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Resilient Distributed Datasets

RDD是每个spark程序的核心，本节我们来看看更多细节。

Creation

创建RDD有三种方式：从一个内存中的对象集合，被称为并行化（parallelizing） 一个集合；使用一个外部存储（比如HDFS）的数据集；转变（transform）已存在的RDD。在对少量的输入数据并行地进行CPU密集型运算时，第一种方式非常有用。例如，下面执行从1到10的独立运算：

val params = sc.parallelize(1 to 10)
val result = params.map(performExpensiveComputation)

函数performExpensiveComputation并行处理输入数据。并行性的级别由属性spark.default.parallelism决定，该属性的默认值取决于Spark的运行方式。本地运行时，是本地机器的核心数量，集群运行时，是集群中所有执行（executor）节点的核心总数量。

可以为某特定运算设置并行性级别，指定parallelize()方法的第二个参数即可：

sc.parallelize(1 to 10, 10)

创建RDD的第二种方式，是创建一个指向外部数据集的引用。我们已经见过怎样为一个文本文件创建String对象的RDD：

val text:RDD[String] = sc.textFile(inputPath)

路径inputPath可以是任意的Hadoop文件系统路径，比如本地文件系统或HDFS上的一个文件。内部来看，Spark使用旧的MapReduce API中的TextInputFormat来读取这个文件。这就意味着文件切分行为与Hadoop是一样的，因此在HDFS的情况下，一个Spark分区对应一个HDFS块（block）。这个默认行为可以改变，传入第二个参数来请求一个特殊的切分数量：

sc.textFile(inputPath, 10)

另外一个方法允许把多个文本文件作为一个整体来处理，返回的RDD中，是成对的string，第一个string是文件的路径，第二个string是文件的内容。因为每个文件都会加载进内存，所以这种方式仅仅适合于小文件：

val files:RDD[(String, String)] = sc.wholeTextFiles(inputPath)

Spark能够处理文本文件以外的其他文件格式，比如，序列文件可以这样读入：

sc.sequenceFile[IntWritable, Text](inputPath)

注意这里指定序列文件的键和值的Writable类型的方式。对于常用的Writable类型，Spark能够映射到Java中的等价物，因此我们可以使用等价的方式：

sc.sequenceFile[Int, String](inputPath)

从任意的Hadoop InputFormat来创建RDD，有两种方式：基于文件的格式，使用hadoopFile()，接收一个路径；其他格式，比如HBase的TableInputFormat，使用hadoopRDD()。这些方法使用旧的MapReduce API。如果要用新的MapReduce API，使用newAPIHadoopFile()和newAPIHadoopRDD()。下面是读取Avro数据文件的示例，使用特定的API和一个WeatherRecord类：

val job = new Job()
AvroJob.setInputKeySchema(job, WeatherRecord.getClassSchema)
val data = sc.newAPIHadoopFile(inputPath,
    classOf[AvroKeyInputFormat[WeatherRecord]],
    classOf[AvroKey[WeatherRecord]], classOf[NullWritable],
    job.getConfiguration)

除了路径之外，newAPIHadoopFile()方法还需要InputFormat的类型、键的类型、值的类型，再加上Hadoop配置，该配置中带有Avro模式，在第二行我们使用AvroJob帮助类做的设置。

创建RDD的第三种方式，是转变（transform)已存在的RDD。

Transformations and Actions

Spark提供两种类型的操作：transformations和actions。transformations从已存在的RDD生成新的RDD，而actions会触发运算并输出结果——返回给用户，或者保存到外部存储。

Actions会立刻产生影响，而transformations不会——它们是懒惰的，它们不做任何工作，直到action被触发。下面的例子，把文本文件中的每一行转为小写：

val text = sc.textFile(inputPath)
val lower: RDD[String] = text.map(_.toLowerCase())
lower.foreach(println(_))

map()方法是个transformation，Spark内部这样处理：稍晚的时候，一个函数（这里是toLowerCase()）会被调用，来处理RDD中的每一个元素。这个函数实际上没有执行，直到foreach()方法（这是个action）被调用，然后Spark会运行一个job，读取输入的文件，对文件中的每一行调用toLowerCase()，然后把结果写到控制台。

怎样分辨一个操作究竟是transformation还是action呢？一个方法是看它的返回类型：如果返回类型是RDD，这是个transformation；否则就是action。当你查阅RDD的文档时，这种方法是很有用的。对RDD执行的大多数操作，可以在RDD的文档（org.apache.spark.rdd包）中找到，更多的操作在PairRDDFunctions里，这里包含了处理键值对RDD的transformations和actions。

Spark的库中包含了丰富的操作，有transformations者诸如映射（mapping）、分组（grouping）、聚合（aggregating）、再分配（repartitioning）、取样（sampling）、连接（joining）多个RDD、把RDDs作为集合（sets）对待。还有actions者诸如把RDDs物化（materializing）为集合（collections）、对RDD进行计算统计、从RDD中取样出固定数目的元素，把RDD保存到外部存储。细节内容，查看文档。

MapReduce in Spark

尽管名字很有暗示性，Spark中的map()和reduce()操作，与Hadoop MapReduce中相同名字的函数，不是直接对应的。Hadoop MapReduce中的map和reduce的通常形式是：

map: (K1, V1) -> list(K2, V2)
reduce: (K2, list(V2)) -> list(K3, V3)

