Spark SQL进阶

本文介绍: spark sql 深度介绍,spark_dataFrame与pandas_dataFrame互转,基于pandas的完成自定义UDF函数,UDAF函数

DataFrame详解

清洗相关API

去重API
删除空缺值的API
替换缺失值的API

from pyspark import SparkConf, SparkContext
import os
from pyspark.sql import SparkSession

# 绑定指定的Python解释器
os.environ['SPARK_HOME'] = '/export/server/spark'
os.environ['PYSPARK_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'
os.environ['PYSPARK_DRIVER_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'

if __name__ == '__main__':
    # 1- 创建SparkSession对象
    spark = SparkSession.builder
        .appName('sparksql_etl_api')
        .master('local[*]')
        .getOrCreate()

    # 2- 数据输入
    init_df = spark.read.csv(
        path='file:///export/data/clear_data.csv',
        sep=',',
        encoding='UTF-8',
        header="True",
        inferSchema=True
    )

    init_df.printSchema()

    # 3- 数据处理
    # 3.1- 删除重复数据：dropDuplicates
    """
        dropDuplicates总结：用来删除重复数据。如果没有指定参数subset，那么要比对行中的所有字段内容，
            如果全部相同，就认为是重复数据，会被删除；如果有指定参数subset，那么只比对subset中指定的字段范围
            
    """
    init_df.dropDuplicates().show()
    init_df.dropDuplicates(subset=["id","name"]).show()

    # 指定不存在的字段会报错:AnalysisException: Cannot resolve column name "id2" among (id, name, age, address)
    # init_df.dropDuplicates(subset=["id2","name"]).show()


    print("-"*30)
    # 3.2- 删除缺失值数据:dropna
    """
        dropna(thresh,subset):删除缺失值数据.
            1- 如果不传递任何参数，只要有任意一个字段值为null,那么就删除整行数据
            2- 如果只指定了subset,那么空值的检查,就只会限定在subset指定的范围内
            3- 如果只指定了thresh,那么空值检查的这些字段中,至少需要有thresh(>=thresh)个字段的值不为空,才不会被删除
    """
    init_df.dropna().show()
    init_df.dropna(subset=["id","name"]).show()
    init_df.dropna(thresh=1,subset=["name","age","address"]).show()
    init_df.dropna(thresh=2,subset=["name","age","address"]).show()
    init_df.dropna(thresh=2).show()

    print("-" * 30)
    # 3.3- 替换缺失值数据:fillna
    """
        fillna(value,subset):替换缺失值数据
            value:必须要传递参数.是用来填充缺失值的
            subset:限定缺失值替换范围
        注意:
            1-value如果不是字典,那么只会替换字段类型匹配的空值
            2-最常用的是value传递字典的形式
    """
    init_df.fillna(value=999).show()
    init_df.fillna(value=999,subset=["id","name"]).show()
    init_df.fillna(value={"id":111,"name":"未知姓名","age":100,"address":"北京"}).show()

    # 4- 数据输出
    # 5- 释放资源
    spark.stop()

总结:
1- dropDuplicates总结：用来删除重复数据。如果没有指定参数subset，那么要比对行中的所有字段内容，
如果全部相同，就认为是重复数据，会被删除；如果有指定参数subset，那么只比对subset中指定的字段范围
            
2- dropna(thresh,subset):删除缺失值数据.
   2.1- 如果不传递任何参数，只要有任意一个字段值为null,那么就删除整行数据
   2.2- 如果只指定了subset,那么空值的检查,就只会限定在subset指定的范围内
   2.3- 如果只指定了thresh,那么空值检查的这些字段中,至少需要有thresh(>=thresh)个字段的值不为空,才不会被删除
            
3- fillna(value,subset):替换缺失值数据
   3.1- value:必须要传递参数.是用来填充缺失值的
   3.1- subset:限定缺失值替换范围
   
   注意:
   3.1- value如果不是字典,那么只会替换字段类型匹配的空值
   3.2- 最常用的是value传递字典的形式

Spark SQL的Shuffle分区设置

Spark SQL底层本质上还是Spark的RDD程序，认为 Spark SQL组件就是一款翻译软件，用于将SQL/DSL翻译为Spark RDD程序, 执行运行

Spark SQL中同样也是存在shuffle的分区的,在执行shuffle分区后, shuffle分区数量默认为 200个,但是实际中, 一般都是需要调整这个分区的, 因为当数据量比较少的数据, 200个分区相对来说比较大一些, 但是当数据量比较大的时候, 200个分区显得比较小

