Spark 基础

一、Spark 基础

1. 激动人心的 Spark 发展史

大数据、人工智能( Artificial Intelligence )像当年的石油、电力一样， 正以前所未有的广度和深度影响所有的行业， 现在及未来公司的核心壁垒是数据， 核心竞争力来自基于大数据的人工智能的竞争。

Spark 是当今大数据领域最活跃、最热门、最高效的大数据通用计算平台之一。

2009 年诞生于美国加州大学伯克利分校 AMP 实验室；
2010 年通过 BSD 许可协议开源发布；
2013 年捐赠给 Apache 软件基金会并切换开源协议到切换许可协议至 Apache2.0；
2014 年 2 月，Spark 成为 Apache 的顶级项目；
2014 年 11 月, Spark 的母公司 Databricks 团队使用 Spark 刷新数据排序世界记录。

Spark 成功构建起了一体化、多元化的大数据处理体系。在任何规模的数据计算中， Spark 在性能和扩展性上都更具优势。

1. Hadoop 之父 Doug Cutting 指出：Use of MapReduce engine for Big Data projects will decline, replaced by Apache Spark (大数据项目的 MapReduce 引擎的使用将下降，由 Apache Spark 取代)。
2. Hadoop 商业发行版本的市场领导者 Cloudera 、HortonWorks 、MapR 纷纷转投 Spark,并把 Spark 作为大数据解决方案的首选和核心计算引擎。

2014 年的 Benchmark 测试中， Spark 秒杀 Hadoop ，在使用十分之一计算资源的情况下，相同数据的排序上， Spark 比 MapReduce 快 3 倍！ 在没有官方 PB 排序对比的情况下，首次将 Spark 推到了 IPB 数据(十万亿条记录) 的排序，在使用 190 个节点的情况下，工作负载在 4 小时内完成， 同样远超雅虎之前使用 3800 台主机耗时 16 个小时的记录。

在 FullStack 理想的指引下，Spark 中的 Spark SQL 、SparkStreaming 、MLLib 、GraphX 、R 五大子框架和库之间可以无缝地共享数据和操作， 这不仅打造了 Spark 在当今大数据计算领域其他计算框架都无可匹敌的优势， 而且使得 Spark 正在加速成为大数据处理中心首选通用计算平台。

2. Spark 为什么会流行

• 原因 1：优秀的数据模型和丰富计算抽象

Spark 产生之前，已经有 MapReduce 这类非常成熟的计算系统存在了，并提供了高层次的 API(map/reduce)，把计算运行在集群中并提供容错能力，从而实现分布式计算。

虽然 MapReduce 提供了对数据访问和计算的抽象，但是对于数据的复用就是简单的将中间数据写到一个稳定的文件系统中(例如 HDFS)，所以会产生数据的复制备份，磁盘的 I/O 以及数据的序列化，所以在遇到需要在多个计算之间复用中间结果的操作时效率就会非常的低。而这类操作是非常常见的，例如迭代式计算，交互式数据挖掘，图计算等。

认识到这个问题后，学术界的 AMPLab 提出了一个新的模型，叫做 RDD。RDD 是一个可以容错且并行的数据结构(其实可以理解成分布式的集合，操作起来和操作本地集合一样简单)，它可以让用户显式的将中间结果数据集保存在内存中，并且通过控制数据集的分区来达到数据存放处理最优化.同时 RDD 也提供了丰富的 API (map、reduce、filter、foreach、redeceByKey...)来操作数据集。后来 RDD 被 AMPLab 在一个叫做 Spark 的框架中提供并开源。

简而言之，Spark 借鉴了 MapReduce 思想发展而来，保留了其分布式并行计算的优点并改进了其明显的缺陷。让中间数据存储在内存中提高了运行速度、并提供丰富的操作数据的 API 提高了开发速度。