从list标记可以看出，这两个函数都可以返回多个输出对。这种操作在Spark（Scala）中被实现为flatMap()，与map()很像，但是移除了一层嵌套：

scala> val l = List(1, 2, 3)
l: List[Int] = List(1, 2, 3)

scala> l.map(a => List(a))
res0: List[List[Int]] = List(List(1), List(2), List(3))

scala> l.flatMap(a => List(a))
res1: List[Int] = List(1, 2, 3)

有一种朴素的方式，可以在Spark中模拟Hadoop MapReduce。用两个flatMap()操作，中间用groupByKey()和sortByKey()来执行MapReduce的混洗（shuffle）和排序：

val input: RDD[(K1, V1)] = ...
val mapOutput: RDD[(K2, V2)] = input.flatMap(mapFn)
val shuffled: RDD[(K2, Iterable[V2])] = mapOutput.groupByKey().sortByKey()
val output: RDD[(K3, V3)] = shuffled.flatMap(reduceFn)

这里key的类型K2要继承自Scala的Ordering类型，以满足sortByKey()。

这个例子可以帮助我们理解MapReduce和Spark的关系，但是不能盲目应用。首先，这里的语义和Hadoop的MapReduce有微小的差别，sortByKey()执行的是全量排序。使用repartitionAndSortWithinPartitions()方法来执行部分排序，可以避免这个问题。然而，这样还是无效的，因为Spark有两次混洗的过程（一次groupByKey()，一次sort）。

与其重造MapReduce，不如仅仅使用那些你实际需要的操作。比如，如果不需要按key排序，你可以省略sortByKey()，这在Hadoop MapReduce中是不可能的。

同样的，大多数情况下groupByKey()太普遍了。通常只在聚合数据时需要混洗，因此应该使用reduceByKey()，foldByKey()，或者aggregateByKey()，这些函数比groupByKey()更有效率，因为它们可以在map任务中作为combiner运行。最后，flatMap()可能总是不需要的，如果总有一个返回值，map()是首选，如果有0或1个返回值，使用filter()。

Aggregation transformations

根据key来聚合键值对RDD的三个主要的transformations是reduceByKey()，foldByKey()，和aggregateByKey()。它们的工作方式稍有不同，但它们都是根据键来聚合值的，为每一个键生成一个单独的值。对应的actions是reduce()，fold()和aggregate()，它们以类似的方式运行，为整个RDD输出一个单独的值。

最简单的是reduceByKey()，它对成对儿的值反复执行一个函数，直到生成一个单独的值。例如：

val pairs: RDD[(String, Int)] =
    sc.parallelize(Array(("a", 3), ("a", 1), ("b", 7), ("a", 5)))
val sums: RDD[(String, Int)] = pairs.reduceByKey(_+_)
assert(sums.collect().toSet === Set(("a", 9), ("b", 7)))

键 a 对应的值，使用相加函数（+）聚合起来，（3 + 1）+ 5 = 9，而键 b 对应的值只有一个，因此不需要聚合。一般来说，这些操作是分布式的，在RDD的不同分区对应的任务中分别执行，因此这些函数要具有互换性和连接性。换句话说，操作的顺序和分组是不重要的。这种情况下，聚合函数可以这样执行 5 +（3 + 1），或者 3 + （1 + 5），都会返回相同的结果。

在assert语句中使用的三联相等操作符（===），来自ScalaTest，比通常的 == 操作符提供更多有用的失败信息。

下面是用foldByKey()来执行相同的操作：

val sums: RDD[(String, Int)] = pairs.foldByKey(0)(_+_)
assert(sums.collect().toSet === Set(("a", 9), ("b", 7)))

注意到这次我们需要提供一个零值，整数相加时是0，但如果是别的类型和操作，零值将是其他不同的东西。这一次，键 a 对应的值聚合的方式是（（0 + 3）+ 1）+ 5）= 9（也可能是其他的顺序，不过加 0 总是第一个操作）。对于 b 是0 + 7 = 7。

使用foldByKey()，并不比reduceByKey()更强或更弱。特别地，也不能改变聚合结果的值类型。为此我们需要aggregateByKey()，例如，我们可以把那些整数值聚合到一个集合里：

val sets: RDD[(String, HashSet[Int])] =
    pairs.aggregateByKey(new HashSet[Int])(_+=_, _++=_)
assert(sets.collect.toSet === Set(("a", Set(1, 3, 5)), ("b", Set(7))))

集合相加时，零值是空集合，因此我们用new HashSet[Int]来创建一个新的可变集合。我们需要向aggregateByKey()提供两个函数作为参数。第一个函数用来控制怎样把一个Int和一个HashSet[Int]相加，本例中我们用加等函数 += 把整数加到集合里面（+ 会返回一个新集合，旧集合不会改变）。

第二个函数用来控制怎样把两个HashSet[Int]相加（这种情况发生在map任务的combiner执行之后，reduce任务把两个分区聚合之时），这里我们使用 ++= 把第二个集合的所有元素加到第一个集合里。

对于键 a，操作的顺序可能是：
(( ∅ + 3) + 1) + 5) = (1, 3, 5)
或者：
( ∅ + 3) + 1) ++ ( ∅ + 5) = (1, 3) ++ (5) = (1, 3, 5)
如果Spark使用了组合器（combiner）的话。

转变后的RDD可以持久化到内存中，因此后续的操作效率很高。

作者：qinm08
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