大数据分析与应用实验任务十

大数据分析与应用实验任务十

实验目的：

• 通过实验掌握spark SQL的基本编程方法；

• 熟悉RDD到DataFrame的转化方法；

• 通过实验熟悉spark SQL管理不同数据源的方法。

实验任务：

进入pyspark实验环境，在桌面环境打开jupyter notebook，或者打开命令行窗口，输入pyspark，完成下列任务：

实验一、参考教材5.3-5.6节各个例程编写代码，逐行理解并运行。

1. DataFrame 的创建

在编写独立应用程序时，可以通过如下语句创建一个 SparkSession 对象：

from pyspark import SparkContext,SparkConf 
from pyspark.sql import SparkSession 
sparklzy = SparkSession.builder.config(conf = SparkConf()).getOrCreate()

读取在"/usr/local/spark/examples/src/main/resources/"目录下的样例数据 people.json

dfluozhongye = spark.read.json("file:///usr/local/spark/examples/src/main/resources/people.json")
dfluozhongye.show()

2. DataFrame 的保存

peopleDFlzy = spark.read.format("json").load("file:///usr/local/spark/examples/src/main/resources/people.json") 

peopleDFlzy.select("name", "age").write.format("json").save("file:///root/Desktop/luozhongye/newpeople.json")

peopleDFlzy.select("name").write.format("text").save("file:///root/Desktop/luozhongye/newpeople.txt")

如果要再次读取 newpeople.json 中的数据生成 DataFrame，可以直接使用 newpeople.json 目录名称，而不需要使用 part-00000-3db90180-ec7c-4291-ad05-df8e45c77f4d.json 文件（当然，使用这个文件也可以），代码如下：

peopleDFlzy = spark.read.format("json").load("file:///root/Desktop/luozhongye/newpeople.json") 
peopleDFlzy.show()

3. DataFrame 的常用操作

创建好DataFrame以后，可以执行一些常用的DataFrame操作，包括printSchema()、select()、filter()、groupBy()和 sort()等。在执行这些操作之前，先创建一个 DataFrame：

dflzy=spark.read.json("file:///usr/local/spark/examples/src/main/resources/people.json")

(1) printSchema()

可以使用 printSchema()操作打印出 DataFrame 的模式（Schema）信息

dflzy.printSchema()

(2) select()

select()操作的功能是从 DataFrame 中选取部分列的数据。

# select()操作选取了 name和 age 这两个列，并且把 age 这个列的值增加 1。
dflzy.select(dflzy['name'],dflzy['age']+1,).show()

(3) filter()

filter()操作可以实现条件查询，找到满足条件要求的记录。

# 用于查询所有 age 字段的值大于 20 的记录。
dflzy.filter(dflzy["age"]>20)

(4) groupBy()

groupBy()操作用于对记录进行分组。

# 根据 age 字段进行分组，并对每个分组中包含的记录数量进行统计
dflzy.groupBy("age").count().show()

(5) sort()

sort()操作用于对记录进行排序。

# 表示根据 age 字段进行降序排序；
dflzy.sort(dflzy["age"].desc()).show()
# 表示根据 age 字段进行降序排序，当 age 字段的值相同时，再根据 name 字段的值进行升序排序
dflzy.sort(dflzy["age"].desc(),dflzy["name"].asc()).show()

4. 从 RDD 转换得到 DataFrame

(1) 利用反射机制推断 RDD 模式

把 "/usr/local/spark/examples/src/main/resources/"目录下的people.txt 加载到内存中生成一个 DataFrame，并查询其中的数据。完整的代码及其执行过程如下：

from pyspark.sql import Row

people = spark.sparkContext.textFile("file:///usr/local/spark/examples/src/main/resources/people.txt").map(lambda line: line.split(",")).map(lambda p: Row(name=p[0], age=int(p[1])))
schemaPeople = spark.createDataFrame(people)
# 必须注册为临时表才能供下面的查询使用
schemaPeople.createOrReplaceTempView("people")
personsDF = spark.sql("select name,age from people where age > 20")
# DataFrame 中的每个元素都是一行记录，包含 name 和 age 两个字段，分别用 p.name 和 p.age 来获取值
personsRDD = personsDF.rdd.map(lambda p: "Name: " + p.name + "," + "Age: " + str(p.age))
personsRDD.foreach(print)

(2）使用编程方式定义 RDD 模式

利用 Spark SQL 查询 people.txt

from pyspark.sql.types import *
from pyspark.sql import Row

# 下面生成"表头"
schemaString = "name age"
fields = [StructField(field_name, StringType(), True) for field_name in
          schemaString.split(" ")]
schema = StructType(fields)
# 下面生成"表中的记录
lines = spark.sparkContext.textFile("file:///usr/local/spark/examples/src/main/resources/people.txt")
parts = lines.map(lambda x: x.split(","))
people = parts.map(lambda p: Row(p[0], p[1].strip()))
# 下面把"表头"和"表中的记录"拼装在一起
schemaPeople = spark.createDataFrame(people, schema)
# 注册一个临时表供后面的查询使用
schemaPeople.createOrReplaceTempView("people")
results = spark.sql("SELECT name,age FROM people")
results.show()

