Tutorial: carregar e transformar dados usando DataFrames do Apache Spark
Este tutorial mostra como carregar e transformar dados usando a API do DataFrame do Apache Spark no Python (PySpark), a API do DataFrame do Apache Spark no Scala e a API do SparkDataFrame do SparkR no Azure Databricks.
Ao final deste tutorial, você entenderá o que é um DataFrame e estará familiarizado com as tarefas a seguir:
Python
- Definir variáveis e copiar dados públicos em um volume do Catálogo do Unity
- Criar um DataFrame com o Python
- Carregar dados em um DataFrame de um arquivo CSV
- Exibir e interagir com um DataFrame
- Salvar o DataFrame
- Executar consultas SQL no PySpark
Consulte também a referência da API do Apache Spark PySpark.
Scala
- Definir variáveis e copiar dados públicos em um volume do Catálogo do Unity
- Criar um DataFrame com o Scala
- Carregar dados em um DataFrame de um arquivo CSV
- Exibir e interagir com um DataFrame
- Salvar o DataFrame
- Executar consultas SQL no Apache Spark
Consulte também a Referência de API de Scala do Apache Spark.
R
- Definir variáveis e copiar dados públicos em um volume do Catálogo do Unity
- Criar um SparkDataFrames do SparkR
- Carregar dados em um DataFrame de um arquivo CSV
- Exibir e interagir com um DataFrame
- Salvar o DataFrame
- Executar consultas SQL no SparkR
Consulte também a Referência de API do Apache SparkR.
O que é um DataFrame?
Um DataFrame é uma estrutura de dados rotulada bidimensional com colunas de tipos potencialmente diferentes. Considere um DataFrame como uma planilha, uma tabela SQL ou um dicionário de objetos de série. O Apache Spark DataFrame contém um amplo conjunto de funções (selecionar colunas, filtrar, unir, agregar) para resolução de problemas comuns de análise de dados com eficiência.
Os DataFrames do Apache Spark são uma abstração criada com base em RDDs (Conjuntos de dados distribuídos resilientes). O DataFrames do Spark e o SQL do Spark usam um mecanismo unificado de planejamento e otimização, permitindo que você obtenha um desempenho quase idêntico em todos os idiomas com suporte no Azure Databricks (Python, SQL, Scala e R).
Requisitos
Para concluir o tutorial a seguir, você deve atender aos seguintes requisitos:
Para usar os exemplos neste tutorial, seu espaço de trabalho deve ter o Catálogo do Unity habilitado.
Os exemplos neste tutorial usam um volume do Catálogo do Unity para armazenar dados de exemplo. Para usar esses exemplos, crie um volume e use esse catálogo de volumes, esquema e nomes de volume para definir o caminho de volume usado pelos exemplos.
Você deve ter as seguintes permissões no Catálogo do Unity:
READ VOLUME
eWRITE VOLUME
ouALL PRIVILEGES
para o volume usado neste tutorial.USE SCHEMA
ouALL PRIVILEGES
para o esquema usado neste tutorial.USE CATALOG
ouALL PRIVILEGES
para o catálogo usado neste tutorial.
Para definir essas permissões, consulte o administrador do Databricks ou Privilégios e objetos protegidos do Catálogo do Unity.
Etapa 1: definir variáveis e carregar o arquivo CSV
Esta etapa define variáveis para uso neste tutorial e carrega um arquivo CSV que contém dados de nome de bebê de health.data.ny.gov no volume do Catálogo do Unity.
Abra um novo notebook clicando no ícone . Para saber como navegar em notebooks do Azure Databricks, confira Interface e controles de notebook do Databricks.
