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Spark SQL 中DataFrame DSL的使用

news 来源：原创 2024/7/2 12:58:02

在上一篇文章中已经大致说明了DataFrame APi,下面我们具体介绍DataFrame DSL的使用。DataFrame DSL是一种命令式编写Spark SQL的方式，使用的是一种类sql的风格语法。

文章链接：

一、单词统计案例引入

import org.apache.spark.sql.{DataFrame, SaveMode, SparkSession}object Demo2DSLWordCount {def main(args: Array[String]): Unit = {/*** 在新版本的spark中，如果想要编写spark sql的话，需要使用新的spark入口类：SparkSession*/val sparkSession: SparkSession = SparkSession.builder().master("local").appName("wc spark sql").getOrCreate()/*** spark sql和spark core的核心数据类型不太一样** 1、读取数据构建一个DataFrame,相当于一张表*/val linesDF: DataFrame = sparkSession.read.format("csv") //指定读取数据的格式.schema("line STRING") //指定列的名和列的类型，多个列之间使用,分割.option("sep", "\n") //指定分割符，csv格式读取默认是英文逗号.load("spark/data/words.txt") // 指定要读取数据的位置，可以使用相对路径/*** DSL: 类SQL语法 api  介于代码和纯sql之间的一种api** spark在DSL语法api中，将纯sql中的函数都使用了隐式转换变成一个scala中的函数* 如果想要在DSL语法中使用这些函数，需要导入隐式转换**///导入Spark sql中所有的sql隐式转换函数import org.apache.spark.sql.functions._//导入另一个隐式转换，后面可以直接使用$函数引用字段进行处理import sparkSession.implicits._//    linesDF.select(explode(split($"line","\\|")) as "word")
//      .groupBy($"word")
//      .count().show()val resultDF: DataFrame = linesDF.select(explode(split($"line", "\\|")) as "word").groupBy($"word").agg(count($"word") as "counts")/*** 保存数据*/resultDF.repartition(1).write.format("csv").option("sep","\t").mode(SaveMode.Overwrite).save("spark/data/sqlout2")}}

注意：show（）可以指定两个参数，第一个参数为展现的条数，不指定默认展示前20条数据，第二个参数默认为false,代表的是如果数据过长展示就会不完全，可以指定为true,使得数据展示完整,比如： show(200,truncate = false)

二、数据源获取

查看官方文档：Data Sources - Spark 3.5.1 Documentation，看到DataFrame支持多种数据源的获取。

1、csv-->json

    val sparkSession: SparkSession = SparkSession.builder().master("local[2]").appName("多种类型数据源读取演示").config("spark.sql.shuffer.partitions", 1) //指定分区数为1，默认分区数是200个.getOrCreate()//导入spark sql中所有的隐式转换函数import org.apache.spark.sql.functions._//导入sparkSession下的所有隐式转换函数，后面可以直接使用$函数引用字段import sparkSession.implicits._/*** 读csv格式的文件-->写到json格式文件中*///1500100967,能映秋,21,女,文科五班val studentsDF: DataFrame = sparkSession.read.format("csv").schema("id String,name String,age Int,gender String,clazz String").option("sep", ",").load("spark/data/student.csv")studentsDF.write.format("json").mode(SaveMode.Overwrite).save("spark/data/students_out_json.json")

2、json-->parquet

val sparkSession: SparkSession = SparkSession.builder().master("local").appName("").config("spark.sql.shuffer.partitions", 1) //指定分区数为1，默认分区数是200个.getOrCreate()//导入spark sql中所有的隐式转换函数//导入sparkSession下的所有隐式转换函数，后面可以直接使用$函数引用字段/*** 读取json数据格式，因为json数据有键值对，会自动的将健作为列名，值作为列值，不需要手动的设置表结构*///1500100967,能映秋,21,女,文科五班//方式1：//    val studentsJsonDF: DataFrame = sparkSession.read//      .format("json")//      .load("spark/data/students_out_json.json/part-00000-3f086bb2-23d9-4904-9814-3a34b21020ab-c000.json")//方式2：实际上也是调用方式1，只是更简洁了// def json(paths: String*): DataFrame = format("json").load(paths : _*)val studebtsReadDF: DataFrame = sparkSession.read.json("spark/data/students_out_json.json/part-00000-3f086bb2-23d9-4904-9814-3a34b21020ab-c000.json")studebtsReadDF.write.format("parquet").mode(SaveMode.Overwrite).save("spark/data/students_parquet")