实验二、完成p113页实验内容第1题（spark SQL基本操作），另注意自行修改题目中的数据。

1. Spark SQL 基本操作

将下列 JSON 格式数据复制到 Linux 系统中，并保存命名为 employee.json。

{ "id":1 , "name":" Ella" , "age":36 } 
{ "id":2, "name":"Bob","age":29 } 
{ "id":3 , "name":"Jack","age":29 } 
{ "id":4 , "name":"Jim","age":28 } 
{ "id":4 , "name":"Jim","age":28 } 
{ "id":5 , "name":"Damon" } 
{ "id":5 , "name":"Damon" }
{ "id":6 , "name":"罗忠烨" }

为 employee.json 创建 DataFrame，并编写 Python 语句完成下列操作：

from pyspark.sql import SparkSession

# 创建 SparkSession
spark = SparkSession.builder.appName("SparkSQLBasicOperations").getOrCreate()

# 读取 JSON 文件并创建 DataFrame
employee_dflzy = spark.read.json("/root/Desktop/luozhongye/employee.json")

（1）查询所有数据；

employee_dflzy.show()

（2）查询所有数据，并去除重复的数据；

employee_dflzy.dropDuplicates().show()

（3）查询所有数据，打印时去除 id 字段；

employee_dflzy.select("name", "age").show()

（4）筛选出 age>30 的记录；

employee_dflzy.filter(employee_dflzy["age"] > 30).show()

（5）将数据按 age 分组；

employee_dflzy.groupBy("age").count().show()

（6）将数据按 name 升序排列；

employee_dflzy.orderBy("name").show()

（7）取出前 3 行数据；

employee_dflzy.limit(3).show()

（8）查询所有记录的 name 列，并为其取别名为 username；

employee_dflzy.select("name").withColumnRenamed("name", "username").show()

（9）查询年龄 age 的平均值；

employee_dflzy.agg({"age": "avg"}).show()

（10）查询年龄 age 的最小值。

employee_dflzy.agg({"age": "min"}).show()

（11）停止 SparkSession

spark.stop()

2. 编程实现将 RDD 转换为 DataFrame

源文件employee.txt内容如下（包含 id,name,age）：

1,Ella,36 
2,Bob,29 
3,Jack,29

实现从 RDD 转换得到 DataFrame，并按"id:1,name:Ella,age:36"的格式打印出 DataFrame 的所有数据。请写出程序代码。

from pyspark.sql import SparkSession
from pyspark.sql.types import StructType, StructField, StringType, IntegerType

# 创建 SparkSession
spark = SparkSession.builder.appName("RDDtoDataFrame").getOrCreate()

# 读取文本文件并创建 RDD
rdd = spark.sparkContext.textFile("/root/Desktop/luozhongye/employee.txt")

# 定义数据模式
schema = StructType([
    StructField("id", IntegerType(), True),
    StructField("name", StringType(), True),
    StructField("age", IntegerType(), True)
])

# 将 RDD 转换为 DataFrame
employee_df = rdd.map(lambda line: line.split(",")).map(lambda x: (int(x[0]), x[1], int(x[2]))).toDF(schema=schema)

# 打印 DataFrame 的所有数据
employee_df.show(truncate=False)

# 停止 SparkSession
spark.stop()

3. 编程实现利用 DataFrame 读写 MySQL 的数据

（1）在 MySQL 数据库中新建数据库 sparktest，再创建表 employee, 包含下表 所示的两行数据。

id	name	gender	age
1	Alice	F	22
2	John	M	25

-- 创建数据库
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS sparktest;

-- 切换到 sparktest 数据库
USE sparktest;

-- 创建 employee 表
CREATE TABLE IF NOT EXISTS employee (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    gender CHAR(1),
    age INT
);

-- 插入数据
INSERT INTO employee VALUES (1, 'Alice', 'F', 22), (2, 'John', 'M', 25);

（2）配置 Spark 通过 JDBC 连接数据库 MySQL，编程实现利用 DataFrame 插入表 5-3 所示的两行数据到 MySQL 中，最后打印出 age 的最大值和 age 的总和。

id	name	gender	age
3	Mary	F	26
4	Tom	M	23

from pyspark.sql import SparkSession
from pyspark.sql import DataFrame

# 创建 SparkSession
#"/path/to/mysql-connector-java-x.x.xx.jar"：实际的 MySQL Connector/J JAR 文件路径。
spark = SparkSession.builder.appName("MySQLDataFrame").config(
	"spark.jars", "/path/to/mysql-connector-java-x.x.xx.jar" 
).getOrCreate()

# 读取数据到 DataFrame
employee_data = [(3, 'Mary', 'F', 26), (4, 'Tom', 'M', 23)]
columns = ["id", "name", "gender", "age"]
new_data_df = spark.createDataFrame(employee_data, columns)

# 配置 MySQL 连接信息
mysql_url = "jdbc:mysql://localhost:3306/sparktest"
mysql_properties = {
	"user": "your_username",# 实际的 MySQL 用户名
	"password": "your_password",# 实际的 MySQL 密码
	"driver": "com.mysql.cj.jdbc.Driver"
}

# 将数据写入 MySQL 表
new_data_df.write.jdbc(url=mysql_url, table="employee", mode="append", properties=mysql_properties)

# 从 MySQL 中读取数据到 DataFrame
employee_df = spark.read.jdbc(url=mysql_url, table="employee", properties=mysql_properties)

# 打印 DataFrame 的所有数据
employee_df.show()

# 打印 age 的最大值和总和
employee_df.agg({"age": "max", "age": "sum"}).show()

# 停止 SparkSession
spark.stop()

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