Che cos'è Apache Spark?

Apache Spark è un motore di analisi unificato per il trattamento dati su vasta scala con moduli integrati per SQL, flussi di dati, machine learning ed elaborazione di grafici. Spark può essere eseguito su Kubernetes, cluster standalone o in modo nativo nel cloud e su diverse origini dati. Fornisce API complete in Java, Scala, Python (PySpark) ed R, rendendolo accessibile a un'ampia gamma di sviluppatori e data scientist.

Su Google Cloud, Apache Spark viene trasformato in una piattaforma "Data-to-AI" con Managed Service for Apache Spark. Sfruttando cluster gestiti o opzioni Spark serverless e miglioramenti rivoluzionari delle prestazioni come Lightning Engine, Google Cloud risolve il "tuning tax" (tempo impiegato per il perfezionamento) associato ai deployment Spark tradizionali. Le integrazioni profonde in una piattaforma unificata di dati e AI consentono agli utenti di passare dai dati non elaborati all'azione basata sull'AI più velocemente che mai.

Panoramica su Apache Spark

L'ecosistema Spark comprende cinque componenti chiave:

  • Spark Core è un motore di elaborazione dati distribuito e per uso generico. È il motore di esecuzione di base, che gestisce l'invio, la programmazione e le funzionalità I/O di base di attività distribuite. Spark Core ha introdotto il concetto di resilient distributed dataset (RDD), ovvero raccolte distribuite e immutabili di oggetti che possono essere elaborati in parallelo con tolleranza di errore. Comprende librerie per SQL, l'elaborazione dei flussi, il machine learning e il calcolo dei grafici: tutti elementi che possono essere utilizzati insieme in un'applicazione.
  • Spark SQL è il modulo Spark per lavorare con dati strutturati e ha introdotto i DataFrames, che forniscono un'API più ottimizzata e più facile da usare per gli sviluppatori rispetto agli RDD per la manipolazione di dati strutturati. Consente di eseguire query di dati strutturati all'interno dei programmi Spark, utilizzando SQL o un'API DataFrame familiare. Spark SQL supporta la sintassi HiveQL e consente l'accesso ai warehouse Apache Hive esistenti. Google Cloud accelera ulteriormente le prestazioni dei job Spark, in particolare per SQL e operazioni DataFrame, con innovazioni come Lightning Engine, offrendo miglioramenti significativi della velocità per le query e le attività di elaborazione dei dati quando si esegue Spark su Google Cloud.
  • Spark Streaming semplifica la creazione di soluzioni per flussi di dati scalabili e a tolleranza di errore. Utilizza l'API integrata nel linguaggio di Spark per l'elaborazione dei flussi, in modo da poter scrivere job in flussi allo stesso modo dei job in batch utilizzando i DStream o la più recente API Structured Streaming basata su DataFrame. Spark Streaming supporta Java, Scala e Python e dispone di una semantica "exactly-once" di tipo stateful.
  • MLlib è la libreria Spark scalabile per il machine learning con strumenti che rendono il ML pratico scalabile e facile da usare. MLlib contiene molti algoritmi di apprendimento comuni, come la classificazione, la regressione, i suggerimenti e il clustering. Contiene inoltre il workflow e altre utilità, comprese le trasformazioni delle funzionalità, la costruzione di pipeline ML, la valutazione dei modelli, l'algebra lineare distribuita e le statistiche. Se abbinati a Gemini Enterprise Agent Platform, i workflow MLlib di Spark possono essere integrati perfettamente nelle pipeline MLOps e lo sviluppo può essere migliorato con Gemini per la programmazione e la risoluzione dei problemi.
  • GraphX è l'API Spark per i grafici e il calcolo grafico parallelo. È flessibile e funziona perfettamente sia con i grafici che con le raccolte: unifica estrazione, trasformazione, caricamento; analisi esplorativa; e calcolo iterativo dei grafici all'interno di un unico sistema.

Ecosistema e componenti di Apache Spark

L'ecosistema Spark comprende cinque componenti chiave, ognuno dei quali è stato migliorato dall'infrastruttura di Google Cloud:

  • Spark Core: il motore di esecuzione di base, che gestisce l'invio e l'I/O di attività distribuite. Ha introdotto i resilient distributed dataset (RDD), ovvero raccolte distribuite e immutabili di oggetti elaborati in parallelo a tolleranza di errore.
  • Spark SQL: il modulo per lavorare con dati strutturati utilizzando i DataFrames. Google Cloud accelera ulteriormente queste operazioni con Lightning Engine, offrendo miglioramenti significativi della velocità senza la necessità di una ottimizzazione manuale.
  • Spark Streaming: consente soluzioni di flussi di dati scalabili e a tolleranza di errore per job batch e in tempo reale.
  • MLlib: una libreria di machine learning scalabile. Se abbinati a Gemini Enterprise Agent Platform, i workflow MLlib possono essere integrati perfettamente nelle pipeline MLOps e lo sviluppo può essere migliorato con Gemini per la programmazione e la risoluzione dei problemi.
  • GraphX: l'API per i grafici e il calcolo grafico parallelo.

Quali sono i vantaggi di Apache Spark?

Velocità

Lo scheduler DAG e l'elaborazione in memoria di Spark consentono workload più rapidi rispetto ai motori di elaborazione basati su disco, soprattutto per le attività ripetitive. Google Cloud aumenta questa velocità con un'infrastruttura ottimizzata e Lightning Engine.

Facilità di utilizzo

Gli operatori di alto livello di Spark semplificano la creazione di app parallele. L'uso interattivo con Scala, Python, R e SQL consente uno sviluppo rapido. Google Cloud offre opzioni serverless e notebook integrati con Gemini.

