ユーザー定義集計関数 (UDAF)

[アーティクル]
07/06/2024

適用対象: 「はい」のチェックマーク Databricks Runtime

ユーザー定義集計関数 (UDAF) は、一度に複数の行に対して機能し、結果として 1 つの集計値を返す、ユーザーがプログラミングできるルーチンです。このドキュメントでは、UDAF の作成と登録に必要なクラスの一覧を示します。また、Scala で UDAF を定義して登録し、それらを Spark SQL で呼び出す方法を示す例も含まれています。

アグリゲーター

構文 Aggregator[-IN, BUF, OUT]

ユーザー定義集計の基本クラス。データセット操作で使用することができ、グループのすべての要素を取得し、1 つの値にまで減らします。

IN: 集計のための入力型。
BUF: 減少の中間値の型。
OUT: 最終的な出力結果の型。
bufferEncoder: Encoder[BUF]

中間値の型のエンコーダー。
finish(reduction: BUF): OUT

減少の出力を変換します。
merge(b1: BUF, b2: BUF): BUF

2 つの中間値をマージします。
outputEncoder: Encoder[OUT]

最終的な出力値の型のエンコーダー。
reduce(b: BUF, a: IN): BUF

入力値 a を現在の中間値に集計します。パフォーマンスについては、この関数によって、b が変更されて返されますが、b の新しいオブジェクトは構築されません。
zero: BUF

この集計の中間結果の初期値。

例

タイプセーフなユーザー定義集計関数

厳密に型指定されたデータセットに対するユーザー定義の集計は、Aggregator 抽象クラスを中心に展開されます。たとえば、タイプセーフなユーザー定義平均は、次のようになります。

Scala

import org.apache.spark.sql.{Encoder, Encoders, SparkSession}
import org.apache.spark.sql.expressions.Aggregator

case class Employee(name: String, salary: Long)
case class Average(var sum: Long, var count: Long)

object MyAverage extends Aggregator[Employee, Average, Double] {
  // A zero value for this aggregation. Should satisfy the property that any b + zero = b
  def zero: Average = Average(0L, 0L)
  // Combine two values to produce a new value. For performance, the function may modify `buffer`
  // and return it instead of constructing a new object
  def reduce(buffer: Average, employee: Employee): Average = {
    buffer.sum += employee.salary
    buffer.count += 1
    buffer
  }
  // Merge two intermediate values
  def merge(b1: Average, b2: Average): Average = {
    b1.sum += b2.sum
    b1.count += b2.count
    b1
  }
  // Transform the output of the reduction
  def finish(reduction: Average): Double = reduction.sum.toDouble / reduction.count
  // The Encoder for the intermediate value type
  val bufferEncoder: Encoder[Average] = Encoders.product
  // The Encoder for the final output value type
  val outputEncoder: Encoder[Double] = Encoders.scalaDouble
}

Java

import java.io.Serializable;

import org.apache.spark.sql.Dataset;
import org.apache.spark.sql.Encoder;
import org.apache.spark.sql.Encoders;
import org.apache.spark.sql.SparkSession;
import org.apache.spark.sql.TypedColumn;
import org.apache.spark.sql.expressions.Aggregator;

public static class Employee implements Serializable {
    private String name;
    private long salary;

    // Constructors, getters, setters...
}

public static class Average implements Serializable  {
  private long sum;
  private long count;

  // Constructors, getters, setters...
}

public static class MyAverage extends Aggregator<Employee, Average, Double> {
  // A zero value for this aggregation. Should satisfy the property that any b + zero = b
  public Average zero() {
    return new Average(0L, 0L);
  }
  // Combine two values to produce a new value. For performance, the function may modify `buffer`
  // and return it instead of constructing a new object
  public Average reduce(Average buffer, Employee employee) {
    long newSum = buffer.getSum() + employee.getSalary();
    long newCount = buffer.getCount() + 1;
    buffer.setSum(newSum);
    buffer.setCount(newCount);
    return buffer;
  }
  // Merge two intermediate values
  public Average merge(Average b1, Average b2) {
    long mergedSum = b1.getSum() + b2.getSum();
    long mergedCount = b1.getCount() + b2.getCount();
    b1.setSum(mergedSum);
    b1.setCount(mergedCount);
    return b1;
  }
  // Transform the output of the reduction
  public Double finish(Average reduction) {
    return ((double) reduction.getSum()) / reduction.getCount();
  }
  // The Encoder for the intermediate value type
  public Encoder<Average> bufferEncoder() {
    return Encoders.bean(Average.class);
  }
  // The Encoder for the final output value type
  public Encoder<Double> outputEncoder() {
    return Encoders.DOUBLE();
  }
}

Encoder<Employee> employeeEncoder = Encoders.bean(Employee.class);
String path = "examples/src/main/resources/employees.json";
Dataset<Employee> ds = spark.read().format("json").load(path).as(employeeEncoder);
ds.show();
// +-------+------+
// |   name|salary|
// +-------+------+
// |Michael|  3000|
// |   Andy|  4500|
// | Justin|  3500|
// |  Berta|  4000|
// +-------+------+

MyAverage myAverage = new MyAverage();
// Convert the function to a `TypedColumn` and give it a name
TypedColumn<Employee, Double> averageSalary = myAverage.toColumn().name("average_salary");
Dataset<Double> result = ds.select(averageSalary);
result.show();
// +--------------+
// |average_salary|
// +--------------+
// |        3750.0|
// +--------------+