Copie e cole o código a seguir na nova célula vazia do notebook. Substitua
<catalog-name>
,<schema-name>
e<volume-name>
pelos nomes do catálogo, esquema e volume de um volume do Catálogo do Unity. Substitua<table_name>
por um nome de sua escolha. Você carregará dados de nome de bebê nesta tabela mais adiante neste tutorial.Pressione
Shift+Enter
para executar a célula e criar uma nova célula em branco.Python
catalog = "<catalog_name>" schema = "<schema_name>" volume = "<volume_name>" download_url = "https://health.data.ny.gov/api/views/jxy9-yhdk/rows.csv" file_name = "rows.csv" table_name = "<table_name>" path_volume = "/Volumes/" + catalog + "/" + schema + "/" + volume path_tables = catalog + "." + schema print(path_tables) # Show the complete path print(path_volume) # Show the complete path
Scala
val catalog = "<catalog_name>" val schema = "<schema_name>" val volume = "<volume_name>" val download_url = "https://health.data.ny.gov/api/views/jxy9-yhdk/rows.csv" val file_name = "rows.csv" val table_name = "<table_name>" val path_volume = s"/Volumes/$catalog/$schema/$volume" val path_tables = s"$catalog.$schema.$table_name" print(path_volume) // Show the complete path print(path_tables) // Show the complete path
R
catalog <- "<catalog_name>" schema <- "<schema_name>" volume <- "<volume_name>" download_url <- "https://health.data.ny.gov/api/views/jxy9-yhdk/rows.csv" file_name <- "rows.csv" table_name <- "<table_name>" path_volume <- paste("/Volumes/", catalog, "/", schema, "/", volume, sep = "") path_tables <- paste(catalog, ".", schema, sep = "") print(path_volume) # Show the complete path print(path_tables) # Show the complete path
Copie e cole o código a seguir na nova célula vazia do notebook. Esse código copia o arquivo
rows.csv
de health.data.ny.gov para o volume do Catálogo do Unity usando o comando Databricks dbutuils.Pressione
Shift+Enter
para executar a célula e depois vá para a próxima célula.Python
dbutils.fs.cp(f"{download_url}", f"{path_volume}" + "/" + f"{file_name}")
Scala
dbutils.fs.cp(download_url, s"$path_volume/$file_name")
R
dbutils.fs.cp(download_url, paste(path_volume, "/", file_name, sep = ""))
Etapa 2: criar um DataFrame
Esta etapa cria um DataFrame chamado df1
com dados de teste e, depois, exibe seu conteúdo.
Copie e cole o código a seguir na nova célula vazia do notebook. Esse código cria o Dataframe com dados de teste e exibe o conteúdo e o esquema do DataFrame.
Pressione
Shift+Enter
para executar a célula e depois vá para a próxima célula.Python
data = [[2021, "test", "Albany", "M", 42]] columns = ["Year", "First_Name", "County", "Sex", "Count"] df1 = spark.createDataFrame(data, schema="Year int, First_Name STRING, County STRING, Sex STRING, Count int") display(df1) # The display() method is specific to Databricks notebooks and provides a richer visualization. # df1.show() The show() method is a part of the Apache Spark DataFrame API and provides basic visualization.
Scala
val data = Seq((2021, "test", "Albany", "M", 42)) val columns = Seq("Year", "First_Name", "County", "Sex", "Count") val df1 = data.toDF(columns: _*) display(df1) // The display() method is specific to Databricks notebooks and provides a richer visualization. // df1.show() The show() method is a part of the Apache Spark DataFrame API and provides basic visualization.
R
# Load the SparkR package that is already preinstalled on the cluster. library(SparkR) data <- data.frame( Year = c(2021), First_Name = c("test"), County = c("Albany"), Sex = c("M"), Count = c(42) ) df1 <- createDataFrame(data) display(df1) # The display() method is specific to Databricks notebooks and provides a richer visualization. # head(df1) The head() method is a part of the Apache SparkR DataFrame API and provides basic visualization.
Etapa 3: carregar dados em um DataFrame de um arquivo CSV
Esta etapa cria um DataFrame chamado df_csv
a partir do arquivo CSV que você carregou anteriormente no volume do Catálogo do Unity. Consulte spark.read.csv.
Copie e cole o código a seguir na nova célula vazia do notebook. Esse código carrega dados de nome de bebê no DataFrame
df_csv
do arquivo CSV e exibe o conteúdo do DataFrame.Pressione
Shift+Enter
para executar a célula e depois vá para a próxima célula.Python
df_csv = spark.read.csv(f"{path_volume}/{file_name}", header=True, inferSchema=True, sep=",") display(df_csv)
Scala
val df_csv = spark.read .option("header", "true") .option("inferSchema", "true") .option("delimiter", ",") .csv(s"$path_volume/$file_name") display(df_csv)
R
df_csv <- read.df(paste(path_volume, "/", file_name, sep=""), source="csv", header = TRUE, inferSchema = TRUE, delimiter = ",") display(df_csv)
Você pode carregar dados de muitos formatos de arquivo com suporte.
Etapa 4: exibir e interagir com seu DataFrame
Veja e interaja com os DataFrames de nomes de bebê usando os métodos a seguir.
Imprimir o esquema do DataFrame
Saiba como exibir o esquema de um DataFrame do Apache Spark. O Apache Spark usa o termo esquema para se referir aos nomes e tipos de dados das colunas no DataFrame.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código mostra o esquema de DataFrames com o método .printSchema()
para exibir os esquemas dos dois DataFrames – para preparar a união dos dois DataFrames.
Python
df_csv.printSchema()
df1.printSchema()
Scala
df_csv.printSchema()
df1.printSchema()
R
printSchema(df_csv)
printSchema(df1)
Observação
O Azure Databricks também usa o termo esquema para descrever uma coleção de tabelas registradas em um catálogo.
