Spark入门（1-2）Spark的特点、生态系统和技术架构

一、Spark的特点

Spark特性

Spark通过在数据处理过程中成本更低的洗牌（Shuffle）方式，将MapReduce提升到一个更高的层次。利用内存数据存储和接近实时的处理能力，Spark比其他的大数据处理技术的性能要快很多倍。

Spark还支持大数据查询的延迟计算，这可以帮助优化大数据处理流程中的处理步骤。Spark还提供高级的API以提升开发者的生产力，除此之外还为大数据解决方案提供一致的体系架构模型。

Spark将中间结果保存在内存中而不是将其写入磁盘，当需要多次处理同一数据集时，这一点特别实用。Spark的设计初衷就是既可以在内存中又可以在磁盘上工作的执行引擎。当内存中的数据不适用时，Spark操作符就会执行外部操作。Spark可以用于处理大于集群内存容量总和的数据集。

Spark会尝试在内存中存储尽可能多的数据然后将其写入磁盘。它可以将某个数据集的一部分存入内存而剩余部分存入磁盘。开发者需要根据数据和用例评估对内存的需求。Spark的性能优势得益于这种内存中的数据存储。

Spark的其他特性包括：

• 支持比Map和Reduce更多的函数。
• 优化任意操作算子图（operator graphs）。
• 可以帮助优化整体数据处理流程的大数据查询的延迟计算。
• 提供简明、一致的Scala，Java和Python API。
• 提供交互式Scala和Python Shell。目前暂不支持Java。

Spark是用Scala程序设计语言编写而成，运行于Java虚拟机（JVM）环境之上。目前支持如下程序设计语言编写Spark应用：

• Scala
• Java
• Python
• Clojure
• R

二、Spark生态系统

除了Spark核心API之外，Spark生态系统中还包括其他附加库，可以在大数据分析和机器学习领域提供更多的能力。

这些库包括：

• Spark Streaming:
  • Spark Streaming基于微批量方式的计算和处理，可以用于处理实时的流数据。它使用DStream，简单来说就是一个弹性分布式数据集（RDD）系列，处理实时数据。
• Spark SQL:
  • Spark SQL可以通过JDBC API将Spark数据集暴露出去，而且还可以用传统的BI和可视化工具在Spark数据上执行类似SQL的查询。用户还可以用Spark SQL对不同格式的数据（如JSON，Parquet以及数据库等）执行ETL，将其转化，然后暴露给特定的查询。
• Spark MLlib:
  • MLlib是一个可扩展的Spark机器学习库，由通用的学习算法和工具组成，包括二元分类、线性回归、聚类、协同过滤、梯度下降以及底层优化原语。
• Spark GraphX:
  • GraphX是用于图计算和并行图计算的新的（alpha）Spark API。通过引入弹性分布式属性图（Resilient Distributed Property Graph），一种顶点和边都带有属性的有向多重图，扩展了Spark RDD。为了支持图计算，GraphX暴露了一个基础操作符集合（如subgraph，joinVertices和aggregateMessages）和一个经过优化的Pregel API变体。此外，GraphX还包括一个持续增长的用于简化图分析任务的图算法和构建器集合。

除了这些库以外，还有一些其他的库，如BlinkDB和Tachyon。

BlinkDB是一个近似查询引擎，用于在海量数据上执行交互式SQL查询。BlinkDB可以通过牺牲数据精度来提升查询响应时间。通过在数据样本上执行查询并展示包含有意义的错误线注解的结果，操作大数据集合。

Tachyon是一个以内存为中心的分布式文件系统，能够提供内存级别速度的跨集群框架（如Spark和MapReduce）的可信文件共享。它将工作集文件缓存在内存中，从而避免到磁盘中加载需要经常读取的数据集。通过这一机制，不同的作业/查询和框架可以以内存级的速度访问缓存的文件。
此外，还有一些用于与其他产品集成的适配器，如Cassandra（Spark Cassandra 连接器）和R（SparkR）。Cassandra Connector可用于访问存储在Cassandra数据库中的数据并在这些数据上执行数据分析。

下图展示了在Spark生态系统中，这些不同的库之间的相互关联。

三、Spark的体系架构

Spark体系架构包括如下三个主要组件：

• 数据存储
• API
• 管理框架

接下来让我们详细了解一下这些组件。

数据存储：

Spark用HDFS文件系统存储数据。它可用于存储任何兼容于Hadoop的数据源，包括HDFS，HBase，Cassandra等。

API：

利用API，应用开发者可以用标准的API接口创建基于Spark的应用。Spark提供Scala，Java和Python三种程序设计语言的API。

下面是三种语言Spark API的网站链接。

• Scala API
• Java
• Python

资源管理：

Spark既可以部署在一个单独的服务器也可以部署在像Mesos或YARN这样的分布式计算框架之上。

下图2展示了Spark体系架构模型中的各个组件。