型指定されていないユーザー定義の集計関数

前述のように、型指定された集計は、DataFrames で使用するための型指定されていない集計 UDF として登録される場合もあります。たとえば、型指定されていない DataFrames のユーザー定義平均は、次のようになります。

Scala

import org.apache.spark.sql.{Encoder, Encoders, SparkSession}
import org.apache.spark.sql.expressions.Aggregator
import org.apache.spark.sql.functions

case class Average(var sum: Long, var count: Long)

object MyAverage extends Aggregator[Long, Average, Double] {
  // A zero value for this aggregation. Should satisfy the property that any b + zero = b
  def zero: Average = Average(0L, 0L)
  // Combine two values to produce a new value. For performance, the function may modify `buffer`
  // and return it instead of constructing a new object
  def reduce(buffer: Average, data: Long): Average = {
    buffer.sum += data
    buffer.count += 1
    buffer
  }
  // Merge two intermediate values
  def merge(b1: Average, b2: Average): Average = {
    b1.sum += b2.sum
    b1.count += b2.count
    b1
  }
  // Transform the output of the reduction
  def finish(reduction: Average): Double = reduction.sum.toDouble / reduction.count
  // The Encoder for the intermediate value type
  val bufferEncoder: Encoder[Average] = Encoders.product
  // The Encoder for the final output value type
  val outputEncoder: Encoder[Double] = Encoders.scalaDouble
}

// Register the function to access it
spark.udf.register("myAverage", functions.udaf(MyAverage))

val df = spark.read.format("json").load("examples/src/main/resources/employees.json")
df.createOrReplaceTempView("employees")
df.show()
// +-------+------+
// |   name|salary|
// +-------+------+
// |Michael|  3000|
// |   Andy|  4500|
// | Justin|  3500|
// |  Berta|  4000|
// +-------+------+

val result = spark.sql("SELECT myAverage(salary) as average_salary FROM employees")
result.show()
// +--------------+
// |average_salary|
// +--------------+
// |        3750.0|
// +--------------+

Java

import java.io.Serializable;

import org.apache.spark.sql.Dataset;
import org.apache.spark.sql.Encoder;
import org.apache.spark.sql.Encoders;
import org.apache.spark.sql.Row;
import org.apache.spark.sql.SparkSession;
import org.apache.spark.sql.expressions.Aggregator;
import org.apache.spark.sql.functions;

public static class Average implements Serializable  {
    private long sum;
    private long count;

    // Constructors, getters, setters...

}

public static class MyAverage extends Aggregator<Long, Average, Double> {
  // A zero value for this aggregation. Should satisfy the property that any b + zero = b
  public Average zero() {
    return new Average(0L, 0L);
  }
  // Combine two values to produce a new value. For performance, the function may modify `buffer`
  // and return it instead of constructing a new object
  public Average reduce(Average buffer, Long data) {
    long newSum = buffer.getSum() + data;
    long newCount = buffer.getCount() + 1;
    buffer.setSum(newSum);
    buffer.setCount(newCount);
    return buffer;
  }
  // Merge two intermediate values
  public Average merge(Average b1, Average b2) {
    long mergedSum = b1.getSum() + b2.getSum();
    long mergedCount = b1.getCount() + b2.getCount();
    b1.setSum(mergedSum);
    b1.setCount(mergedCount);
    return b1;
  }
  // Transform the output of the reduction
  public Double finish(Average reduction) {
    return ((double) reduction.getSum()) / reduction.getCount();
  }
  // The Encoder for the intermediate value type
  public Encoder<Average> bufferEncoder() {
    return Encoders.bean(Average.class);
  }
  // The Encoder for the final output value type
  public Encoder<Double> outputEncoder() {
    return Encoders.DOUBLE();
  }
}

// Register the function to access it
spark.udf().register("myAverage", functions.udaf(new MyAverage(), Encoders.LONG()));

Dataset<Row> df = spark.read().format("json").load("examples/src/main/resources/employees.json");
df.createOrReplaceTempView("employees");
df.show();
// +-------+------+
// |   name|salary|
// +-------+------+
// |Michael|  3000|
// |   Andy|  4500|
// | Justin|  3500|
// |  Berta|  4000|
// +-------+------+

Dataset<Row> result = spark.sql("SELECT myAverage(salary) as average_salary FROM employees");
result.show();
// +--------------+
// |average_salary|
// +--------------+
// |        3750.0|
// +--------------+

SQL

-- Compile and place UDAF MyAverage in a JAR file called `MyAverage.jar` in /tmp.
CREATE FUNCTION myAverage AS 'MyAverage' USING JAR '/tmp/MyAverage.jar';

SHOW USER FUNCTIONS;
+------------------+
|          function|
+------------------+
| default.myAverage|
+------------------+

CREATE TEMPORARY VIEW employees
USING org.apache.spark.sql.json
OPTIONS (
    path "examples/src/main/resources/employees.json"
);

SELECT * FROM employees;
+-------+------+
|   name|salary|
+-------+------+
|Michael|  3000|
|   Andy|  4500|
| Justin|  3500|
|  Berta|  4000|
+-------+------+

SELECT myAverage(salary) as average_salary FROM employees;
+--------------+
|average_salary|
+--------------+
|        3750.0|
+--------------+

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