【Hive_05】企业调优1（资源配置、explain、join优化）

• 关于调优，重要的是理解每一个优化手段的思路。理解优化需要配置的每个参数的实际作用。

1、 计算资源配置

计算环境为Hive on MR。计算资源的调整主要包括Yarn和MR。

1.1 Yarn资源配置

1）Yarn配置说明

需要调整的Yarn参数均与CPU、内存等资源有关，核心配置参数如下

（1）yarn.nodemanager.resource.memory-mb

该参数的含义是，一个NodeManager节点分配给Container使用的内存。该参数的配置，取决于NodeManager所在节点的总内存容量和该节点运行的其他服务的数量。
考虑上述因素，此处可将该参数设置为64G，如下：

property>
    name>yarn.nodemanager.resource.memory-mb/name>
    value>65536/value>
/property>

• 该参数默认使用8G内存去跑任务。
• 需要手动调整，一般给到总内存的1/2或者2/3。

（2）yarn.nodemanager.resource.cpu-vcores

该参数的含义是，一个NodeManager节点分配给Container使用的CPU核数。该参数的配置，同样取决于NodeManager所在节点的总CPU核数和该节点运行的其他服务。
考虑上述因素，此处可将该参数设置为16。

property>
    name>yarn.nodemanager.resource.cpu-vcores/name>
    value>16/value>
/property>

（3）yarn.scheduler.maximum-allocation-mb

该参数的含义是，单个Container能够使用的最大内存。推荐配置如下：

property>
    name>yarn.scheduler.maximum-allocation-mb/name>
    value>16384/value>
/property>

（4）yarn.scheduler.minimum-allocation-mb

该参数的含义是，单个Container能够使用的最小内存，推荐配置如下：

property>
    name>yarn.scheduler.minimum-allocation-mb/name>
    value>512/value>
/property>

2）Yarn配置实操

（1）修改$HADOOP_HOME/etc/hadoop/yarn-site.xml文件

（2）修改如下参数

property>
    name>yarn.nodemanager.resource.memory-mb/name>
    value>65536/value>
/property>
property>
    name>yarn.nodemanager.resource.cpu-vcores/name>
    value>16/value>
/property>
property>
    name>yarn.scheduler.maximum-allocation-mb/name>
    value>16384/value>
/property>
property>
    name>yarn.scheduler.minimum-allocation-mb/name>
    value>512/value>
/property>

（3）分发该配置文件

（4）重启Yarn。

1.2 MapReduce资源配置

MapReduce资源配置主要包括Map Task的内存和CPU核数，以及Reduce Task的内存和CPU核数。核心配置参数如下：

1）mapreduce.map.memory.mb

该参数的含义是，单个Map Task申请的container容器内存大小，其默认值为1024。该值不能超出yarn.scheduler.maximum-allocation-mb和yarn.scheduler.minimum-allocation-mb规定的范围。

该参数需要根据不同的计算任务单独进行配置，在hive中，可直接使用如下方式为每个SQL语句单独进行配置：

set  mapreduce.map.memory.mb=2048;

2）mapreduce.map.cpu.vcores

该参数的含义是，单个Map Task申请的container容器cpu核数，其默认值为1。该值一般无需调整。

3）mapreduce.reduce.memory.mb

该参数的含义是，单个Reduce Task申请的container容器内存大小，其默认值为1024。该值同样不能超出yarn.scheduler.maximum-allocation-mb和yarn.scheduler.minimum-allocation-mb规定的范围。

该参数需要根据不同的计算任务单独进行配置，在hive中，可直接使用如下方式为每个SQL语句单独进行配置：

set  mapreduce.reduce.memory.mb=2048;

4）mapreduce.reduce.cpu.vcores

该参数的含义是，单个Reduce Task申请的container容器cpu核数，其默认值为1。该值一般无需调整。

2、 Explain查看执行计划（重点）

2.1 Explain执行计划概述

Explain呈现的执行计划，由一系列Stage组成，这一系列Stage具有依赖关系，每个Stage对应一个MapReduce Job，或者一个文件系统操作等。

• stage可以对应mr，也可以对应文件系统操作。因为不是所有的sql语句的底层都是mr。比如说load语句，底层就不是mr而是文件系统操作。
• 有些sql复杂，需要多个mr才能计算，这个时候对应的也就有多个stage，多个stage之间也是有依赖关系的。依赖关系也就表明了哪个mr先执行，哪个后面执行。

若某个Stage对应的一个MapReduce Job，其Map端和Reduce端的计算逻辑分别由Map Operator Tree和Reduce Operator Tree进行描述，Operator Tree由一系列的Operator组成，一个Operator代表在Map或Reduce阶段的一个单一的逻辑操作，例如TableScan Operator，Select Operator，Join Operator等。