3、parquet-->csv

    val sparkSession: SparkSession = SparkSession.builder().master("local").appName("").config("spark.sql.shuffer.partitions", 1) //指定分区数为1，默认分区数是200个.getOrCreate()//导入Spark sql中所有的sql隐式转换函数import org.apache.spark.sql.functions._//导入另一个隐式转换，后面可以直接使用$函数引用字段进行处理import sparkSession.implicits._/*** parquet:压缩的比例由信息熵决定，通俗的说就是数据的重复程度决定*/val studebtsReadDF: DataFrame = sparkSession.read.format("parquet").load("spark/data/students_parquet/part-00000-8b815a03-97f7-4d71-8b71-4e7e30f60995-c000.snappy.parquet")studebtsReadDF.write.format("csv").mode(SaveMode.Overwrite).save("spark/data/students_csv")

4、数据库

下面我们以mysql为例：

    val sparkSession: SparkSession = SparkSession.builder().master("local").appName("连接数据库").config("spark.sql.shuffle.partitions",1) //默认分区的数量是200个.getOrCreate()/*** 读取数据库中的数据，mysql* 如果链接失败，可以将参数补全：jdbc:mysql://192.168.19.100:3306?useUnicode=true&allowPublicKeyRetrieval=true&characterEncoding=utf8&useSSL=false*/val jdDF: DataFrame = sparkSession.read.format("jdbc").option("url", "jdbc:mysql://192.168.19.100:3306?useSSL=false").option("dbtable", "bigdata29.emp").option("user", "root").option("password", "123456").load()jdDF.show(10,truncate = false)

三、DataFrame DSL API的使用

1、select


import org.apache.spark.sql.{DataFrame, SparkSession}object Demo1Select {def main(args: Array[String]): Unit = {val sparkSession: SparkSession = SparkSession.builder().master("local").appName("select函数演示").getOrCreate()//导入Spark sql中所有的sql隐式转换函数import org.apache.spark.sql.functions._//导入另一个隐式转换，后面可以直接使用$函数引用字段进行处理import sparkSession.implicits._val studentsDF: DataFrame = sparkSession.read.format("csv").schema("id String,name String,age String,gender String,clazz String").option("sep", ",").load("spark/data/student.csv")/*** select函数*///方式1：只能查询原有字段，不能对字段做出处理，比如加减、起别名之类studentsDF.select("id", "name", "age")//方式2：弥补了方式1的不足studentsDF.selectExpr("id","name","age+1 as new_age")//方式3:使用隐式转换函数中的$将字段变为一个对象val stuDF: DataFrame = studentsDF.select($"id", $"name", $"age")//3.1使用对象对字段进行处理
//    stuDF.select($"id", $"name", $"age",$"age".+(1) as "new_age").show()       //不可使用未变为对象的字段stuDF.select($"id", $"name", $"age",$"age" + 1 as "new_age")                 // +是函数，可以等价于该语句//3.2可以在select中使用sql函数studentsDF.select($"id", $"name", $"age", substring($"id", 0, 2))}
}

2、where

    /*** where函数：过滤数据*///方式1：直接将sql中的where语句以字符串形式传参studentsDF.where("clazz='文科一班' and gender='男'")//方式2：使用$列对象形式过滤/*** 注意在此种方式下：等于和不等于符号与我们平常使用的有所不同* 等于：===* 不等于：=!=*/studentsDF.where($"clazz" === "文科一班" and $"gender"=!="男").show()

3、groupBy和agg

    /*** groupby:分组函数     agg:聚合函数* 注意：* 1、groupby与agg函数通常都是一起使用* 2、分组聚合之后的结果DataFrame中只会包含分组字段与聚合字段* 3、分组聚合之后select中无法出现不是分组的字段*///需求：根据班级分组，求每个班级的人数和平均年龄studentsDF.groupBy($"clazz").agg(count($"clazz") as "clazz_number",avg($"age") as "avg_age").show()

