Criação de funções definidas pelo usuário (UDFs) para DataFrames no Scala¶

Introdução¶

Você pode chamar APIs do Snowpark para criar funções definidas pelo usuário (UDFs) para suas lambdas e funções personalizadas no Scala, e você pode chamar essas UDFs para processar os dados em seu DataFrame.

Quando você usa a API do Snowpark para criar uma UDF, a biblioteca do Snowpark faz a serialização e o upload do código para sua UDF para um estágio interno. Quando você chama a UDF, a biblioteca do Snowpark executa sua função no servidor, onde os dados estão localizados. Como resultado, os dados não precisam ser transferidos para o cliente para que a função possa processar os dados.

Em seu código personalizado, você também pode chamar o código que está empacotado em arquivos JAR (por exemplo, classes de Java para uma biblioteca de terceiros).

Você pode criar uma UDF para seu código personalizado de duas maneiras:

• Você pode criar uma UDF anônima e atribuir a função a uma variável. Desde que essa variável esteja no escopo, você pode usar a variável para chamar a UDF.

  CopyExpand

  // Create and register an anonymous UDF (doubleUdf).
  val doubleUdf = udf((x: Int) => x + x)
  // Call the anonymous UDF.
  val dfWithDoubleNum = df.withColumn("doubleNum", doubleUdf(col("num")))
  

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• Você pode criar uma UDF nomeada e chamar a UDF pelo nome. Você pode usar isso se, por exemplo, precisar chamar uma UDF pelo nome ou usar a UDF em uma sessão posterior.

  CopyExpand

  // Create and register a permanent named UDF ("doubleUdf").
  session.udf.registerPermanent("doubleUdf", (x: Int) => x + x, "mystage")
  // Call the named UDF.
  val dfWithDoubleNum = df.withColumn("doubleNum", callUDF("doubleUdf", col("num")))
  

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As próximas seções fornecem informações importantes sobre a criação de UDFs no Snowpark:

• Tipos de dados suportados para argumentos e valores de retorno

• Uma ressalva sobre criar UDFs em um objeto com a característica App

O resto deste tópico explica como criar UDFs.

object Main extends App {
  ...
  // Initialize a field.
  val myConst = "Prefix "
  // Use the field in a UDF.
  // Because the App trait delays the initialization of the object fields,
  // myConst in the UDF definition resolves to null.
  val myUdf = udf((s : String) =>  myConst + s )
  ...
}

object Main {
  ...
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    ... // Your code ...
  }
  ...
}

Especificação de dependências para uma UDF¶

Para definir uma UDF através da API do Snowpark, você deve chamar Session.addDependency() para quaisquer arquivos que contenham quaisquer classes e recursos dos quais sua UDF dependa (por exemplo, arquivos JAR, arquivos de recursos, etc.). (Para obter mais detalhes sobre recursos de leitura de uma UDF, consulte Como ler arquivos de uma UDF).

A biblioteca do Snowpark carrega esses arquivos para um estágio interno e adiciona os arquivos ao caminho da classe ao executar sua UDF.

Se você estiver usando o REPL do Scala, você deve acrescentar o diretório de classes gerado pelo REPL como uma dependência. Por exemplo, se você usou o script run.sh para iniciar o REPL, chame o seguinte método, que adiciona o diretório repl_classes criado pelo script:

// If you used the run.sh script to start the Scala REPL, call this to add the REPL classes directory as a dependency.
session.addDependency("<path_to_directory_where_you_ran_run.sh>/repl_classes/")

O exemplo a seguir demonstra como adicionar um arquivo JAR em um estágio como uma dependência:

// Add a JAR file that you uploaded to a stage.
session.addDependency("@my_stage/<path>/my-library.jar")

Os exemplos a seguir demonstram como adicionar dependências para arquivos JAR e arquivos de recursos:

// Add a JAR file on your local machine.
session.addDependency("/<path>/my-library.jar")

// Add a directory of resource files.
session.addDependency("/<path>/my-resource-dir/")

// Add a resource file.
session.addDependency("/<path>/my-resource.xml")

Você não deve precisar especificar as seguintes dependências:

• Suas bibliotecas de runtime do Scala.

