【Spark学习笔记】 Scala DataFrame操作大全

1、创建DataFrame
本文所使用的DataFrame是通过读取mysql数据库获得的，代码如下:

val spark = SparkSession
      .builder()
      .appName("Spark SQL basic example")
      .enableHiveSupport()
      //.config("spark.some.config.option", "some-value")
      .getOrCreate()
    import spark.implicits._
    val url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test"
    val df = spark.read
      .format("jdbc")
      .option("url", url)
      .option("dbtable", "pivot")
      .option("user", "root")
      .option("password", "admin")
      .load()

2、DataFrame基本动作运算
2.1 show展示数据
可以用show() 方法来展示数据，show有以下几种不同的使用方式：

show()：显示所有数据
show(n) ：显示前n条数据
show(true): 最多显示20个字符，默认为true
show(false): 去除最多显示20个字符的限制
show(n, true）：显示前n条并最多显示20个自负

代码为：

df.show()
df.show(3)
df.show(true)
df.show(false)
df.show(3,true)

上面的输出为：

+---+----+----+--------------------+
| id|user|type|           visittime|
+---+----+----+--------------------+
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|
|  4|   2| 助手1|2017-08-07 13:44:...|
|  5|   3|APP1|2017-08-02 13:44:...|
|  6|   3|APP1|2017-08-01 13:44:...|
|  7|   3| 助手2|2017-08-14 13:44:...|
|  8|   3|APP2|2017-08-03 13:44:...|
|  9|   2|APP2|2017-08-11 13:44:...|
| 10|   2| 助手1|2017-07-14 13:44:...|
| 11|   1|APP1|2017-07-15 13:45:...|
| 12|   1| 助手2|2017-07-07 13:45:...|
+---+----+----+--------------------+

+---+----+----+--------------------+
| id|user|type|           visittime|
+---+----+----+--------------------+
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|
+---+----+----+--------------------+
only showing top 3 rows

+---+----+----+--------------------+
| id|user|type|           visittime|
+---+----+----+--------------------+
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|
|  4|   2| 助手1|2017-08-07 13:44:...|
|  5|   3|APP1|2017-08-02 13:44:...|
|  6|   3|APP1|2017-08-01 13:44:...|
|  7|   3| 助手2|2017-08-14 13:44:...|
|  8|   3|APP2|2017-08-03 13:44:...|
|  9|   2|APP2|2017-08-11 13:44:...|
| 10|   2| 助手1|2017-07-14 13:44:...|
| 11|   1|APP1|2017-07-15 13:45:...|
| 12|   1| 助手2|2017-07-07 13:45:...|
+---+----+----+--------------------+

+---+----+----+---------------------+
|id |user|type|visittime            |
+---+----+----+---------------------+
|1  |1   |助手1 |2017-08-10 13:44:19.0|
|2  |1   |APP1|2017-08-04 13:44:26.0|
|3  |2   |助手1 |2017-08-05 13:44:29.0|
|4  |2   |助手1 |2017-08-07 13:44:32.0|
|5  |3   |APP1|2017-08-02 13:44:38.0|
|6  |3   |APP1|2017-08-01 13:44:41.0|
|7  |3   |助手2 |2017-08-14 13:44:48.0|
|8  |3   |APP2|2017-08-03 13:44:45.0|
|9  |2   |APP2|2017-08-11 13:44:53.0|
|10 |2   |助手1 |2017-07-14 13:44:57.0|
|11 |1   |APP1|2017-07-15 13:45:03.0|
|12 |1   |助手2 |2017-07-07 13:45:08.0|
+---+----+----+---------------------+

+---+----+----+--------------------+
| id|user|type|           visittime|
+---+----+----+--------------------+
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|
+---+----+----+--------------------+
only showing top 3 rows

2.2 collect获取所有数据到数组
不同于前面的show方法，这里的collect方法会将df中的所有数据都获取到，并返回一个Array对象。

df.collect().foreach(println)

