2, 11).map(toDouble)val matched = pieces(11).toBoolean(id1, id2, scores, matched)}val tup = parse(line)

从元组中获取单个字段的值，可以用下标函数，从_1 开始，或者用productElement 方法，它是从0 开始计数的。也可以用productArity 方法得到元组的大小：

tup._1tup.productElement(0)tup.productArity

我们希望能创建一个简单的记录类型，它可以根据名称而不是用下标访问
字段。幸运的是，Scala 提供了这样的语法，可以方便地创建这种记录，这就是case class。
case class 是不可变类的一种简单类型，它非常好用，内置了所有Java 类的基本方法，比
如toString、equals 和hashCode。我们来试试为记录关联数据定义一个case class：

case class MatchData(id1: Int, id2: Int,scores: Array[Double], matched: Boolean)

现在修改parse 方法以返回MatchData 实例，这个实例是case class 而不再是元组：

def parse(line: String) = {val pieces = line.split(',')val id1 = pieces(0).toIntval id2 = pieces(1).toIntval scores = pieces.slice(2, 11).map(toDouble)val matched = pieces(11).toBooleanMatchData(id1, id2, scores, matched)}val md = parse(line)

这里要注意两点：一，创建case class 时没必要在MatchData 前写上关键字new（再次说明
Scala 开发人员非常讨厌敲键盘）；二，MatchData 类有个内置的toString 方法实现，除了
scores 数组字段外，这个方法在其他字段上的表现都还不错。
现在通过名字来访问MatchData 的字段：

md.matchedmd.id1

现在完成了在单条记录上测试解析函数，接下来把它用在head 数组的所有元素上（标题行
除外）：

val mds = head.filter(x => !isHeader(x)).map(x => parse(x))

很好，通过了。现在将解析函数用于集群数据，在noheader RDD 上调用map 函数：

val parsed = noheader.map(line => parse(line))

记住：和我们本地生成的mds 数组不同，parse 函数并没有实际应用到集群数据上。当在parsed 这个RDD 上执行某个需要输出的调用时，就会用parse 函数把noheader RDD 的每个String 转换成MatchData 类的实例。如果在parsed RDD 上执行另一个调用以产生不同输出，parse 函数会在输入数据上再执行一遍。这没有充分利用集群资源。数据一旦解析好，我们想以解析格式把数据存到集群上，这样就不需要每次遇到新问题时都重新解析。Spark 支持这种使用场景，通过在实例上调用cache 方法，可以指示在内存里缓存某个RDD。现在用parsed 这个RDD 实验一下：

parsed.cache()

6.聚合

这段没看
到目前为止，本章主要讲述了用Scala 和Spark 处理数据的方法，这些方法对本地数据和集
群数据是相似的。本节我们来看看Scala 和Spark API 的一些不同之处，特别是在数据分组
和聚合方面。大多数不同之处在于效率：相比数据在单台机器的内存中就能容纳的情况，
大规模的数据集分布在多台机器上，对其进行聚合时，我们更为担心数据传输的效率。
为了说明这种差异，我们用Spark 分别在本地客户端和集群上对MatchData 执行简单的聚
合操作，目的是计算匹配和不匹配的记录数量。对于mds 数组中的本地MatchData 记录，
我们用groupBy 方法来创建一个Scala Map[Boolean, Array[MatchData]]，其中键值基于
MatchData 类的字段matched：
val grouped = mds.groupBy(md => md.matched)
得到grouped 变量中的值以后，就可以通过在grouped 上调用mapValues 方法得到计数。
mapValues 方法和map 方法类似，但作用在Map 对象中的值并得出每个数组的大小：
grouped.mapValues(x => x.size).foreach(println)
就像我们看到的一样，本地数据中的条目都是匹配的，因此map 返回的唯一条目是元组
(true,9)。当然，本地数据只是整个记录关联数据集中的一部分，当这个分组操作运行在
整个数据上时，我们期望能找到很多不匹配的记录。
对集群数据进行聚合时，一定要时刻记住我们分析的数据是存放在多台机器上的，并且聚
合需要通过连接机器的网络来移动数据。跨网络移动数据需要许多计算资源，包括确定每
条记录要传到哪些服务器、数据序列化、数据压缩，通过网络发送数据、解压缩，接着序
列化结果，最后在聚合后的数据上执行运算。为了提高速度，我们需要尽可能少地移动数
据。在聚合前能过滤掉的数据越多，就能越快得到问题的答案。

7.创建直方图

先来试试创建一个简单的直方图，用它来算一下parsed 中的MatchData 记录有多少matched
字段值为true 或false。幸运的是RDD[T] 类已经定义了一个名为countByValue 的动作，该
动作对于计数类运算效率非常高，它向客户端返回Map[T,Long] 类型的结果。对MatchData
记录中的matched 字段映射调用countByValue 会执行一个Spark 作业，并向客户端返回结果：
val matchCounts = parsed.map(md => md.matched).countByValue()
在Spark 客户端中创建直方图或进行其他类似的值分组时，特别是在涉及的类型变量有很
多值的情况下，我们很想用不同方式对直方图进行排序，比如按键的字母顺序排序或按值
的个数排序，而且排序可以是升序也可以是降序。虽然matchCounts 这个Map 包含的键只
有true 和false，但我们还是想简单看一下怎样以不同方式对内容进行排序。
Scala 的Map 类没有提供根据内容的键或值排序的方法，但我们可以将Map 转换成Scala 的
Seq 类型，而Seq 类支持排序。Scala 的Seq 类和Java 的List 接口类似，都是可迭代集合，
即具有确定的长度并且可以根据下标来查找值：
val matchCountsSeq = matchCounts.toSeq
*Scala 集合
Scala 集合类库很庞大，包括list、set、map 和array。利用toList、toSet 和toArray
方法，各种集合类型可以方便地相互转换。*
matchCountsSeq 序列由(String, Long) 类型的元素组成，我们可以用sortBy 方法控制用哪
个指标排序：
matchCountsSeq.sortBy(_._1).foreach(println)
…
(false,5728201)
(true,20931)
matchCountsSeq.sortBy(_._2).foreach(println)
…
(true,20931)
(false,5728201)
默认情况下，sortBy 函数对数值按升序排序，但很多情况下降序排序对直方图数据更有
用。通过在序列上调用reverse 方法，在打印之前可以改变排序方式：
matchCountsSeq.sortBy(_._2).reverse.foreach(println)
…
(false,5728201)
(true,20931)
看看整个数据集的匹配计数情况，我们发现匹配的记录数和不匹配的记录数差别很大。只
有不到0.4% 的输入对是匹配的。这种差异对记录关联模型影响是重大的：很可能我们提
出的匹配分值函数的误报率很高（也就是许多记录对看起来是匹配的，但实际上不匹配）。

未完待续