  Essas bibliotecas já estão disponíveis no ambiente de runtime no servidor onde suas UDFs são executadas.

• O arquivo JAR do Snowpark.

  A biblioteca do Snowpark tenta automaticamente detectar e carregar o arquivo JAR do Snowpark para o servidor.

  Para evitar que a biblioteca carregue repetidamente o arquivo JAR do Snowpark para o servidor:

  1. Carregue o arquivo JAR do Snowpark para um estágio.

     For example, the following command uploads the Snowpark JAR file to the stage @mystage. The PUT command compresses the JAR file and names the resulting file snowpark_2.12-1.18.0.jar.gz.

     -- Put the Snowpark JAR file in a stage.
     PUT file:///<path>/snowpark_2.12-1.18.0.jar @mystage

  2. Chame addDependency para adicionar o arquivo JAR do Snowpark no estágio como uma dependência.

     Por exemplo, para adicionar o arquivo JAR do Snowpark carregado pelo comando anterior:

     // Add the Snowpark JAR file that you uploaded to a stage.
     session.addDependency("@mystage/snowpark_2.12-1.18.0.jar.gz")

     Observe que o caminho especificado para o arquivo JAR inclui a extensão .gz do nome do arquivo, que foi adicionada pelo comando PUT.

• O arquivo JAR ou o diretório com o aplicativo que está sendo executado.

  A biblioteca do Snowpark tenta automaticamente detectar e carregar essas dependências.

  Se a biblioteca do Snowpark não conseguir detectar essas dependências automaticamente, a biblioteca reporta um erro, e você deve chamar addDependency para adicionar essas dependências manualmente.

Se levar tempo demais para que as dependências sejam carregadas no estágio, a biblioteca do Snowpark gerará uma exceção de tempo limite. Para configurar o tempo máximo que a biblioteca do Snowpark deve esperar, defina a propriedade snowpark_request_timeout_in_seconds ao criar a sessão.

Como criar uma UDF anônima¶

Para criar uma UDF anônima, você pode:

• Chamar a função udf no objeto com.snowflake.snowpark.functions, passando a definição da função anônima.

• Chamar o método registerTemporary na classe UDFRegistration passando a definição da função anônima. Como você está registrando uma UDF anônima, você deve usar as assinaturas do método que não tenham um parâmetro name.

Esses métodos retornam um objeto UserDefinedFunction que você pode usar para chamar a UDF. (Consulte Como chamar funções definidas pelo usuário escalares (UDFs).)

O exemplo a seguir cria uma UDF anônima:

// Create and register an anonymous UDF.
val doubleUdf = udf((x: Int) => x + x)
// Call the anonymous UDF, passing in the "num" column.
// The example uses withColumn to return a DataFrame containing
// the UDF result in a new column named "doubleNum".
val dfWithDoubleNum = df.withColumn("doubleNum", doubleUdf(col("num")))

O exemplo a seguir cria uma UDF anônima que passa um Array de valores String e anexa a cadeia de caracteres x a cada valor:

// Create and register an anonymous UDF.
val appendUdf = udf((x: Array[String]) => x.map(a => a + " x"))
// Call the anonymous UDF, passing in the "a" column, which holds an ARRAY.
// The example uses withColumn to return a DataFrame containing
// the UDF result in a new column named "appended".
val dfWithXAppended = df.withColumn("appended", appendUdf(col("a")))

O exemplo a seguir cria uma UDF anônima que usa uma classe personalizada (LanguageDetector, que detecta o idioma usado no texto). O exemplo chama a UDF anônima para detectar o idioma na coluna text_data em um DataFrame e cria uma nova coluna DataFrame que inclui uma coluna adicional lang com o idioma utilizado.