输出为：

[1,1,助手1,2017-08-10 13:44:19.0]
[2,1,APP1,2017-08-04 13:44:26.0]
[3,2,助手1,2017-08-05 13:44:29.0]
[4,2,助手1,2017-08-07 13:44:32.0]
[5,3,APP1,2017-08-02 13:44:38.0]
[6,3,APP1,2017-08-01 13:44:41.0]
[7,3,助手2,2017-08-14 13:44:48.0]
[8,3,APP2,2017-08-03 13:44:45.0]
[9,2,APP2,2017-08-11 13:44:53.0]
[10,2,助手1,2017-07-14 13:44:57.0]
[11,1,APP1,2017-07-15 13:45:03.0]
[12,1,助手2,2017-07-07 13:45:08.0]

2.3. collectAsList：获取所有数据到List
功能和collect类似，只不过将返回结构变成了List对象，使用方法如下:

println(df.collectAsList())

输出为：

[[1,1,助手1,2017-08-10 13:44:19.0], [2,1,APP1,2017-08-04 13:44:26.0], [3,2,助手1,2017-08-05 13:44:29.0], [4,2,助手1,2017-08-07 13:44:32.0], [5,3,APP1,2017-08-02 13:44:38.0], [6,3,APP1,2017-08-01 13:44:41.0], [7,3,助手2,2017-08-14 13:44:48.0], [8,3,APP2,2017-08-03 13:44:45.0], [9,2,APP2,2017-08-11 13:44:53.0], [10,2,助手1,2017-07-14 13:44:57.0], [11,1,APP1,2017-07-15 13:45:03.0], [12,1,助手2,2017-07-07 13:45:08.0]]

2.4. describe(cols: String*)：获取指定字段的统计信息
这个方法可以动态的传入一个或多个String类型的字段名，结果仍然为DataFrame对象，用于统计数值类型字段的统计值，比如count, mean, stddev, min, max等。

df .describe("user" ).show()

输出为:

+-------+------------------+
|summary|              user|
+-------+------------------+
|  count|                12|
|   mean|               2.0|
| stddev|0.8528028654224418|
|    min|                 1|
|    max|                 3|
+-------+------------------+

2.5. first, head, take, takeAsList：获取若干行记录
这里列出的四个方法比较类似，其中
（1）first获取第一行记录
（2）head获取第一行记录，head(n: Int)获取前n行记录
（3）take(n: Int)获取前n行数据
（4）takeAsList(n: Int)获取前n行数据，并以List的形式展现
以Row或者Array[Row]的形式返回一行或多行数据。first和head功能相同。
take和takeAsList方法会将获得到的数据返回到Driver端，所以，使用这两个方法时需要注意数据量，以免Driver发生OutOfMemoryError

3、单个DataFrame操作
3.1 使用where筛选条件
where(conditionExpr: String)：SQL语言中where关键字后的条件，传入筛选条件表达式，可以用and和or。得到DataFrame类型的返回结果，比如我们想得到用户1或者使用助手1的操作记录：

df.where("user=1 or type ='助手1'").show()

输出为

+---+----+----+--------------------+
| id|user|type|           visittime|
+---+----+----+--------------------+
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|
|  4|   2| 助手1|2017-08-07 13:44:...|
| 10|   2| 助手1|2017-07-14 13:44:...|
| 11|   1|APP1|2017-07-15 13:45:...|
| 12|   1| 助手2|2017-07-07 13:45:...|
+---+----+----+--------------------+

3.2 filter：根据字段进行筛选
传入筛选条件表达式，得到DataFrame类型的返回结果。和where使用条件相同，比如我们想得到用户1或者使用助手1的操作记录：

df.filter("user=1 or type ='助手1'").show()

结果和上面相同:

+---+----+----+--------------------+
| id|user|type|           visittime|
+---+----+----+--------------------+
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|
|  4|   2| 助手1|2017-08-07 13:44:...|
| 10|   2| 助手1|2017-07-14 13:44:...|
| 11|   1|APP1|2017-07-15 13:45:...|
| 12|   1| 助手2|2017-07-07 13:45:...|
+---+----+----+--------------------+

3.3 select：获取指定字段值
根据传入的String类型字段名，获取指定字段的值，以DataFrame类型返回,比如我们想要查找user和type两列：

df.select("user","type").show()

结果为：

+----+----+
|user|type|
+----+----+
|   1| 助手1|
|   1|APP1|
|   2| 助手1|
|   2| 助手1|
|   3|APP1|
|   3|APP1|
|   3| 助手2|
|   3|APP2|
|   2|APP2|
|   2| 助手1|
|   1|APP1|
|   1| 助手2|
+----+----+