4、join

/*** 5、join:表关联*/val subjectDF1: DataFrame = sparkSession.read.format("csv").option("sep", ",").schema("id String,subject_id String,score Int").load("spark/data/score.csv")val subjectDF2: DataFrame = sparkSession.read.format("csv").option("sep", ",").schema("sid String,subject_id String,score Int").load("spark/data/score.csv")//关联场景1：所关联的字段名字一样studentsDF.join(subjectDF1,"id")//关联场景2：所关联的字段名字不一样studentsDF.join(subjectDF2,$"id"===$"sid","inner")
//    studentsDF.join(subjectDF2,$"id"===$"sid","left").show()/*** 上面两种关联场景默认inner连接方式（内连接），可以指定参数选择连接方式，比如左连接、右连接、全连接之类* * @param joinType Type of join to perform. Default `inner`. Must be one of:* *                 `inner`, `cross`, `outer`, `full`, `fullouter`,`full_outer`, `left`,* *                 `leftouter`, `left_outer`, `right`, `rightouter`, `right_outer`.*/

5、开窗

    /*** 开窗函数* 1、ROW_NUMBER()：为分区中的每一行分配一个唯一的序号。序号是根据ORDER BY子句定义的顺序分配的* 2、RANK()和DENSE_RANK()：为分区中的每一行分配一个排名。RANK()在遇到相同值时会产生间隙，而DENSE_RANK()则不会。**///需求：统计每个班级总分前三的学生val stu_scoreDF: DataFrame = studentsDF.join(subjectDF2, $"id" === $"sid")//方式1：在select中使用row_number() over Window.partitionBy().orderBy()stu_scoreDF.groupBy($"clazz", $"id").agg(sum($"score") as "sum_score").select($"clazz", $"id", $"sum_score", row_number() over Window.partitionBy($"clazz").orderBy($"sum_score".desc) as "score_rank").where($"score_rank" <= 3)//方式2：使用withcolumn()函数，会新增一列，但是要预先指定列名stu_scoreDF.repartition(1).groupBy($"clazz", $"id").agg(sum($"score") as "sum_score").withColumn("score_rank",row_number() over Window.partitionBy($"clazz").orderBy($"sum_score".desc)).where($"score_rank" <= 3).show()

注意:

DSL API 不直接对应 SQL 的关键字执行顺序（如 SELECT、FROM、WHERE、GROUP BY 等），但可以按照构建逻辑查询的方式来组织代码，使其与 SQL 查询的逻辑结构相似。

在构建 Spark DataFrame 转换和操作时，常用流程介绍：

选择数据源：使用 spark.read 或从其他 DataFrame 派生。
转换：使用各种转换函数（如 select、filter、map、flatMap、join 等）来修改 DataFrame。
聚合：使用 groupBy 和聚合函数（如 sum、avg、count 等）对数据进行分组和汇总。
排序：使用 orderBy 或 sort 对数据进行排序。
输出：使用 show、collect、write 等函数将结果输出到控制台、收集到驱动程序或写入外部存储。

四、RDD与DataFrame的转换

import org.apache.spark.SparkContext
import org.apache.spark.rdd.RDD
import org.apache.spark.sql.{DataFrame, Row, SparkSession}object RddToDf {def main(args: Array[String]): Unit = {val sparkSession: SparkSession = SparkSession.builder().appName("Rdd与Df之间的转换").master("local").config("spark.sql.shuffle.partitions", 1).getOrCreate()import org.apache.spark.sql.functions._import sparkSession.implicits._val sparkContext: SparkContext = sparkSession.sparkContextval idNameRdd: RDD[(String, String)] = sparkContext.textFile("spark/data/student.csv").map(_.split(",")).map {case Array(id: String, name: String, _, _, _) => (id, name)}/*** Rdd-->DF* 因为在Rdd中不会存储文件的结构（schema）信息，所以要指定字段*/val idNameDF: DataFrame = idNameRdd.toDF("id", "name")idNameDF.createOrReplaceTempView("idNameTb")sparkSession.sql("select id,name from idNameTb").show()/*** DF-->Rdd*/val idNameRdd2: RDD[Row] = idNameDF.rddidNameRdd2.foreach(println)}
}