Scalabilità

Spark offre scalabilità orizzontale ed elabora grandi quantità di dati distribuendo il lavoro tra i nodi del cluster. Google Cloud semplifica la scalabilità con la scalabilità automatica serverless e i cluster gestiti flessibili.

Generalità

Spark supporta uno stack di librerie, tra cui SQL e DataFrames, MLlib per il machine learning, GraphX e Spark Streaming. È possibile combinare perfettamente queste librerie nella stessa applicazione.

Innovazione del framework open source

Spark sfrutta la potenza delle community open source per l'innovazione rapida e la risoluzione dei problemi. Google Cloud adotta questo spirito aperto, offrendo Apache Spark standard e migliorandone al contempo le funzionalità.

Perché scegliere Spark anziché un motore solo SQL?

Apache Spark è un motore di calcolo per cluster o serverless veloce e per uso generico. Con Spark, i programmatori possono scrivere rapidamente applicazioni in Java, Scala, Python, R e SQL, diventando così accessibile a sviluppatori, data scientist e professionisti esperti di statistica. Con Spark SQL, gli utenti possono connettersi a qualsiasi origine dati e presentarla come tabella da utilizzare per i client SQL. Inoltre, gli algoritmi interattivi di machine learning sono facilmente implementabili in Spark.

Con un motore solo SQL come Apache Impala, Apache Hive o Apache Drill, gli utenti possono utilizzare linguaggi SQL o simili a SQL per eseguire query sui dati archiviati in più database. Ciò significa che i framework sono di dimensioni inferiori rispetto a Spark. Tuttavia, su Google Cloud non devi fare una scelta rigida: BigQuery fornisce potenti funzionalità SQL e Managed Service for Apache Spark ti consente di utilizzare la versatilità di Spark sugli stessi dati tramite Lakehouse con formati aperti come Apache Iceberg.

In che modo le aziende utilizzano Spark?

Molte aziende utilizzano Spark per semplificare le attività di trattamento e analisi di elevati volumi di dati in tempo reale o di dati archiviati, strutturati non strutturati, che sono in genere complesse e dispendiose in termini di calcolo. Spark consente inoltre agli utenti di integrare senza problemi funzionalità complesse pertinenti come gli algoritmi di machine learning e grafici. Le applicazioni più comuni includono:

  • ETL/ELT su larga scala
  • Elaborazione dei dati in tempo reale
  • Machine learning
  • Esplorazione interattiva dei dati
  • Analisi dei grafici

Data engineer

I data engineer si affidano a Spark per progettare, creare e gestire pipeline di elaborazione dati robuste e workflow ETL su larga scala. Su Google Cloud, i data engineer possono sfruttare Managed Service for Apache Spark per eliminare il lavoro manuale dell'infrastruttura, scegliendo tra l'esecuzione serverless a zero operazioni o i cluster completamente gestiti. Grazie all'integrazione perfetta con BigQuery e Knowledge Catalog, gli ingegneri possono creare architetture lakehouse aperte e governate utilizzando formati come Apache Iceberg. Inoltre, con l'aiuto di Data Agents (Agenti di dati) e Gemini, possono automatizzare il data wrangling e accelerare la generazione di codice PySpark, passando dai dati non elaborati a pipeline pronte per la produzione più velocemente che mai.

Data scientist

I data scientist possono avere un'esperienza più completa con l'analisi e il ML usando Spark con GPU. La possibilità di elaborare più rapidamente grandi volumi di dati con un linguaggio familiare può contribuire ad accelerare l'innovazione. Google Cloud offre un solido supporto GPU per Spark e un'integrazione perfetta con Gemini Enterprise Agent Platform, consentendo ai data scientist di creare ed eseguire il deployment dei modelli più rapidamente. Possono connettere i loro IDE preferiti come Jupyter o VS Code per un'esperienza di sviluppo flessibile. In combinazione con Gemini, questo accelera il workflow dall'esplorazione iniziale al deployment in produzione.

C'è un modo migliore per usare Spark su Google Cloud

Il nuovo modo di usare Spark: più facile, più smart, più veloce

Google Cloud risolve le sfide comuni dell'esecuzione di Spark su larga scala, così puoi concentrarti sugli insight, non sull'infrastruttura. Ottimizza la tua esperienza con Managed Service for Apache Spark. Managed Service for Apache Spark:

  • Opzioni di deployment flessibili: scegli l'ambiente giusto per il tuo workload. Elimina l'overhead operativo con Spark serverless zero-ops o mantieni un controllo granulare con cluster completamente gestiti.
  • Prestazioni leader del settore: accelera i tuoi workload ETL e di data science più impegnativi fino a 4,9 volte con Lightning Engine. Disponibile sia per i cluster serverless che per quelli gestiti, riduce i costi di calcolo ed elimina la necessità di ottimizzazione manuale senza apportare modifiche al codice.
  • Sviluppo unificato nell'IDE che preferisci: crea ed esegui codice Spark direttamente nel tuo ambiente preferito, che sia VS Code, Jupyter o altri. Goditi un'esperienza fluida tra SQL e Spark sugli stessi dati regolati senza cambiare contesto.
  • Sviluppo dell'AI agentica: accelera il tuo workflow con gli agenti di dati che automatizzano la programmazione e il data wrangling di PySpark. Sfrutta Gemini Cloud Assist per l'analisi automatizzata delle cause principali e la risoluzione dei problemi di job complessi.
  • Governance unificata: utilizza Knowledge Catalog per gestire la governance dei dati e dell'AI, fornendo semantica per gli agenti e garantendo un ciclo di vita dei dati coerente dall'importazione agli insight basati sull'AI.

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