下图是由一个执行计划绘制而成：

常见的Operator及其作用如下：

• TableScan：表扫描操作，通常map端第一个操作肯定是表扫描操作
• Select Operator：选取操作
• Group By Operator：分组聚合操作
• Reduce Output Operator：输出到 reduce 操作
• Filter Operator：过滤操作， 对应sql语句的where或者having
• Join Operator：join 操作
• File Output Operator：文件输出操作
• Fetch Operator 客户端获取数据操作，因为进行查询之后，会把数据写入到hdfs的临时表当中，通过fetch可以展示在终端。

2.2 基本语法

• 基本语法其实就是在sql的最前面加上explain

EXPLAIN [FORMATTED | EXTENDED | DEPENDENCY] query-sql

注：FORMATTED、EXTENDED、DEPENDENCY关键字为可选项，各自作用如下。

• FORMATTED：将执行计划以格式化的JSON字符串的形式输出

• EXTENDED：输出执行计划中的额外信息，通常是读写的文件名等信息
• DEPENDENCY：输出执行计划读取的表及分区

2.3 案例实操

hive (default)> 
explain
select
    user_id,
    count(*)
from order_detail
group by user_id;

3、分组聚合优化

3.1 优化说明

Hive中未经优化的分组聚合，是通过一个MapReduce Job实现的。Map端负责读取数据，并按照分组字段分区，通过Shuffle，将数据发往Reduce端，各组数据在Reduce端完成最终的聚合运算。

• 聚合之后数据量不可能变大，但是有可能数据量不变。

Hive对分组聚合的优化主要围绕着减少Shuffle数据量进行，具体做法是map-side聚合。所谓map-side聚合，就是在map端维护一个hash table，利用其完成部分的聚合，然后将部分聚合的结果，按照分组字段分区，发送至reduce端，完成最终的聚合。map-side聚合能有效减少shuffle的数据量，提高分组聚合运算的效率。

（1）map-side 聚合相关的参数

1、启用map-side聚合

set hive.map.aggr=true;

• 该参数默认是开启的。

2、用于检测源表数据是否适合进行map-side聚合。检测的方法是：先对若干条数据进行map-side聚合，若聚合后的条数和聚合前的条数比值小于该值，则认为该表适合进行map-side聚合；否则，认为该表数据不适合进行map-side聚合，后续数据便不再进行map-side聚合。

set hive.map.aggr.hash.min.reduction=0.5;

• 如果hive.map.aggr.hash.min.reduction的值为1，则所有的数据不会判断，直接全部进行map端聚合。

3、用于检测源表是否适合map-side聚合的条数。

set hive.groupby.mapaggr.checkinterval=100000;

4、map-side聚合所用的hash table，占用map task堆内存的最大比例，若超出该值，则会对hash table进行一次flush。

set hive.map.aggr.hash.force.flush.memory.threshold=0.9;

3.2 优化案例

select
    product_id,
    count(*)
from order_detail
group by product_id;

1、优化前（跑了46s）

set hive.map.aggr=false;

手动将该参数设置为false

2、优化后（跑了46s）

原因：和product_id的分组字段在这张表上的分布有关，因为hive在进行hive.groupby.mapaggr.checkinterval这个参数的校验时不是随机的去进行校验，只会对每个map的前面一部分数据进行判断。可能恰好前面的数据在进行分组聚合的时候，product_id的值都相同。

• 也就是hive判断是否适合分组聚合的不是很智能，这个时候我们可以让其强制进行分组聚合。

set hive.map.aggr.hash.min.reduction=1;

此时时间跑了32秒，比之前快了10秒。

• 按道理product_id只有100万数据，为什么这里map端输出的数据会大于100万？原因是因为触发了flush，也就是上面的第四个参数。例如，在flush之前已经有product_id=1的数据了，flush之后会重新用一个hash table，这样product_id可能就会输出多次了。

那么如果flush的次数多了，分组聚合的效果也不会很好，这个时候可以怎么办？
1、调整参数阈值。

set hive.map.aggr.hash.force.flush.memory.threshold=0.9;

2、如果调整之后效果还是不明显，说明hive的总内存小，则可以调整下面这个参数：

set  mapreduce.map.memory.mb=2048;

4、join优化

4.1 Join算法概述

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。如下图所示：

• 如果是A join B join C ，这种时候是使用1个MR还是2个MR呢？
• 如果join的字段都是相同的，这种时候没有必要使用两个MR，一个MR就够了，如下图所示。
  
