SparkSQL的由来
Spark为结构化数据处理引入了一个称为Spark SQL的编程模块。它提供了一个称为DataFrame（数据框）的编程抽象， DF的底层仍然是RDD，并且可以充当分布式SQL查询引擎。
SparkSQL的前身是Shark。在Hadoop发展过程中，为了给熟悉RDBMS但又不理解MapReduce的技术人员提供快速上手的工具，Hive应运而生， 是当时唯一运行在hadoop上的SQL-on-Hadoop工具。但是，MapReduce计算过程中大量的中间磁盘落地过程消耗了大量的I/O，运行效率较低。
后来，为了提高SQL-on-Hadoop的效率，大量的SQL-on-Hadoop工具开始产生，其中表现较为突出的是： - MapR的Drill - Cloudera的Impala - Shark
其中Shark是伯克利实验室Spark生态环境的组件之一，它基于Hive实施了一些改进，比如引入缓存管理，改进和优化执行器等，
并使之能运行在Spark引擎上，从而使得SQL查询的速度得到10-100倍的提升。
但是，随着Spark的发展，对于野心勃勃的Spark团队来说，Shark对于hive的太多依赖（如采用hive的语法解析器、查询优化器等等），
制约了Spark的One Stack rule them all的既定方针，制约了spark各个组件的相互集成，所以提出了sparkSQL项目。
SparkSQL抛弃原有Shark的代码，汲取了Shark的一些优点，如内存列存储（In-Memory Columnar Storage）、Hive兼容性等，重新开发了SparkSQL代码。
由于摆脱了对hive的依赖性，SparkSQL无论在数据兼容、性能优化、组件扩展方面都得到了极大的方便。
2014年6月1日，Shark项目和SparkSQL项目的主持人Reynold Xin宣布：停止对Shark的开发，团队将所有资源放SparkSQL项目上， 至此，Shark的发展画上了句话。
SparkSql特点
- 引入了新的RDD类型SchemaRDD，可以像传统数据库定义表一样来定义SchemaRDD。
- 在应用程序中可以混合使用不同来源的数据，如可以将来自HiveQL的数据和来自SQL的数据进行Join操作。
- 内嵌了查询优化框架，在把SQL解析成逻辑执行计划之后，最后变成RDD的计算。
sparkSQL主要优化点：
- 内存列存储（In-Memory Columnar Storage）
SparkSQL的表数据在内存中存储不是采用原生态的JVM对象存储方式，而是采用内存列存储，如下图所示。
该存储方式无论在空间占用量和读取吞吐率上都占有很大优势。
对于原生态的JVM对象存储方式，每个对象通常要增加12-16字节的额外开销（toString、hashcode等方法），如对于一个270MB的电商的商品表数据， 使用这种方式读入内存，要使用970MB左右的内存空间（通常是2～5倍于原生数据空间）。
另外，使用这种方式，每个数据记录产生一个JVM对象，如果是大小为200GB的数据记录，堆栈将产生1.6亿个对象，这么多的对象，对于GC来说， 可能要消耗几分钟的时间来处理（JVM的垃圾收集时间与堆栈中的对象数量呈线性相关。显然这种内存存储方式对于基于内存计算的spark来说， 很昂贵也负担不起）
- SparkSQL的存储方式 对于内存列存储来说，将所有原生数据类型的列采用原生数组来存储，将Hive支持的复杂数据类型（如array、map等）先序化后并接成一个字节数组来存储。
此外，基于列存储，每列数据都是同质的，所以可以数据类型转换的CPU消耗。此外，可以采用高效的压缩算法来压缩，是的数据更少。比如针对二元数据列， 可以用字节编码压缩来实现（010101）
这样，每个列创建一个JVM对象，从而可以快速的GC和紧凑的数据存储；额外的，还可以使用低廉CPU开销的高效压缩方法（如字典编码、行长度编码等压缩方法） 降低内存开销；更有趣的是，对于分析查询中频繁使用的聚合特定列，性能会得到很大的提高，原因就是这些列的数据放在一起，更容易读入内存进行计算。
- 行存储VS列存储 目前大数据存储有两种方案可供选择：行存储（Row-Based）和列存储（Column-Based）。 业界对两种存储方案有很多争持， 集中焦点是:谁能够更有效地处理海量数据，且兼顾安全、可靠、完整性。从目前发展情况看，关系数据库已经不适应这种巨大的存储量和计算要求， 基本是淘汰出局。在已知的几种大数据处理软件中，Hadoop的HBase采用列存储，MongoDB是文档型的行存储，Lexst是二进制型的行存储。
列存储
列式存储(column-based)是相对于传统关系型数据库的行式存储(Row-basedstorage)来说的。简单来说两者的区别就是如何组织表：