• 原因 2：完善的生态圈-fullstack

目前，Spark 已经发展成为一个包含多个子项目的集合，其中包含 SparkSQL、Spark Streaming、GraphX、MLlib 等子项目。

Spark Core：实现了 Spark 的基本功能，包含 RDD、任务调度、内存管理、错误恢复、与存储系统交互等模块。

Spark SQL：Spark 用来操作结构化数据的程序包。通过 Spark SQL，我们可以使用 SQL 操作数据。

Spark Streaming：Spark 提供的对实时数据进行流式计算的组件。提供了用来操作数据流的 API。

Spark MLlib：提供常见的机器学习(ML)功能的程序库。包括分类、回归、聚类、协同过滤等，还提供了模型评估、数据导入等额外的支持功能。

GraphX(图计算)：Spark 中用于图计算的 API，性能良好，拥有丰富的功能和运算符，能在海量数据上自如地运行复杂的图算法。

集群管理器：Spark 设计为可以高效地在一个计算节点到数千个计算节点之间伸缩计算。

Structured Streaming：处理结构化流,统一了离线和实时的 API。

3. Spark VS Hadoop

💖 注意：
尽管 Spark 相对于 Hadoop 而言具有较大优势，但 Spark 并不能完全替代 Hadoop，Spark 主要用于替代 Hadoop 中的 MapReduce 计算模型。存储依然可以使用 HDFS，但是中间结果可以存放在内存中；调度可以使用 Spark 内置的，也可以使用更成熟的调度系统 YARN 等。
实际上，Spark 已经很好地融入了 Hadoop 生态圈，并成为其中的重要一员，它可以借助于 YARN 实现资源调度管理，借助于 HDFS 实现分布式存储。
此外，Hadoop 可以使用廉价的、异构的机器来做分布式存储与计算，但是，Spark 对硬件的要求稍高一些，对内存与 CPU 有一定的要求。

3. Spark 特点

• 快

与 Hadoop 的 MapReduce 相比，Spark 基于内存的运算要快 100 倍以上，基于硬盘的运算也要快 10 倍以上。Spark 实现了高效的 DAG 执行引擎，可以通过基于内存来高效处理数据流。

• 易用

Spark 支持 Java、Python、R 和 Scala 的 API，还支持超过 80 种高级算法，使用户可以快速构建不同的应用。而且 Spark 支持交互式的 Python 和 Scala 的 shell，可以非常方便地在这些 shell 中使用 Spark 集群来验证解决问题的方法。

• 通用

Spark 提供了统一的解决方案。Spark 可以用于批处理、交互式查询(Spark SQL)、实时流处理(Spark Streaming)、机器学习(Spark MLlib)和图计算(GraphX)。这些不同类型的处理都可以在同一个应用中无缝使用。Spark 统一的解决方案非常具有吸引力，毕竟任何公司都想用统一的平台去处理遇到的问题，减少开发和维护的人力成本和部署平台的物力成本。

• 兼容性

Spark 可以非常方便地与其他的开源产品进行融合。比如，Spark 可以使用 Hadoop 的 YARN 和 Apache Mesos 作为它的资源管理和调度器，并且可以处理所有 Hadoop 支持的数据，包括 HDFS、HBase 和 Cassandra 等。这对于已经部署 Hadoop 集群的用户特别重要，因为不需要做任何数据迁移就可以使用 Spark 的强大处理能力。Spark 也可以不依赖于第三方的资源管理和调度器，它实现了 Standalone 作为其内置的资源管理和调度框架，这样进一步降低了 Spark 的使用门槛，使得所有人都可以非常容易地部署和使用 Spark。此外，Spark 还提供了在 EC2 上部署 Standalone 的 Spark 集群的工具。

4. Spark 运行模式

1. local 本地模式(单机)--学习测试使用

   分为 local 单线程和 local-cluster 多线程。

2. standalone 独立集群模式--学习测试使用

   典型的 Mater/slave 模式。

3. standalone-HA 高可用模式--生产环境使用

   基于 standalone 模式，使用 zk 搭建高可用，避免 Master 是有单点故障的。

4. on yarn 集群模式--生产环境使用

   运行在 yarn 集群之上，由 yarn 负责资源管理，Spark 负责任务调度和计算。

   好处：计算资源按需伸缩，集群利用率高，共享底层存储，避免数据跨集群迁移。

5. on mesos 集群模式--国内使用较少

   运行在 mesos 资源管理器框架之上，由 mesos 负责资源管理，Spark 负责任务调度和计算。

6. on cloud 集群模式--中小公司未来会更多的使用云服务

   比如 AWS 的 EC2，使用这个模式能很方便的访问 Amazon 的 S3。