• 如果join的字段不相同，就不能使用一个MR，因为map分区的字段不同的。这种情况下只能A和B去进行common join，之后在对join之后的中间结果与C表进行另一个common join。

因此，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。

例如：

hive (default)> 
select 
    a.val, 
    b.val, 
    c.val 
from a 
join b on (a.key = b.key1) 
join c on (c.key = b.key1)

上述sql语句中两个join操作的关联字段均为b表的key1字段，则该语句中的两个join操作可由一个Common Join任务实现，也就是可通过一个Map Reduce任务实现。

hive (default)> 
select 
    a.val, 
    b.val, 
    c.val 
from a 
join b on (a.key = b.key1) 
join c on (c.key = b.key2)

上述sql语句中的两个join操作关联字段各不相同，则该语句的两个join操作需要各自通过一个Common Join任务实现，也就是通过两个Map Reduce任务实现。

（2）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。

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。如下图所示:

• 在map阶段完成join，比在reduce阶段完成join的效率要更高，因为这样可以省去shuffle的时间。
• map join核心的点在于：要将小表的数据都缓存到mapper的内存里面，所以map join有瓶颈：不能适用于大表join大表的情况。
• 但是并不是所有的join都能在map阶段完成，适用场景是：大表join小表。

（3）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：【要满足下面几个条件】

1、参与join的表均为分桶表
2、关联字段为分桶字段
3、其中一张表的分桶数量是另外一张表分桶数量的整数倍

满足上面三个条件则能保证参与join的两张表的分桶之间具有明确的关联关系，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。其原理如图所示：

• bucket map join和map join的核心原理是一致的，同样是分两个阶段去做，第一个阶段也是要由本地任务去读取相对来说小一点的表的数据，这里读B的数据，之后制作hash表。这里hash表是根据分桶的数据操作的。
• 有几个桶就会有几个mapper。

（4）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，其原理如图所示：

SMB Map Join与Bucket Map Join相比的优势是什么？
1、不需要在制作hash表，分桶在匹配的时候也不需要使用hash表。
2、对内存的要求更低，不需要将桶在放到第二个join的内存当中，因为桶内的数据已经有序了。

• 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服务器托管网端是无需对整个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。

4.2 使用说明

（1）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。

1）Hint提示

用户可通过如下方式，指定通过map join算法，并且ta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;

2）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。

• 这个条件任务会包含所有可能的map join任务。
• 原有的Common Join任务是作为一个后备任务的。

最终具体采用哪个计划，是在运行时决定的。大致思路如下图所示：

• 在表已知大小的情况下，就不需要使用这个conditional task了。

假设现在是a表 join b表

寻找大表候选人阶段：
1、如果是left join，则大表候选人为a表。
2、如果是inner join，则大表候选人为a表和b表。
3、如果是right join，则大表候选人为b表。
4、如果是full join，则这种情况下无法进行map join。因为这时候必须保证返回a和b的全部数据。但是map join的原理是缓存大表，遍历小表，因此无法做到。

图中涉及到的参数如下：

1、启动Map Join自动转换

set hive.auto.convert.join=true;

2、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

set hive.mapjoin.smalltable.filesize=250000;

3、开启无条件转Map Join

set hive.auto.convert.join.noconditionaltask=true;

4、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

set hive.auto.convert.join.noconditionaltask.size=10000000;

（2）map join案例

（1）首先查看下面的sql语句优化前是如何执行的。

• 可以看到这是多表join，并且关联的字段是不同的。字段不同，因此是两个common join task。

不进行优化，所以下面这个参数需要关闭，下面这个参数是自动进行map join优化的子开关。

set hive.auto.convert.join=false;

使用explain查看执行计划

• stage1做了什么？

stage1的第一个tablescan

stage1的第二个tablescan

stage1的reduce阶段

• stage2做了什么？

经过上面的分析发现：

我们自己写的sql语句的多表join的顺序，和真正执行计划当中表的join顺序是不同的。hive会选取最小代价的方式进行多表join。

（2）优化思路

• 进行优化的时候，必须考虑表的大小，不能脱离表的大小去考虑优化思路。

经分析，参与join的三张表，数据量如下

表名	大小
order_detail	1176009934（约1122M）【大表】
product_info	25285707（约24M）【小表】
province_info	369（约0.36K）【小表】

注：可使用如下语句获取表/分区的大小信息

hive (default)> 
desc formatted table_name partition(partition_col='partition');