Renomear coluna no DataFrame
Saiba como renomear uma coluna em um DataFrame.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código renomeia uma coluna no DataFrame df1_csv
para corresponder à respectiva coluna no DataFrame df1
. Esse código usa o método withColumnRenamed()
do Apache Spark.
Python
df_csv = df_csv.withColumnRenamed("First Name", "First_Name")
df_csv.printSchema
Scala
val df_csvRenamed = df_csv.withColumnRenamed("First Name", "First_Name")
// when modifying a DataFrame in Scala, you must assign it to a new variable
df_csv_renamed.printSchema()
R
df_csv <- withColumnRenamed(df_csv, "First Name", "First_Name")
printSchema(df_csv)
Combinar DataFrames
Saiba como criar um novo DataFrame que adiciona as linhas de um DataFrame a outro.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código usa o método union()
do Apache Spark para combinar o conteúdo do seu primeiro DataFrame df
com o DataFrame df_csv
que contém os dados de nomes de bebê carregados do arquivo CSV.
Python
df = df1.union(df_csv)
display(df)
Scala
val df = df1.union(df_csv_renamed)
display(df)
R
display(df <- union(df1, df_csv))
Filtrar linhas em um DataFrame
Descubra os nomes de bebê mais populares em seu conjunto de dados filtrando linhas e usando os métodos .filter()
ou .where()
do Apache Spark. Use a filtragem para selecionar um subconjunto de linhas para retorno ou modificação em um DataFrame. Não há diferença no desempenho ou na sintaxe, conforme visto nos exemplos a seguir.
Usar o método .filter()
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código usa o método .filter()
do Apache Spark para exibir essas linhas no DataFrame com uma contagem de mais de 50.
Python
display(df.filter(df["Count"] > 50))
Scala
display(df.filter(df("Count") > 50))
R
display(filteredDF <- filter(df, df$Count > 50))
Usar o método .where()
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código usa o método .where()
do Apache Spark para exibir essas linhas no DataFrame com uma contagem de mais de 50.
Python
display(df.where(df["Count"] > 50))
Scala
display(df.where(df("Count") > 50))
R
display(filtered_df <- where(df, df$Count > 50))
Selecionar colunas de um DataFrame e ordenar por frequência
Saiba mais sobre qual frequência de nome de bebê com o método select()
para especificar as colunas do DataFrame a serem retornadas. Use as funções orderby
e desc
do Apache Spark para ordenar os resultados.
O módulo pyspark.sql para Apache Spark fornece suporte para funções SQL. Entre essas funções que usamos neste tutorial estão as funções orderBy()
, desc()
e expr()
do Apache Spark. Habilite o uso dessas funções importando-as para sua sessão, conforme necessário.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código importa a função desc()
e, em seguida, usa o método select()
do Apache Spark e funções orderBy()
e desc()
do Apache Spark para exibir os nomes mais comuns e suas contagens em ordem decrescente.
Python
from pyspark.sql.functions import desc
display(df.select("First_Name", "Count").orderBy(desc("Count")))
Scala
import org.apache.spark.sql.functions.desc
display(df.select("First_Name", "Count").orderBy(desc("Count")))
R
display(arrange(select(df, df$First_Name, df$Count), desc(df$Count)))
Criar um DataFrame de subconjunto
Saiba como criar um DataFrame de subconjunto com base em um DataFrame existente.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código usa o método filter
do Apache Spark para criar um DataFrame restringindo os dados por ano, contagem e sexo. Ele usa o método select()
do Apache Spark para limitar as colunas. Ele também usa as funções orderBy()
e desc()
do Apache Spark para classificar o novo DataFrame por contagem.
Python
subsetDF = df.filter((df["Year"] == 2009) & (df["Count"] > 100) & (df["Sex"] == "F")).select("First_Name", "County", "Count").orderBy(desc("Count"))
display(subsetDF)
Scala
val subsetDF = df.filter((df("Year") == 2009) && (df("Count") > 100) && (df("Sex") == "F")).select("First_Name", "County", "Count").orderBy(desc("Count"))
display(subsetDF)
R
subsetDF <- select(filter(df, (df$Count > 100) & (df$year == 2009) & df["Sex"] == "F")), "First_Name", "County", "Count")
display(subsetDF)
Etapa 5: salvar o DataFrame
Saiba como salvar um DataFrame. Você pode salvar o DataFrame em uma tabela ou gravar o DataFrame em um arquivo ou em vários arquivos.
Salvar um DataFrame em uma tabela
O Azure Databricks usa o formato Delta Lake para todas as tabelas por padrão. Para salvar seu DataFrame, você deve ter privilégios de tabela CREATE
no catálogo e no esquema.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código salva o conteúdo do DataFrame em uma tabela usando a variável que você definiu no início deste tutorial.
