Hive SQL的底层编译过程详解(二)

简介: 本文结构采用宏观着眼,微观入手,从整体到细节的方式剖析 Hive SQL 底层原理。第一节先介绍 Hive 底层的整体执行流程,然后第二节介绍执行流程中的 SQL 编译成 MapReduce 的过程,第三节剖析 SQL 编译成 MapReduce 的具体实现原理。

阶段二:语义解析


遍历AST Tree,抽象出查询的基本组成单元QueryBlock:


AST Tree生成后由于其复杂度依旧较高,不便于翻译为mapreduce程序,需要进行进一步抽象和结构化,形成QueryBlock。


QueryBlock是一条SQL最基本的组成单元,包括三个部分:输入源,计算过程,输出。简单来讲一个QueryBlock就是一个子查询。


QueryBlock的生成过程为一个递归过程,先序遍历 AST Tree ,遇到不同的 Token 节点(理解为特殊标记),保存到相应的属性中。


阶段三:生成逻辑执行计划


遍历QueryBlock,翻译为执行操作树OperatorTree:


Hive最终生成的MapReduce任务,Map阶段和Reduce阶段均由OperatorTree组成。


基本的操作符包括:


  • TableScanOperator
  • SelectOperator
  • FilterOperator
  • JoinOperator
  • GroupByOperator
  • ReduceSinkOperator`


Operator在Map Reduce阶段之间的数据传递都是一个流式的过程。每一个Operator对一行数据完成操作后之后将数据传递给childOperator计算。


由于Join/GroupBy/OrderBy均需要在Reduce阶段完成,所以在生成相应操作的Operator之前都会先生成一个ReduceSinkOperator,将字段组合并序列化为Reduce Key/value, Partition Key。


阶段四:优化逻辑执行计划


Hive中的逻辑查询优化可以大致分为以下几类:


  • 投影修剪
  • 推导传递谓词
  • 谓词下推
  • 将Select-Select,Filter-Filter合并为单个操作
  • 多路 Join
  • 查询重写以适应某些列值的Join倾斜


阶段五:生成物理执行计划


生成物理执行计划即是将逻辑执行计划生成的OperatorTree转化为MapReduce Job的过程,主要分为下面几个阶段:


  1. 对输出表生成MoveTask
  2. 从OperatorTree的其中一个根节点向下深度优先遍历
  3. ReduceSinkOperator标示Map/Reduce的界限,多个Job间的界限
  4. 遍历其他根节点,遇过碰到JoinOperator合并MapReduceTask
  5. 生成StatTask更新元数据
  6. 剪断Map与Reduce间的Operator的关系


阶段六:优化物理执行计划


Hive中的物理优化可以大致分为以下几类:


  • 分区修剪(Partition Pruning)
  • 基于分区和桶的扫描修剪(Scan pruning)
  • 如果查询基于抽样,则扫描修剪
  • 在某些情况下,在 map 端应用 Group By
  • 在 mapper 上执行 Join
  • 优化 Union,使Union只在 map 端执行
  • 在多路 Join 中,根据用户提示决定最后流哪个表
  • 删除不必要的 ReduceSinkOperators
  • 对于带有Limit子句的查询,减少需要为该表扫描的文件数
  • 对于带有Limit子句的查询,通过限制 ReduceSinkOperator 生成的内容来限制来自 mapper 的输出
  • 减少用户提交的SQL查询所需的Tez作业数量
  • 如果是简单的提取查询,避免使用MapReduce作业
  • 对于带有聚合的简单获取查询,执行不带 MapReduce 任务的聚合
  • 重写 Group By 查询使用索引表代替原来的表
  • 当表扫描之上的谓词是相等谓词且谓词中的列具有索引时,使用索引扫描


经过以上六个阶段,SQL 就被解析映射成了集群上的 MapReduce 任务。


SQL编译成MapReduce具体原理



在阶段五-生成物理执行计划,即遍历 OperatorTree,翻译为 MapReduce 任务,这个过程具体是怎么转化的呢


我们接下来举几个常用 SQL 语句转化为 MapReduce 的具体步骤:


Join的实现原理


以下面这个SQL为例,讲解 join 的实现:


select u.name, o.orderid from order o join user u on o.uid = u.uid;


在map的输出value中为不同表的数据打上tag标记,在reduce阶段根据tag判断数据来源。MapReduce的过程如下:


image.png

MapReduce CommonJoin的实现


Group By的实现原理


以下面这个SQL为例,讲解 group by 的实现:


select rank, isonline, count(*) from city group by rank, isonline;


将GroupBy的字段组合为map的输出key值,利用MapReduce的排序,在reduce阶段保存LastKey区分不同的key。MapReduce的过程如下:


image.png

MapReduce Group By的实现


Distinct的实现原理


以下面这个SQL为例,讲解 distinct 的实现:


select dealid, count(distinct uid) num from order group by dealid;


当只有一个distinct字段时,如果不考虑Map阶段的Hash GroupBy,只需要将GroupBy字段和Distinct字段组合为map输出key,利用mapreduce的排序,同时将GroupBy字段作为reduce的key,在reduce阶段保存LastKey即可完成去重:


image.png

MapReduce Distinct的实现

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