如何调整shuffle分区数量? spark.sql.shuffle.partitions

方案一（不推荐）:  直接修改spark的配置文件spark-defaults.conf。全局设置，默认值为200。设置为: 
		spark.sql.shuffle.partitions     20

方案二（常用，推荐使用）: 在客户端通过submit命令提交的时候, 动态设置shuffle的分区数量。部署、上线的时候、基于spark-submit提交运行的时候
	./spark-submit --conf "spark.sql.shuffle.partitions=20"

方案三（比较常用）: 在代码中设置。主要在测试环境中使用, 但是一般在部署上线的时候, 会删除。优先级也是最高的。一般的使用场景是，当你的数据量未来不会发生太大的波动。
	 sparkSession.conf.set('spark.sql.shuffle.partitions',20)

import time

from pyspark import SparkConf, SparkContext
import os
from pyspark.sql import SparkSession
import pyspark.sql.functions as F

# 绑定指定的Python解释器
os.environ['SPARK_HOME'] = '/export/server/spark'
os.environ['PYSPARK_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'
os.environ['PYSPARK_DRIVER_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'

if __name__ == '__main__':
    start = time.time()

    # 1- 创建SparkSession顶级对象
    spark = SparkSession.builder
        .config("spark.sql.shuffle.partitions",1)
        .appName('sparksql_wordcount_demo')
        .master('local[*]')
        .getOrCreate()

    # 2- 数据输入
    init_df = spark.read.text(
        paths='hdfs://node1:8020/input/words.txt'
    )

    # 创建临时视图
    init_df.createTempView('words')

    # init_df.show()
    # init_df.printSchema()

    # 3- 数据处理
    # 3.1- SQL方式：子查询
    spark.sql("""
        select
            word,count(1) as cnt,max(word) as max_word,min(word) as min_word
        from (
            select
                explode(split(value,' ')) as word
            from words
        ) group by word
    """).show()

    print("-"*50)

    # 3.2- SQL方式：侧视图
    spark.sql("""
        select
            word,count(1) as cnt
        from words
        -- 侧视图
        lateral view explode(split(value,' ')) t as word
        group by word
    """).show()


    print("DSL运行结果")
    print("-" * 50)
    # 3.3- DSL方式一
    """
        DSL方式总结：
            withColumnRenamed(参数1,参数2)：给字段重命名操作。参数1是旧字段名，参数2是新字段名
            agg()：推荐使用，更加通用。执行聚合操作。如果有多个聚合，聚合之间使用逗号分隔即可
            withColumn(参数1,参数2)：用来产生新列。参数1是新列的名称；参数2是新列数据的来源
    """
    init_df.select(
        F.explode(F.split('value',' ')).alias('word')
    ).groupBy('word').count().show()

    print("-" * 50)
    init_df.select(
        F.explode(F.split('value', ' ')).alias('word')
    ).groupBy('word').count().withColumnRenamed('count','cnt').show()

    print("-" * 50)
    # 3.3- DSL方式二
    init_df.select(
        F.explode(F.split('value', ' ')).alias('word')
    ).groupBy('word').agg(
        F.count('word').alias('cnt'),
        F.max('word').alias('max_word')
    ).show()

    print("-" * 50)
    # 3.4- DSL方式三
    init_df.withColumn(
        'word',
        F.explode(F.split('value', ' '))
    ).groupBy('word').agg(
        F.count('word').alias('cnt')
    ).show()

    run_time = time.time() - start
    print("运行耗时:",run_time)
    time.sleep(1000)

    # 4- 数据输出
    # 5- 释放资源
    spark.stop()

数据写出操作

统一的输出语法:
在这里插入图片描述

对应的简写API格式如下，以CSV为例：
init_df.write.csv(
    path='存储路径',
    mode='模式',
    header=True,
    sep='01',
    encoding='UTF-8'
)

输出到文件中 json csv orc text …

from pyspark import SparkConf, SparkContext
import os
from pyspark.sql import SparkSession

# 绑定指定的Python解释器
os.environ['SPARK_HOME'] = '/export/server/spark'
os.environ['PYSPARK_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'
os.environ['PYSPARK_DRIVER_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'

if __name__ == '__main__':
    print("csv方式读取文件")