// Import the udf function from the functions object.
import com.snowflake.snowpark.functions._

// Import the package for your custom code.
// The custom code in this example detects the language of textual data.
import com.mycompany.LanguageDetector

// If the custom code is packaged in a JAR file, add that JAR file as
// a dependency.
session.addDependency("$HOME/language-detector.jar")

// Create a detector
val detector = new LanguageDetector()

// Create an anonymous UDF that takes a string of text and returns the language used in that string.
// Note that this captures the detector object created above.
// Assign the UDF to the langUdf variable, which will be used to call the UDF.
val langUdf = udf((s: String) =>
     Option(detector.detect(s)).getOrElse("UNKNOWN"))

// Create a new DataFrame that contains an additional "lang" column that contains the language
// detected by the UDF.
val dfEmailsWithLangCol =
    dfEmails.withColumn("lang", langUdf(col("text_data")))

Criação e registro de uma UDF nomeada¶

Se você quiser chamar uma UDF pelo nome (por exemplo, usando a função callUDF no objeto functions) ou se precisar usar uma UDF em sessões posteriores, você pode criar e registrar uma UDF nomeada. Para isso, use um dos seguintes métodos na classe UDFRegistration:

• registerTemporary se você apenas planeja usar a UDF na sessão atual

• registerPermanent se você planeja usar a UDF em sessões posteriores

Para acessar um objeto da classe UDFRegistration, chame o método udf da classe Session.

registerTemporary cria uma UDF temporária que você pode usar na sessão atual.

// Create and register a temporary named UDF.
session.udf.registerTemporary("doubleUdf", (x: Int) => x + x)
// Call the named UDF, passing in the "num" column.
// The example uses withColumn to return a DataFrame containing
// the UDF result in a new column named "doubleNum".
val dfWithDoubleNum = df.withColumn("doubleNum", callUDF("doubleUdf", col("num")))

registerPermanent cria uma UDF que você pode usar nas sessões atuais e posteriores. Ao chamar registerPermanent, você também deve especificar um local em um local de estágio interno onde os arquivos JAR para a UDF e suas dependências serão carregados.

Por exemplo:

// Create and register a permanent named UDF.
// Specify that the UDF and dependent JAR files should be uploaded to
// the internal stage named mystage.
session.udf.registerPermanent("doubleUdf", (x: Int) => x + x, "mystage")
// Call the named UDF, passing in the "num" column.
// The example uses withColumn to return a DataFrame containing
// the UDF result in a new column named "doubleNum".
val dfWithDoubleNum = df.withColumn("doubleNum", callUDF("doubleUdf", col("num")))

Como criar UDFs em Jupyter Notebooks¶

Se você estiver criando UDFs em um Jupyter Notebook, você deve seguir estes passos adicionais:

• Como configurar um Jupyter Notebook para o Snowpark Scala (se você ainda não configurou o notebook para funcionar com o Snowpark)

• Como escrever a implementação de uma UDF

• Acesso a uma variável definida em outra célula

// Class containing a function that implements your UDF.
class MyUDFCode( ... ) extends Serializable {
  val myUserDefinedFunc = (s: String) => {
    ...
  }
}
val myUdf = udf((new MyUDFCode(resourceName)).myUserDefinedFunc)

In [1]:

val prefix = "Hello"

In [2]:

// resourceName is the argument for the variable defined in another cell.
class UDFCode(var prefix: String) extends Serializable {
  val prependPrefixFunc = (s: String) => {
    s"$prefix $s"
  }
}

// When constructing UDFCode, pass in the variable (resourceName) that is defined in another cell.
val prependPrefixUdf = udf((new UDFCode(prefix)).prependPrefixFunc)
val myDf = session.sql("select 'Raymond' NAME")
myDf.withColumn("CONCAT", prependPrefixUdf(col("NAME"))).show()

Como usar objetos que não são serializáveis¶

Quando você cria uma UDF para uma lambda ou função, a biblioteca do Snowpark serializa o fechamento da lambda e a envia para o servidor para execução.