Python
df.write.saveAsTable(f"{path_tables}" + "." + f"{table_name}")
# To overwrite an existing table, use the following code:
# df.write.mode("overwrite").saveAsTable(f"{path_tables}" + "." + f"{table_name}")
Scala
df.write.saveAsTable(s"$path_tables" + "." + s"$table_name")
// To overwrite an existing table, use the following code:
// df.write.mode("overwrite").saveAsTable(s"$path_volume" + "." + s"$table_name")
R
saveAsTable(df, paste(path_tables, ".", table_name))
# To overwrite an existing table, use the following code:
# saveAsTable(df, paste(path_tables, ".", table_name), mode = "overwrite")
A maioria dos aplicativos Apache Spark funciona em grandes conjuntos de dados e de forma distribuída. O Apache Spark grava um diretório de arquivos em vez de um único arquivo. O Delta Lake divide as pastas e arquivos parquet. Muitos sistemas de dados podem ler esses diretórios de arquivos. O Azure Databricks recomenda o uso de tabelas em caminhos de arquivo na maioria dos aplicativos.
Salvar um DataFrame em arquivos JSON
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código salva o DataFrame em um diretório de arquivos JSON.
Python
df.write.format("json").save("/tmp/json_data")
# To overwrite an existing file, use the following code:
# df.write.format("json").mode("overwrite").save("/tmp/json_data")
Scala
df.write.format("json").save("/tmp/json_data")
// To overwrite an existing file, use the following code:
// df.write.format("json").mode("overwrite").save("/tmp/json_data")
R
write.df(df, path = "/tmp/json_data", source = "json")
# To overwrite an existing file, use the following code:
# write.df(df, path = "/tmp/json_data", source = "json", mode = "overwrite")
Ler o DataFrame de um arquivo JSON
Saiba como usar o método spark.read.format()
do Apache Spark para ler dados JSON de um diretório em um DataFrame.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código exibe os arquivos JSON salvos no exemplo anterior.
Python
display(spark.read.format("json").json("/tmp/json_data"))
Scala
display(spark.read.format("json").json("/tmp/json_data"))
R
display(read.json("/tmp/json_data"))
Tarefas adicionais: executar consultas SQL no PySpark, Scala e R
Os DataFrames do Apache Spark fornece as seguintes opções para combinar SQL com PySpark, Scala e R. Você pode executar o código a seguir no mesmo notebook criado para este tutorial.
Especificar uma coluna como consulta SQL
Saiba como usar o método selectExpr()
do Apache Spark. Essa é uma variante do método select()
que aceita expressões SQL e retorna um DataFrame atualizado. Esse método permite que você use uma expressão SQL, como upper
.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código usa o método selectExpr()
do Apache Spark e a expressão SQL upper
para converter uma coluna de cadeia de caracteres em maiúsculas (e renomear a coluna).
Python
display(df.selectExpr("Count", "upper(County) as big_name"))
Scala
display(df.selectExpr("Count", "upper(County) as big_name"))
R
display(df_selected <- selectExpr(df, "Count", "upper(County) as big_name"))
Usar expr()
para usar a sintaxe SQL de uma coluna
Saiba como importar e usar a função expr()
do Apache Spark para usar a sintaxe SQL em qualquer lugar em que uma coluna seria especificada.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código importa a função expr()
e depois usa a função expr()
do Apache Spark e a expressão SQL lower
para converter uma coluna de cadeia de caracteres em minúsculas (e renomear a coluna).
Python
from pyspark.sql.functions import expr
display(df.select("Count", expr("lower(County) as little_name")))
Scala
import org.apache.spark.sql.functions.{col, expr} // Scala requires us to import the col() function as well as the expr() function
display(df.select(col("Count"), expr("lower(County) as little_name")))
R
display(df_selected <- selectExpr(df, "Count", "lower(County) as little_name"))
# expr() function is not supported in R, selectExpr in SparkR replicates this functionality
Executar uma consulta SQL arbitrária usando a função spark.sql()
Saiba como usar a função spark.sql()
do Apache Spark para executar consultas SQL arbitrárias.
Copie e cole o código a seguir em uma célula vazia do notebook. Esse código usa a função spark.sql()
do Apache Spark para consultar uma tabela SQL usando a sintaxe SQL.
Python
display(spark.sql(f"SELECT * FROM {path_tables}" + "." + f"{table_name}"))
Scala
display(spark.sql(s"SELECT * FROM $path_tables.$table_name"))
R
display(sql(paste("SELECT * FROM", path_tables, ".", table_name)))
Notebook do tutorial do DataFrame
O notebook a seguir inclui os exemplos de consultas deste tutorial.