    # 1- 创建SparkSession对象
    spark = SparkSession.builder
        .config("spark.sql.shuffle.partitions","1")
        .appName('数据输出到文件系统')
        .master('local[*]')
        .getOrCreate()

    # 2- 数据输入
    init_df = spark.read.csv(
        path='file:///export/data/stu.txt',
        sep=' ',
        encoding='UTF-8',
        header="True",
        inferSchema=True
    )

    # 3- 数据处理
    result = init_df.where('age>=20')

    # 4- 数据输出
    result.show()
    result.printSchema()

    # 数据输出到文件系统：简单API
    """
        常用参数说明：
            1- path：指定结果数据输出路径。支持本地文件系统和HDFS文件系统
            2- mode：当输出目录中文件已经存在的时候处理办法
                2.1- append：追加。如果文件已经存在，那么继续在该目录下产生新的文件
                2.2- overwrite：覆盖。如果文件已经存在，那么就先将已有的文件清除，再写入进去
                2.3- ignore：忽略。如果文件已经存在，那么不执行任何操作
                2.4- error：报错。如果文件已经存在，那么直接报错。会报错AnalysisException: path file:xxx already exists.
            3- sep：字段间的分隔符
            4- header：数据输出的时候，是否要将字段名称输出到文件的第一行。推荐设置为True
            5- encoding：文件输出的编码方式
    """
    result.write.csv(
        path="file:///export/data/output/",
        mode='ignore',
        sep=',',
        header=True,
        encoding="UTF-8"
    )

    # 数据输出到文件系统：复杂API
    """
        设置mode，需要单独调用mode()方法
    """
    result.write
        .format('json')
        .mode("overwrite")
        .option("encoding","UTF-8")
        .save('file:///export/data/output_json/')

    # 5- 释放资源
    spark.stop()

常用参数说明：
    1- path：指定结果数据输出路径。支持本地文件系统和HDFS文件系统
    2- mode：当输出目录中文件已经存在的时候处理办法
        2.1- append：追加。如果文件已经存在，那么继续在该目录下产生新的文件
        2.2- overwrite：覆盖。如果文件已经存在，那么就先将已有的文件清除，再写入进去
        2.3- ignore：忽略。如果文件已经存在，那么不执行任何操作
        2.4- error：报错。如果文件已经存在，那么直接报错。会报错AnalysisException: path 	
        			file:xxx already exists.
        
    3- sep：字段间的分隔符
    4- header：数据输出的时候，是否要将字段名称输出到文件的第一行。推荐设置为True
    5- encoding：文件输出的编码方式

将结果数据基于JDBC方案, 输出到关系型数据库, 例如说: MySql

from pyspark import SparkConf, SparkContext
import os
from pyspark.sql import SparkSession

# 绑定指定的Python解释器
os.environ['SPARK_HOME'] = '/export/server/spark'
os.environ['PYSPARK_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'
os.environ['PYSPARK_DRIVER_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'

if __name__ == '__main__':
    print("数据输出到数据库")

    # 1- 创建SparkSession对象
    spark = SparkSession.builder
        .config("spark.sql.shuffle.partitions","1")
        .appName('sparksql_database')
        .master('local[*]')
        .getOrCreate()

    # 2- 数据输入
    init_df = spark.read.csv(
        path='file:///export/data/stu.txt',
        sep=' ',
        encoding='UTF-8',
        header="True",
        inferSchema=True
    )

    # 3- 数据处理
    result = init_df.where('age>=20')

    # 4- 数据输出
    result.show()
    result.printSchema()

    # 数据输出到数据
    """
        创建数据库命令：create database text character set utf8;
    """
    result.write.jdbc(
        url='jdbc:mysql://node1:3306/text?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8',
        table='student',
        mode='append',
        properties={ 'user' : 'root', 'password' : '123456' }
    )

    # 5- 释放资源
    spark.stop()

运行结果截图：
在这里插入图片描述
可能出现的错误一:

原因:  缺少连接MySQL数据库的驱动

数据库的驱动包, 一般都是一些Jar包

如何放置【mysql-connector-java-5.1.41.jar】驱动包呢?  
	1- 放置位置一: 当spark-submit提交的运行环境为Spark集群环境的时候,以及运行模式为local, 默认从 spark的jars目录下加载相关的jar包,
		目录位置: /export/server/spark/jars
	
	2- 放置位置二: 当我们使用pycharm运行代码的时候, 基于python的环境来运行的, 需要在python的环境中可以加载到此jar包
		目录位置: 
			/root/anaconda3/lib/python3.8/site-packages/pyspark/jars/
	
	3- 放置位置三: 当我们提交选择的on yarn模式 需要保证此jar包在HDFS上对应目录下
		hdfs的spark的jars目录下:  hdfs://node1:8020/spark/jars
		

	请注意: 以上三个位置, 主要是用于放置一些 spark可能会经常使用的jar包, 对于一些不经常使用的jar包, 在后续spark-submit 提交运行的时候, 会有专门的处理方案:  spark-submit --jars  ....

