HQL语法优化之Join优化

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Hive拥有多种join算法,包括Common Join,Map Join,Bucket Map Join,Sort Merge Buckt Map Join等,下面对每种join算法做简要说明:

  1. Common Join

Common Join 是Hive中最稳定的join算法,其通过一个MapReduce Job完成一个join操作。Map端负责读取join操作所需表的数据,并按照关联字段进行分区,通过Shuffle,将其发送到Reduce端,相同key的数据在Reduce端完成最终的Join操作。

需要注意的是,sql语句中的join操作和执行计划中的Common Join任务并非一对一的关系,一个sql语句中的相邻的且关联字段相同的多个join操作可以合并为一个Common Join任务。

  1. Map Join

Map Join算法可以通过两个只有map阶段的Job完成一个join操作。其适用场景为大表join小表。若某join操作满足要求,则第一个Job会读取小表数据,将其制作为hash table,并上传至Hadoop分布式缓存(本质上是上传至HDFS)。第二个Job会先从分布式缓存中读取小表数据,并缓存在Map Task的内存中,然后扫描大表数据,这样在map端即可完成关联操作。

  1. Bucket Map Join

Bucket Map Join是对Map Join算法的改进,其打破了Map Join只适用于大表join小表的限制,可用于大表join大表的场景。 Bucket Map Join的核心思想是:若能保证参与join的表均为分桶表,且关联字段为分桶字段,且其中一张表的分桶数量是另外一张表分桶数量的整数倍,就能保证参与join的两张表的分桶之间具有明确的关联关系,所以就可以在两表的分桶间进行Map Join操作了。这样一来,第二个Job的Map端就无需再缓存小表的全表数据了,而只需缓存其所需的分桶即可。

  1. Sort Merge Bucket Map Join

Sort Merge Bucket Map Join(简称SMB Map Join)基于Bucket Map Join。

SMB Map Join要求参与join的表均为分桶表,且需保证分桶内的数据是有序的,且分桶字段、排序字段和关联字段为相同字段,且其中一张表的分桶数量是另外一张表分桶数量的整数倍。

SMB Map Join同Bucket Join一样,同样是利用两表各分桶之间的关联关系,在分桶之间进行join操作,不同的是,分桶之间的join操作的实现原理。Bucket Map Join,两个分桶之间的join实现原理为Hash Join算法;而SMB Map Join,两个分桶之间的join实现原理为Sort Merge Join算法。

Hash Join和Sort Merge Join均为关系型数据库中常见的Join实现算法。Hash Join的原理相对简单,就是对参与join的一张表构建hash table,然后扫描另外一张表,然后进行逐行匹配。Sort Merge Join需要在两张按照关联字段排好序的表中进行,

Hive中的SMB Map Join就是对两个分桶的数据按照上述思路进行Join操作。

可以看出,SMB Map Join与Bucket Map Join相比,在进行Join操作时,Map端是无需对整个Bucket构建hash table,也无需在Map端缓存整个Bucket数据的,每个Mapper只需按顺序逐个key读取两个分桶的数据进行join即可。

Map Join

Map Join有两种触发方式,一种是用户在SQL语句中增加hint提示,另外一种是Hive优化器根据参与join表的数据量大小,自动触发。

Hint提示触发

用户可通过如下方式,指定通过map join算法,并且它将作为map join中的小表。这种方式已经过时,不推荐使用。

hive (default)> 
select /*+ mapjoin(ta) */
    ta.id,
    tb.id
from table_a ta
join table_b tb
on ta.id=tb.id;

自动触发

Hive在编译SQL语句阶段,起初所有的join操作均采用Common Join算法实现。

之后在物理优化阶段,Hive会根据每个Common Join任务所需表的大小判断该Common Join任务是否能够转换为Map Join任务,若满足要求,便将Common Join任务自动转换为Map Join任务。

但有些Common Join任务所需的表大小,在SQL的编译阶段是未知的(例如对子查询进行join操作),所以这种Common Join任务是否能转换成Map Join任务在编译阶是无法确定的。

针对这种情况,Hive会在编译阶段生成一个条件任务(Conditional Task),其下会包含一个计划列表,计划列表中包含转换后的Map Join任务以及原有的Common Join任务。最终具体采用哪个计划,是在运行时决定的。

大致思路如下:

Map join自动转换的具体判断逻辑如下图所示:

--启动Map Join自动转换
set hive.auto.convert.join=true;

--一个Common Join operator转为Map Join operator的判断条件,若该Common Join相关的表中,存在n-1张表的已知大小总和<=该值,则生成一个Map Join计划,此时可能存在多种n-1张表的组合均满足该条件,则hive会为每种满足条件的组合均生成一个Map Join计划,同时还会保留原有的Common Join计划作为后备(back up)计划,实际运行时,优先执行Map Join计划,若不能执行成功,则启动Common Join后备计划。
set hive.mapjoin.smalltable.filesize=250000;

--开启无条件转Map Join
set hive.auto.convert.join.noconditionaltask=true;

--无条件转Map Join时的小表之和阈值,若一个Common Join operator相关的表中,存在n-1张表的大小总和<=该值,此时hive便不会再为每种n-1张表的组合均生成Map Join计划,同时也不会保留Common Join作为后备计划。而是只生成一个最优的Map Join计划。
set hive.auto.convert.join.noconditionaltask.size=10000000;

Bucket Map Join

Bucket Map Join不支持自动转换,发须通过用户在SQL语句中提供如下Hint提示,并配置如下相关参数,方可使用。

--关闭cbo优化,cbo会导致hint信息被忽略
set hive.cbo.enable=false;
--map join hint默认会被忽略(因为已经过时),需将如下参数设置为false
set hive.ignore.mapjoin.hint=false;
--启用bucket map join优化功能
set hive.optimize.bucketmapjoin = true;

hive (default)> 
select /*+ mapjoin(ta) */
    ta.id,
    tb.id
from table_a ta
join table_b tb on ta.id=tb.id;

Sort Merge Bucket Map Join

Sort Merge Bucket Map Join有两种触发方式,包括Hint提示和自动转换。Hint提示已过时,不推荐使用。下面是自动转换的相关参数:

--启动Sort Merge Bucket Map Join优化
set hive.optimize.bucketmapjoin.sortedmerge=true;
--使用自动转换SMB Join
set hive.auto.convert.sortmerge.join=true;