还有一个重载的select方法，不是传入String类型参数，而是传入Column类型参数,Column类型即DataFrame中的一列。可以实现select id, id+1 from pivot这种逻辑。

df.select(df("user"),df("user")+1).show()

输出为

+----+----------+
|user|(user + 1)|
+----+----------+
|   1|       2.0|
|   1|       2.0|
|   2|       3.0|
|   2|       3.0|
|   3|       4.0|
|   3|       4.0|
|   3|       4.0|
|   3|       4.0|
|   2|       3.0|
|   2|       3.0|
|   1|       2.0|
|   1|       2.0|
+----+----------+

3.4selectExpr：可以对指定字段进行特殊处理
可以直接对指定字段调用UDF函数，或者指定别名等。传入String类型参数，得到DataFrame对象。比如，将type字段重新命名为visittype，同时截取visittime的date：

df.selectExpr("user","type as visittype","to_date(visittime)").show()

输出为：

+----+---------+--------------------------------+
|user|visittype|to_date(CAST(visittime AS DATE))|
+----+---------+--------------------------------+
|   1|      助手1|                      2017-08-10|
|   1|     APP1|                      2017-08-04|
|   2|      助手1|                      2017-08-05|
|   2|      助手1|                      2017-08-07|
|   3|     APP1|                      2017-08-02|
|   3|     APP1|                      2017-08-01|
|   3|      助手2|                      2017-08-14|
|   3|     APP2|                      2017-08-03|
|   2|     APP2|                      2017-08-11|
|   2|      助手1|                      2017-07-14|
|   1|     APP1|                      2017-07-15|
|   1|      助手2|                      2017-07-07|
+----+---------+--------------------------------+

3.5 col／apply：获取指定字段
只能获取一个字段，返回对象为Column类型。示例略

3.6 drop：去除指定字段，保留其他字段
返回一个新的DataFrame对象，其中不包含去除的字段，一次只能去除一个字段。比如我们去除type字段：

df.drop("type").show()

输出为：

+---+----+--------------------+
| id|user|           visittime|
+---+----+--------------------+
|  1|   1|2017-08-10 13:44:...|
|  2|   1|2017-08-04 13:44:...|
|  3|   2|2017-08-05 13:44:...|
|  4|   2|2017-08-07 13:44:...|
|  5|   3|2017-08-02 13:44:...|
|  6|   3|2017-08-01 13:44:...|
|  7|   3|2017-08-14 13:44:...|
|  8|   3|2017-08-03 13:44:...|
|  9|   2|2017-08-11 13:44:...|
| 10|   2|2017-07-14 13:44:...|
| 11|   1|2017-07-15 13:45:...|
| 12|   1|2017-07-07 13:45:...|
+---+----+--------------------+

3.7 limit
limit方法获取指定DataFrame的前n行记录，得到一个新的DataFrame对象。和take与head不同的是，limit方法不是Action操作。比如获得前3条记录：

df.limit(3).show()

输出为

+---+----+----+--------------------+
| id|user|type|           visittime|
+---+----+----+--------------------+
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|
+---+----+----+--------------------+

3.8 orderBy和sort
orderBy和sort：按指定字段排序，默认为升序，例如，按照时间字段进行排序:

df.orderBy("visittime").show(false)

输出为：

+---+----+----+---------------------+
|id |user|type|visittime            |
+---+----+----+---------------------+
|12 |1   |助手2 |2017-07-07 13:45:08.0|
|10 |2   |助手1 |2017-07-14 13:44:57.0|
|11 |1   |APP1|2017-07-15 13:45:03.0|
|6  |3   |APP1|2017-08-01 13:44:41.0|
|5  |3   |APP1|2017-08-02 13:44:38.0|
|8  |3   |APP2|2017-08-03 13:44:45.0|
|2  |1   |APP1|2017-08-04 13:44:26.0|
|3  |2   |助手1 |2017-08-05 13:44:29.0|
|4  |2   |助手1 |2017-08-07 13:44:32.0|
|1  |1   |助手1 |2017-08-10 13:44:19.0|
|9  |2   |APP2|2017-08-11 13:44:53.0|
|7  |3   |助手2 |2017-08-14 13:44:48.0|
+---+----+----+---------------------+