可能出现的错误二：
在这里插入图片描述

原因：将中文输出到了数据表中
解决办法：
1- 数据库连接要加上：useUnicode=true&characterEncoding=utf-8
2- 创建数据库的时候需要指定编码character set utf8

常见DSL代码

分类	格式	含义	示例
API/方法	select	查询字段	select(‘id1’, ‘id2’)
	where	对数据过滤	where(‘avg_score>3’)
	groupBy	对数据分组	groupBy(‘userid’)
	orderBy	对数据排序	orderBy(‘cnt’, ascending=False)
	limit	取前几条数据	orderBy(‘cnt’, ascending=False).limit(1)
	agg	聚合操作，里面可以写多个聚合表达式	agg(F.round(F.avg(‘score’), 2).alias(‘avg_score’))
	show	打印数据	init_df.show()
	printSchema	打印数据的schema信息，也就是元数据信息	init_df.printSchema()
	alias	对字段取别名	F.count(‘movieid’).alias(‘cnt’)
	join	关联2个DataFrame	etl_df.join(avg_score_dsl_df, ‘movieid’)
	withColumn	基于目前的数据产生一个新列	init_df.withColumn(‘word’,F.explode(F.split(‘value’, ’ ‘)))
	dropDuplicates	删除重复数据	init_df.dropDuplicates(subset=[“id”,“name”])
	dropna	删除缺失值	init_df.dropna(thresh=2,subset=[“name”,“age”,“address”])
	fillna	替换缺失值	init_df.fillna(value={“id”:111,“name”:“未知姓名”,“age”:100,“address”:“北京”})
	first	取DataFrame中的第一行数据
	over	创建一个窗口列

函数	avg	计算均值
	count	计数
	col	将字段包装成Column对象，一般用于对新列的包装
	round	保留小数位
	desc	降序排序
	row_number	行号。从1开始编号

窗口	partitionBy	对数据分区
	orderBy	对数据排序	orderBy(F.desc(‘pv’))

1- 什么使用使用select实现聚合，什么时候使用groupBy+agg/select实现聚合？
   如果不需要对数据分组，那么可以直接使用select实现聚合；如果有分组操作，需要使用groupBy+agg/select，推荐使用agg
        
2- first()总结
   如果某个DataFrame中只有一行数据，并且不使用join来对比数据，那么一般需要使用first()明确指定和第一行进行比较
    
3- F.col()总结
   对于在计算过程中临时产生的字段，需要使用F.col()封装成Column对象

API/方法：是由DataFrame来调用
函数：需要先通过import pyspark.sql.functions as F导入，使用F调用。Spark SQL内置提供的函数https://spark.apache.org/docs/3.1.2/api/sql/index.html
窗口：需要先通过from pyspark.sql import Window导入

Spark SQL函数定义

窗口函数

在Spark SQL中使用窗口函数案例：
需求是找出每个cookie中pv排在前3位的数据，也就是分组取TOPN问题

from pyspark import SparkConf, SparkContext
import os
from pyspark.sql import SparkSession
import pyspark.sql.functions as F
from pyspark.sql import Window as win

# 绑定指定的Python解释器
os.environ['SPARK_HOME'] = '/export/server/spark'
os.environ['PYSPARK_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'
os.environ['PYSPARK_DRIVER_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'

if __name__ == '__main__':
    # 1- 创建SparkSession对象
    spark = SparkSession.builder
        .config('spark.sql.shuffle.partitions',1)
        .appName('sparksql_win_function')
        .master('local[*]')
        .getOrCreate()

    # 2- 数据输入
    init_df = spark.read.csv(
        path='file:///export/data/cookie.txt',
        schema='cookie string,datestr string,pv int',
        sep=',',
        encoding='UTF-8'
    )

    init_df.createTempView('win_data')
    init_df.show()
    init_df.printSchema()