Se um objeto capturado pelo fechamento da lambda não for serializável, a biblioteca do Snowpark gera uma exceção java.io.NotSerializableException.

Exception in thread "main" java.io.NotSerializableException: <YourObjectName>

Se isso ocorrer, você pode:

• Tornar o objeto serializável ou

• Declarar o objeto como lazy val ou usar a anotação @transient para evitar a serialização do objeto.

  Por exemplo:

  CopyExpand

  // Declare the detector object as lazy.
  lazy val detector = new LanguageDetector("en")
  // The detector object is not serialized but is instead reconstructed on the server.
  val langUdf = udf((s: String) =>
       Option(detector.detect(s)).getOrElse("UNKNOWN"))
  

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Como escrever um código de inicialização para uma UDF¶

Se sua UDF exigir um código ou contexto de inicialização, você pode fornecê-lo através de valores capturados como parte do fechamento da UDF.

O exemplo a seguir usa uma classe separada para inicializar o contexto necessário por três UDFs.

• A primeira UDF cria uma nova instância da classe dentro da lambda, de forma que a inicialização é realizada toda vez que a UDF é invocada.

• A segunda UDF captura uma instância da classe gerada em seu programa cliente. O contexto gerado no cliente é serializado e é utilizado pela UDF. Observe que a classe do contexto deve ser serializável para que essa abordagem funcione.

• A terceira UDF captura um lazy val, portanto o contexto é instanciado lentamente na primeira invocação da UDF e é reutilizado em invocações posteriores. Essa abordagem funciona mesmo quando o contexto não é serializável. Entretanto, não há garantia de que TODAS as invocações de UDF dentro de um dataframe usarão o mesmo contexto gerado lentamente.

import com.snowflake.snowpark._
import com.snowflake.snowpark.functions._
import scala.util.Random

// Context needed for a UDF.
class Context {
  val randomInt = Random.nextInt
}

// Serializable context needed for the UDF.
class SerContext extends Serializable {
  val randomInt = Random.nextInt
}

object TestUdf {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    // Create the session.
    val session = Session.builder.configFile("/<path>/profile.properties").create
    import session.implicits._
    session.range(1, 10, 2).show()

    // Create a DataFrame with two columns ("c" and "d").
    val dummy = session.createDataFrame(Seq((1, 1), (2, 2), (3, 3))).toDF("c", "d")
    dummy.show()

    // Initialize the context once per invocation.
    val udfRepeatedInit = udf((i: Int) => (new Context).randomInt)
    dummy.select(udfRepeatedInit('c)).show()

    // Initialize the serializable context only once,
    // regardless of the number of times that the UDF is invoked.
    val sC = new SerContext
    val udfOnceInit = udf((i: Int) => sC.randomInt)
    dummy.select(udfOnceInit('c)).show()

    // Initialize the non-serializable context only once,
    // regardless of the number of times that the UDF is invoked.
    lazy val unserC = new Context
    val udfOnceInitU = udf((i: Int) => unserC.randomInt)
    dummy.select(udfOnceInitU('c)).show()
  }
}

Como ler arquivos de uma UDF¶

Como mencionado anteriormente, a biblioteca do Snowpark carrega e executa UDFs no servidor. Se sua UDF precisa ler dados de um arquivo, você deve assegurar-se de que o arquivo seja carregado com a UDF.

Além disso, se o conteúdo do arquivo permanecer o mesmo entre chamadas para a UDF, você pode escrever seu código para carregar o arquivo uma vez durante a primeira chamada e não em chamadas posteriores. Isso pode melhorar o desempenho de suas chamadas à UDF.

Para configurar uma UDF para ler um arquivo:

1. Adicione o arquivo a um arquivo JAR.

   Por exemplo, se sua UDF precisa usar um arquivo em um subdiretório data/ (data/hello.txt), execute o comando jar para adicionar esse arquivo a um arquivo JAR:

   CopyExpand

   # Create a new JAR file containing data/hello.txt.
   $ jar cvf <path>/myJar.jar data/hello.txt
   

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2. Especifique que o arquivo JAR é uma dependência, que carrega o arquivo para o servidor e adiciona o arquivo ao caminho da classe. Consulte Especificação de dependências para uma UDF.