如果想要降序排序，可以使用如下的方法：

df.orderBy(df("visittime").desc).show(false)

输出为：

+---+----+----+---------------------+
|id |user|type|visittime            |
+---+----+----+---------------------+
|7  |3   |助手2 |2017-08-14 13:44:48.0|
|9  |2   |APP2|2017-08-11 13:44:53.0|
|1  |1   |助手1 |2017-08-10 13:44:19.0|
|4  |2   |助手1 |2017-08-07 13:44:32.0|
|3  |2   |助手1 |2017-08-05 13:44:29.0|
|2  |1   |APP1|2017-08-04 13:44:26.0|
|8  |3   |APP2|2017-08-03 13:44:45.0|
|5  |3   |APP1|2017-08-02 13:44:38.0|
|6  |3   |APP1|2017-08-01 13:44:41.0|
|11 |1   |APP1|2017-07-15 13:45:03.0|
|10 |2   |助手1 |2017-07-14 13:44:57.0|
|12 |1   |助手2 |2017-07-07 13:45:08.0|
+---+----+----+---------------------+

3.9 group by数据分组
groupBy方法有两种调用方式，可以传入String类型的字段名，也可传入Column类型的对象。
使用方法如下：

df.groupBy("user")
df.groupBy(df("user"))
groupBy方法之后得到的是GroupedData类型对象，不能直接接show方法来展示DataFrame，还需要跟一些分组统计函数，常用的统计函数有：
max(colNames: String)方法，获取分组中指定字段或者所有的数字类型字段的最大值，只能作用于数字型字段
min(colNames: String)方法，获取分组中指定字段或者所有的数字类型字段的最小值，只能作用于数字型字段
mean(colNames: String)方法，获取分组中指定字段或者所有的数字类型字段的平均值，只能作用于数字型字段
sum(colNames: String)方法，获取分组中指定字段或者所有的数字类型字段的和值，只能作用于数字型字段
count()方法，获取分组中的元素个数

例如下面的例子:

df.groupBy("user").max("id").show()
df.groupBy(df("user")).max("id").show()·

输出为：

+----+-------+
|user|max(id)|
+----+-------+
|   3|      8|
|   1|     12|
|   2|     10|
+----+-------+

我们还经常想要实现一个类似excel数据透视表的功能，这里就需要用到pivot函数，比如要统计每个用户通过各种渠道下单的次数：

df.groupBy(df("user")).pivot("type").count().show()

输出为：

+----+----+----+----+----+
|user|APP1|APP2| 助手1| 助手2|
+----+----+----+----+----+
|   3|   2|   1|null|   1|
|   1|   2|null|   1|   1|
|   2|null|   1|   3|null|
+----+----+----+----+----+

3.10 distinct数据去重
使用distinct：返回当前DataFrame中不重复的Row记录。该方法和接下来的dropDuplicates()方法不传入指定字段时的结果相同。

3.11 dropDuplicates：根据指定字段去重
跟distinct方法不同的是，此方法可以根据指定字段去重。例如我们想要去掉相同用户通过相同渠道下单的数据：

df.dropDuplicates("user","type").show()

输出为：

+---+----+----+--------------------+
| id|user|type|           visittime|
+---+----+----+--------------------+
|  8|   3|APP2|2017-08-03 13:44:...|
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|
|  7|   3| 助手2|2017-08-14 13:44:...|
| 12|   1| 助手2|2017-07-07 13:45:...|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|
|  5|   3|APP1|2017-08-02 13:44:...|
|  9|   2|APP2|2017-08-11 13:44:...|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|
+---+----+----+--------------------+

3.11 agg方法实现聚合操作
聚合操作调用的是agg方法，该方法有多种调用方式。一般与groupBy方法配合使用。
比如我们查找最大的id，并把所有的user值相加，这里只是为了演示代码的作用：

df.agg("id"->"max","user"->"sum").show()

输出为:

+-------+---------+
|max(id)|sum(user)|
+-------+---------+
|     12|     24.0|
+-------+---------+