    # 3- 数据处理
    # SQL
    spark.sql("""
        select 
            cookie,datestr,pv
        from (
            select
                cookie,datestr,pv,
                row_number() over (partition by cookie order by pv desc) as rn
            from win_data
        ) tmp where rn<=3
    """).show()

    # DSL
    """
        select：注意点，结果中需要看到哪几个字段，就要明确写出来
    """
    init_df.select(
        "cookie","datestr","pv",
        F.row_number().over(win.partitionBy('cookie').orderBy(F.desc('pv'))).alias('rn')
    ).where('rn<=3').select("cookie","datestr","pv").show()

    # 4- 数据输出
    # 5- 释放资源
    spark.stop()

运行结果截图：
在这里插入图片描述

SQL函数分类

SQL函数，主要分为以下三大类：

UDF函数：用户自定义函数
- 特点：一对一，输入一个得到一个
- 例如：split() substr()
UDAF函数：用户自定义聚合函数
- 特点：多对一，输入多个得到一个
- 例如：sum() avg() count() min()
UDTF函数：用户自定义表数据生成函数
- 特点：一对多，输入一个得到多个
- 例如：explode()

在SQL中提供的所有的内置函数，都是属于以上三类中某一类函数

有这么多的内置函数，为啥还需要自定义函数呢?

为了扩充函数功能。在实际使用中，并不能保证所有的操作函数都已经提前的内置好了。很多基于业务处理的功能，其实并没有提供对应的函数，提供的函数更多是以公共功能函数。此时需要进行自定义，来扩充新的功能函数

在这里插入图片描述

1- SparkSQL原生的时候，Python只能开发UDF函数
2- SparkSQL借助其他第三方组件，Python可以开发UDF、UDAF函数

Spark SQL原生存在的问题：大量的序列化和反序列
在这里插入图片描述

虽然Python支持自定义UDF函数，但是其效率并不是特别的高效。因为在使用的时候，传递一行处理一行，返回一行的方式。这样会带来非常大的序列化的开销的问题，导致原生UDF函数效率不好
	
早期解决方案: 基于Java/Scala来编写自定义UDF函数，然后基于python调用即可
	
目前主要的解决方案: 引入Arrow框架，可以基于内存来完成数据传输工作，可以大大的降低了序列化的开销，提供传输的效率，解决原生的问题。同时还可以基于pandas的自定义函数，利用pandas的函数优势完成各种处理操作

Spark原生自定义UDF函数

自定义函数流程：

第一步: 在PySpark中创建一个Python的函数，在这个函数中书写自定义的功能逻辑代码即可

第二步: 将Python函数注册到Spark SQL中
	注册方式一: udf对象 = sparkSession.udf.register(参数1,参数2,参数3)
		参数1: 【UDF函数名称】，此名称用于后续在SQL中使用，可以任意取值，但是要符合名称的规范
		参数2: 【自定义的Python函数】，表示将哪个Python的函数注册为Spark SQL的函数
		参数3: 【UDF函数的返回值类型】。用于表示当前这个Python的函数返回的类型
		udf对象: 返回值对象，是一个UDF对象，可以在DSL中使用
	
		说明: 如果通过方式一来注册函数, 【可以用在SQL和DSL】
	
	注册方式二:  udf对象 = F.udf(参数1,参数2)
		参数1: Python函数的名称，表示将那个Python的函数注册为Spark SQL的函数
		参数2: 返回值的类型。用于表示当前这个Python的函数返回的类型
		udf对象: 返回值对象，是一个UDF对象，可以在DSL中使用
		
		说明: 如果通过方式二来注册函数，【仅能用在DSL中】
		
	注册方式三:  语法糖写法  @F.udf(returnType=返回值类型)  放置到对应Python的函数上面
		说明: 实际是方式二的扩展。如果通过方式三来注册函数，【仅能用在DSL中】
		
第三步: 在Spark SQL的 DSL/ SQL 中进行使用即可

Pandas的UDF函数

Apache Arrow框架基本介绍

Apache Arrow是Apache旗下的一款顶级的项目。是一个跨平台的在内存中以列式存储的数据层，它的设计目标就是作为一个跨平台的数据层，来加快大数据分析项目的运行效率

Pandas 与 Spark SQL 进行交互的时候，建立在Apache Arrow上，带来低开销高性能的UDF函数

Arrow并不会自动使用，在某些情况下，需要配置以及在代码中需要进行小的更改才可以使用

前提:服务器上已经安装pyspark
然后执行
pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple pyspark[sql]