   Por exemplo:

   CopyExpand

   // Specify that myJar.jar contains files that your UDF depends on.
   session.addDependency("<path>/myJar.jar")
   

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3. No arquivo da UDF, chame Class.getResourceAsStream para encontrar o arquivo no caminho da classe e ler o arquivo.

   Para evitar adicionar uma dependência em this, você pode usar classOf[com.snowflake.snowpark.DataFrame] (em vez de getClass) para obter o objeto Class.

   Por exemplo, para ler o arquivo data/hello.txt:

   CopyExpand

   // Read data/hello.txt from myJar.jar.
   val resourceName = "/data/hello.txt"
   val inputStream = classOf[com.snowflake.snowpark.DataFrame].getResourceAsStream(resourceName)
   

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   Neste exemplo, o nome do recurso começa com /, indicando que este é o caminho completo do arquivo no arquivo JAR. (Nesse caso, o local do arquivo não é relativo ao pacote da classe).

Nota

Se você não espera que o conteúdo do arquivo mude entre as chamadas da UDF, leia o arquivo em um lazy val. Isso faz com que o código de carregamento do arquivo seja executado apenas na primeira chamada para a UDF e não em chamadas posteriores.

O exemplo a seguir define um objeto (UDFCode) com uma função que será usada como UDF (readFileFunc). A função lê o arquivo data/hello.txt, que deve conter a cadeia de cadeia de caracteres hello,. A função precede essa cadeia de caracteres com a cadeia de caracteres passada como argumento.

// Create a function object that reads a file.
object UDFCode extends Serializable {

  // The code in this block reads the file. To prevent this code from executing each time that the UDF is called,
  // the code is used in the definition of a lazy val. The code for a lazy val is executed only once when the variable is
  // first accessed.
  lazy val prefix = {
    import java.io._
    val resourceName = "/data/hello.txt"
    val inputStream = classOf[com.snowflake.snowpark.DataFrame]
      .getResourceAsStream(resourceName)
    if (inputStream == null) {
      throw new Exception("Can't find file " + resourceName)
    }
    scala.io.Source.fromInputStream(inputStream).mkString
  }

  val readFileFunc = (s: String) => prefix + " : " + s
}

A próxima parte do exemplo registra a função como uma UDF anônima. O exemplo chama a UDF na coluna NAME em um DataFrame. O exemplo supõe que o arquivo data/hello.txt está empacotado no arquivo JAR myJar.jar.

// Add the JAR file as a dependency.
session.addDependency("<path>/myJar.jar")

// Create a new DataFrame with one column (NAME)
// that contains the name "Raymond".
val myDf = session.sql("select 'Raymond' NAME")

// Register the function that you defined earlier as an anonymous UDF.
val readFileUdf = udf(UDFCode.readFileFunc)

// Call UDF for the values in the NAME column of the DataFrame.
myDf.withColumn("CONCAT", readFileUdf(col("NAME"))).show()

Criação de funções de tabela definidas pelo usuário (UDTFs)¶

Para criar e registrar uma UDTF no Snowpark, você deve:

• Definir uma classe para a UDTF.

• Criar uma instância dessa classe e registrar essa instância como uma UDTF.

As próximas seções descrevem essas etapas com mais detalhes.

Para obter mais informações sobre como chamar uma UDTF, consulte Como chamar uma UDTF.

class MyRangeUdtf extends UDTF2[Int, Int] {
  override def process(start: Int, count: Int): Iterable[Row] =
    (start until (start + count)).map(Row(_))
  override def endPartition(): Iterable[Row] = Array.empty[Row]
  override def outputSchema(): StructType = StructType(StructField("C1", IntegerType))
}