3.12 withColumn添加新的一列
我们可以使用withColumn方法为DataFrame添加新的一列，这个方法指定两个参数，一个是列名，一个是值，值需要是Column对象：

df.withColumn("sex",df("user")%2).show()

输出为

+---+----+----+--------------------+---+
| id|user|type|           visittime|sex|
+---+----+----+--------------------+---+
|  1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|1.0|
|  2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|1.0|
|  3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|0.0|
|  4|   2| 助手1|2017-08-07 13:44:...|0.0|
|  5|   3|APP1|2017-08-02 13:44:...|1.0|
|  6|   3|APP1|2017-08-01 13:44:...|1.0|
|  7|   3| 助手2|2017-08-14 13:44:...|1.0|
|  8|   3|APP2|2017-08-03 13:44:...|1.0|
|  9|   2|APP2|2017-08-11 13:44:...|0.0|
| 10|   2| 助手1|2017-07-14 13:44:...|0.0|
| 11|   1|APP1|2017-07-15 13:45:...|1.0|
| 12|   1| 助手2|2017-07-07 13:45:...|1.0|
+---+----+----+--------------------+---+

4、两个DataFrame操作
首先，我们先来创建一个用户性别表，并读入新的DataFrame中。

val df2 = spark.read
      .format("jdbc")
      .option("url", url)
      .option("dbtable", "user")
      .option("user", "root")
      .option("password", "admin")
      .load()

df2.show()
+----+---+
|user|sex|
+----+---+
|   1|  男|
|   2|  女|
|   5|  男|
+----+---+

4.1 join链接
首先，我们可以通过join函数实现两个DataFrame的链接操作，并要指定链接字段：

df.join(df2,"user").show()

输出为：

+----+---+----+--------------------+---+
|user| id|type|           visittime|sex|
+----+---+----+--------------------+---+
|   1|  1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|  男|
|   1|  2|APP1|2017-08-04 13:44:...|  男|
|   1| 11|APP1|2017-07-15 13:45:...|  男|
|   1| 12| 助手2|2017-07-07 13:45:...|  男|
|   2|  3| 助手1|2017-08-05 13:44:...|  女|
|   2|  4| 助手1|2017-08-07 13:44:...|  女|
|   2|  9|APP2|2017-08-11 13:44:...|  女|
|   2| 10| 助手1|2017-07-14 13:44:...|  女|
+----+---+----+--------------------+---+

如果我们有多个字段，可以使用：

df.join(df2,Seq("id","user"))
上面两个指定链接字段的形式称为using形式，因为类似于a join b using column1的形式，当然也可以使用Column类型来join，注意是三个等号：

df.join(df2,df("user")===df2("user"))
我们可以看到，默认的链接方式是内链接，当然我们已可以使用其他的方式，通过第三个参数来指定。我们可以指定的类型有inner, outer, left_outer, right_outer, leftsemi类型,不过只有using形式指定两个及以上字段以及使用Column类型来链接的时候可以指定链接方式。

比如下面的方式是错误的:

df.join(df2,"user","outer").show()
比如我们使用外链接：

df.join(df2,df("user")===df2("user"),"outer").show()
结果为：

+----+----+----+--------------------+----+----+
|  id|user|type|           visittime|user| sex|
+----+----+----+--------------------+----+----+
|   1|   1| 助手1|2017-08-10 13:44:...|   1|   男|
|   2|   1|APP1|2017-08-04 13:44:...|   1|   男|
|  11|   1|APP1|2017-07-15 13:45:...|   1|   男|
|  12|   1| 助手2|2017-07-07 13:45:...|   1|   男|
|   5|   3|APP1|2017-08-02 13:44:...|null|null|
|   6|   3|APP1|2017-08-01 13:44:...|null|null|
|   7|   3| 助手2|2017-08-14 13:44:...|null|null|
|   8|   3|APP2|2017-08-03 13:44:...|null|null|
|   3|   2| 助手1|2017-08-05 13:44:...|   2|   女|
|   4|   2| 助手1|2017-08-07 13:44:...|   2|   女|
|   9|   2|APP2|2017-08-11 13:44:...|   2|   女|
|  10|   2| 助手1|2017-07-14 13:44:...|   2|   女|
|null|null|null|                null|   5|   男|
+----+----+----+--------------------+----+----+