如何使用呢?  默认不会自动启动的, 一般建议手动配置

sparkSession.conf.set('spark.sql.execution.arrow.pyspark.enabled',True)

在这里插入图片描述

基于Arrow完成Pandas DataFrame和Spark DataFrame互转

from pyspark import SparkConf, SparkContext
import os
from pyspark.sql import SparkSession

# 绑定指定的Python解释器
os.environ['SPARK_HOME'] = '/export/server/spark'
os.environ['PYSPARK_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'
os.environ['PYSPARK_DRIVER_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'

if __name__ == '__main__':
    print("基于Arrow完成Pandas DataFrame和Spark DataFrame互转")

    # 1- 创建SparkSession对象
    spark = SparkSession.builder
        .appName('dataframe')
        .master('local[*]')
        .getOrCreate()

    # 手动开启Arrow框架
    spark.conf.set('spark.sql.execution.arrow.pyspark.enabled', True)

    # 2- 数据输入
    init_df = spark.createDataFrame(
        data=[(1, '张三', '广州'), (2, '李四', '深圳')],
        schema='id int,name string,address string'
    )

    # 3- 数据处理
    # sparksql dataframe -> pandas dataframe
    pd_df = init_df.toPandas()
    print(type(pd_df),pd_df)

    new_pd_df = pd_df[pd_df['id']==2]

    # pandas dataframe -> sparksql dataframe
    spark_df = spark.createDataFrame(data=new_pd_df)
    spark_df.show()
    spark_df.printSchema()

    # 4- 数据输出
    # 5- 释放资源
    spark.stop()

使用场景：

1- Spark的DataFrame -> Pandas的DataFrame：当大数据处理到后期的时候，可能数据量会越来越少，这样可以考虑使用单机版的Pandas来做后续数据的分析

2- Pandas的DataFrame -> Spark的DataFrame：当数据量达到单机无法高效处理的时候，或者需要和其他大数据框架集成的时候，可以转成Spark中的DataFrame

总结：
Pandas的DataFrame -> Spark的DataFrame: spark.createDataFrame(data=pandas_df)
Spark的DataFrame -> Pandas的DataFrame: init_df.toPandas()

基于Pandas完成UDF函数

基于Pandas的UDF函数来转换为Spark SQL的UDF函数进行使用。底层是基于Arrow框架来完成数据传输，允许向量化（可以充分利用计算机CPU性能）操作。

Pandas的UDF函数其实本质上就是Python的函数，只不过函数的传入数据类型为Pandas的类型

基于Pandas的UDF可以使用自定义UDF函数和自定义UDAF函数

自定义函数流程：

第一步: 在PySpark中创建一个Python的函数，在这个函数中书写自定义的功能逻辑代码即可

第二步: 将Python函数包装成Spark SQL的函数
	注册方式一: udf对象 = spark.udf.register(参数1, 参数2)
		参数1: UDF函数名称。此名称用于后续在SQL中使用，可以任意取值，但是要符合名称的规范
		参数2: Python函数的名称。表示将哪个Python的函数注册为Spark SQL的函数
		使用: udf对象只能在DSL中使用。参数1指定的名称只能在SQL中使用
		注意: 如果编写的是UDAF函数，那么注册方式一需要配合注册方式三，一起使用
		
	注册方式二: udf对象 = F.pandas_udf(参数1, 参数2)
		参数1: 自定义的Python函数。表示将哪个Python的函数注册为Spark SQL的函数
		参数2: UDF函数的返回值类型。用于表示当前这个Python的函数返回的类型对应到Spark SQL的数据类型
		udf对象: 返回值对象，是一个UDF对象。仅能用在DSL中使用
	
	注册方式三: 语法糖写法  @F.pandas_udf(returnType=返回值Spark SQL的数据类型)  放置到对应Python的函数上面
		说明: 实际是方式一的扩展。仅能用在DSL中使用
	
第三步: 在Spark SQL的 DSL/ SQL 中进行使用即可

自定义UDF函数

自定义Python函数的要求：SeriesToSeries

表示：第一步中创建自定义Python函数的时候，输入参数的类型和返回值类型必须都是Pandas中的Series类型
需求：完成a列和b列的求和计算操作

from pyspark import SparkConf, SparkContext
import os
from pyspark.sql import SparkSession
import pandas as pd
import pyspark.sql.functions as F