从上图可以很清楚地看到，行式存储下一张表的数据都是放在一起的，但列式存储下都被分开保存了。所以它们就有了如下这些优缺点对比：
- 在数据写入上的对比
- 行存储的写入是一次完成。如果这种写入建立在操作系统的文件系统上，可以保证写入过程的成功或者失败，数据的完整性因此可以确定。
- 列存储由于需要把一行记录拆分成单列保存，写入次数明显比行存储多（意味着磁头调度次数多，而磁头调度是需要时间的，一般在1ms~10ms)， 再加上磁头需要在盘片上移动和定位花费的时间，实际时间消耗会更大。所以，行存储在写入上占有很大的优势。
- 还有数据修改,这实际也是一次写入过程。不同的是，数据修改是对磁盘上的记录做删除标记。行存储是在指定位置写入一次， 列存储是将磁盘定位到多个列上分别写入，这个过程仍是行存储的列数倍。所以，数据修改也是以行存储占优。
- 在数据读取上的对比
- 数据读取时，行存储通常将一行数据完全读出，如果只需要其中几列数据的情况，就会存在冗余列，出于缩短处理时间的考量， 消除冗余列的过程通常是在内存中进行的。
- 列存储每次读取的数据是集合的一段或者全部，不存在冗余性问题。
- 两种存储的数据分布。由于列存储的每一列数据类型是同质的，不存在二义性问题。比如说某列数据类型为整型(int)， 那么它的数据集合一定是整型数据。这种情况使数据解析变得十分容易。相比之下，行存储则要复杂得多，因为在一行记录中保存了多种类型的数据， 数据解析需要在多种数据类型之间频繁转换，这个操作很消耗CPU，增加了解析的时间。所以，列存储的解析过程更有利于分析大数据。
- 从数据的压缩以及更性能的读取来对比
两种存储格式都有各自的优缺点：
- 行存储的写入是一次性完成，消耗的时间比列存储少，并且能够保证数据的完整性，缺点是数据读取过程中会产生冗余数据，如果只有少量数据，此影响可以忽略;数量大可能会影响到数据的处理效率。
- 列存储在写入效率、保证数据完整性上都不如行存储，它的优势是在读取过程，不会产生冗余数据，这对数据完整性要求不高的大数据处理领域，比如互联网，犹为重要。两种存储格式各自的特性都决定了它们的使用场景。
列存储的适用场景
一般来说，一个OLAP类型的查询可能需要访问几百万甚至几十亿个数据行，且该查询往往只关心少数几个数据列。例如，查询今年销量最高的前20个商品，这个查询只关心三个数据列：时间（date）、商品（item）以及销售量（sales amount）。商品的其他数据列，例如商品URL、商品描述、商品所属店铺，等等，对这个查询都是没有意义的。
而列式数据库只需要读取存储着“时间、商品、销量”的数据列，而行式数据库需要读取所有的数据列。因此，列式数据库大大地提高了OLAP大数据量查询的效率
OLTP：OnLine Transaction Processor 在线联机事务处理系统（比如Mysql，Oracle等产品）
OLAP：OnLine Analaysier Processor 在线联机分析处理系统（比如Hive Hbase等）
很多列式数据库还支持列族（column group，Bigtable系统中称为locality group），即将多个经常一起访问的数据列的各个值存放在一起。如果读取的数据列属于相同的列族，列式数据库可以从相同的地方一次性读取多个数据列的值，避免了多个数据列的合并。列族是一种行列混合存储模式，这种模式能够同时满足OLTP和OLAP的查询需求。
此外，由于同一个数据列的数据重复度很高，因此，列式数据库压缩时有很大的优势。
例如，Google Bigtable列式数据库对网页库压缩可以达到15倍以上的压缩率。另外，可以针对列式存储做专门的索引优化。比如，性别列只有两个值， “男”和“女”，可以对这一列建立位图索引：
“男”对应的位图为100101，表示第1、4、6行值为“男”
“女”对应的位图为011010，表示第2、3、5行值为“女”
如果需要查找男性或者女性的个数，只需要统计相应的位图中1出现的次数即可。另外，建立位图索引后0和1的重复度高，可以采用专门的编码方式对其进行压缩。
当然，如果每次查询涉及的数据量较小或者大部分查询都需要整行的数据，列式数据库并不适用。
总结
行存储特性：传统行式数据库的特性如下
①、数据是按行存储的。
②、没有索引的查询使用大量I/O。比如一般的数据库表都会建立索引，通过索引加快查询效率。
③、建立索引和物化视图需要花费大量的时间和资源。
④、面对查询需求，数据库必须被大量膨胀才能满足需求。
列存储特性：列式数据库的特性
①、数据按列存储，即每一列单独存放。
②、数据即索引。
③、只访问查询涉及的列，可以大量降低系统I/O。
④、每一列由一个线程来处理，即查询的并发处理性能高。
⑤、数据类型一致，数据特征相似，可以高效压缩。比如有增量压缩、前缀压缩算法都是基于列存储的类型定制的，所以可以大幅度提高压缩比，有利于存储和网络输出数据带宽的消耗。