# 绑定指定的Python解释器
from pyspark.sql.types import IntegerType

os.environ['SPARK_HOME'] = '/export/server/spark'
os.environ['PYSPARK_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'
os.environ['PYSPARK_DRIVER_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'

if __name__ == '__main__':
    # 1- 创建SparkSession对象
    spark = SparkSession.builder
        .appName('pandas_udf')
        .master('local[*]')
        .getOrCreate()

    # 手动开启Arrow框架
    spark.conf.set('spark.sql.execution.arrow.pyspark.enabled', True)

    # 2- 数据输入
    init_df = spark.createDataFrame(
        data=[(1,2),(2,3),(3,4)],
        schema='num1 int,num2 int'
    )

    init_df.createTempView('tmp')

    # 3- 数据处理
    # 3.1- 自定义Python函数
    """
        1- num1:pd.Series用来限定输入的参数类型是Pandas中的Series对象
        2-  -> pd.Series用来限定返回值类型是Pandas中的Series对象
    """
    def my_sum(num1:pd.Series, num2:pd.Series) -> pd.Series:
        return num1+num2

    # 3.2- 注册进SparkSQL。注册方式一
    dsl_my_sum = spark.udf.register('sql_my_sum',my_sum)

    # 3.3- 使用
    # SQL
    spark.sql("""
        select
            num1,num2,
            sql_my_sum(num1,num2) as result
        from tmp
    """).show()

    # DSL
    init_df.select(
        "num1",
        "num2",
        dsl_my_sum("num1", "num2").alias("result")
    ).show()


    # 注册方式二
    dsl2_my_sum = F.pandas_udf(my_sum,IntegerType())

    # DSL
    init_df.select(
        "num1",
        "num2",
        dsl2_my_sum("num1", "num2").alias("result")
    ).show()

    # 注册方式三
    @F.pandas_udf(IntegerType())
    def my_sum_candy(num1:pd.Series, num2:pd.Series) -> pd.Series:
        return num1+num2

    # DSL
    init_df.select(
        "num1",
        "num2",
        my_sum_candy("num1", "num2").alias("result")
    ).show()

    # 4- 数据输出
    # 5- 释放资源
    spark.stop()

运行结果截图：
在这里插入图片描述

自定义UDAF函数

自定义Python函数的要求：Series To 标量

表示：自定义函数的输入数据类型是Pandas中的Series对象，返回值数据类型是标量数据类型。也就是Python中的数据类型，例如：int、float、bool、list…
需求：对某一列数据计算平均值的操作

from pyspark import SparkConf, SparkContext
import os
from pyspark.sql import SparkSession
import pandas as pd
import pyspark.sql.functions as F

# 绑定指定的Python解释器
from pyspark.sql.types import IntegerType, FloatType

os.environ['SPARK_HOME'] = '/export/server/spark'
os.environ['PYSPARK_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'
os.environ['PYSPARK_DRIVER_PYTHON'] = '/root/anaconda3/bin/python3'

if __name__ == '__main__':
    # 1- 创建SparkSession对象
    spark = SparkSession.builder
        .appName('pandas_udaf')
        .master('local[*]')
        .getOrCreate()

    # 手动开启Arrow框架
    spark.conf.set('spark.sql.execution.arrow.pyspark.enabled', True)

    # 2- 数据输入
    init_df = spark.createDataFrame(
        data=[(1,2),(2,3),(3,3)],
        schema='num1 int,num2 int'
    )

    init_df.createTempView('tmp')

    # 3- 数据处理
    # 3.1- 自定义Python函数
    """
        UDAF对自定义Python函数的要求：输入数据的类型必须是Pandas中的Series对象，返回值类型必须是Python中的标量数据类型
    """
    @F.pandas_udf(returnType=FloatType())
    def my_avg(num2_col:pd.Series) -> float:
        print(type(num2_col))
        print(num2_col)
        # 计算平均值
        return num2_col.mean()

    # 3.2- 注册进SparkSQL。注册方式一
    dsl_my_avg = spark.udf.register('sql_my_avg',my_avg)

    # 3.3- 使用
    # SQL
    spark.sql("""
        select
            sql_my_avg(num2) as result
        from tmp
    """).show()

    # DSL
    init_df.select(dsl_my_avg("num2").alias("result")).show()

    # 4- 数据输出
    # 5- 释放资源
    spark.stop()