通过partition(partition_col=‘partition’)，这个参数，则只会打印’partition这个分区的信息了。

三张表中，product_info和province_info数据量较小，可考虑将其作为小表，进行Map Join优化。

根据前文Common Join任务转Map Join任务的判断逻辑图，可得出以下优化方案：

方案一：（9min41s）

启用Map Join自动转换。

hive (default)> 
set hive.auto.convert.join=true;

不使用无条件转Map Join，因此会产生条件任务。

hive (default)> 
set hive.auto.convert.join.noconditionaltask=false;

调整hive.mapjoin.smalltable.filesize参数，使其大于等于product_info。这样的话可以保证product_info表和province_info表都放到内存里面。

hive (default)> 
set hive.mapjoin.smalltable.filesize=25285707;

这样可保证将两个Common Join operator均可转为Map Join operator，并保留Common Join作为后备计划，保证计算任务的稳定。

调整优化参数之后再次查看执行计划：

• stage5和stage6是将第三张表和中间结果各自当成大表，生成的执行任务。

将流程图放大如下所示：

方案二：（4min52s）

启用Map Join自动转换。

hive (default)> 
set hive.auto.convert.join=true;

使用无条件转Map Join。也就是不需要条件任务了。因为我们三张表的大小都知道了，就不需要了。

hive (default)> 
set hive.auto.convert.join.noconditionaltask=true;

没有条件任务之后，就不用再调整hive.mapjoin.smalltable.filesize参数了，而要调整

调整hive.auto.convert.join.noconditionaltask.size参数，使其大于等于product_info和province_info之和。

hive (default)> 
set hive.auto.convert.join.noconditionaltask.size=25286076;

这样可直接将两个Common Join operator转为两个Map Join operator，并且由于两个Map Join operator的小表大小之和小于等于hive.auto.convert.join.noconditionaltask.size，故两个Map Join operator任务可合并为同一个。这个方案计算效率最高，但需要的内存也是最多的。

方案二的执行计划如下图所示，相比于方案一要简洁很多。

• 分析：为什么方案二比方案一更快
  方案一虽然两个都是map join，但是没有进行合并。方案二不要条件任务，并且在内存充足的情况下，可以将两个map join进行合并，

方案三：（时间和方案一差不多）

启用Map Join自动转换。

hive (default)> 
set hive.auto.convert.join=true;

使用无条件转Map Join。

hive (default)> 
set hive.auto.convert.join.noconditionaltask=true;

调整hive.auto.convert.join.noconditionaltask.size参数，使其等于product_info。

hive (default)> 
set hive.auto.convert.join.noconditionaltask.size=25285707;

这样可直接将两个Common Join operator转为Map Join operator，但不会将两个Map Join的任务合并。该方案计算效率比方案二低，但需要的内存也更少。

• 需要注意的是，文件在磁盘当中占用的空间，和加载到内存当中占用空间的大小是不同的。例如：数据从文件当中加载到内存当中需要有一个解序列化的过程，解序列化之后数据会变大的，除此之外，数据来到内存当中，可能会封装成对象，也会有一些额外的开销。这种情况下文件的大小是远小于加载到内存当中的大小的。大小一般是10倍的差距。也就是如果文件是1G的话，内存当中会是10G。

（3）Bucket Map Join

在MR当中，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。

1）Hint提示

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

2）相关参数

1、关闭cbo优化，cbo会导致hint信息被忽略

set hive.cbo.enable=false;

2、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;

3、启用bucket map join优化功能

set hive.optimize.bucketmapjoin = true;

（4）Bucket Map Join案例

1）示例SQL

hive (default)> 
select
    *
from(
    select
        *
    from order_detail
    where dt='2020-06-14'
)od
join(
    select
        *
    from payment_detail
    where dt='2020-06-14'
)pd
on od.id=pd.order_detail_id;

2）优化前

上述SQL语句共有两张表一次join操作，故优化前的执行计划应包含一个Common Join任务，通过一个MapReduce Job实现。执行计划如下图所示：

• 上面的图使用的是common join

3）优化思路

经分析，参与join的两张表，数据量如下。

表名	大小
order_detail	1176009934（约1122M）
payment_detail	334198480（约319M）

• 这里的大小是在底层文件的大小，而不是在内存当中的大小。

如果此时使用map join将payment_detail当成小表的话，按照之前的规律，319M*10大于3G，在内存当中需要占用3G多才能缓存小表的Hash表。

因此这个使用考虑使用bucket map join。首先确保这两张表是分桶表，分桶个数成倍数，且两张表的分桶字段需要相同。

首先需要依据源表创建两个分桶表，order_detail建议分16个bucket，payment_detail建议分8个bucket,注意分桶个数的倍数关系以及分桶字段。

–订单表

hive (default)> 
drop table if exists order_detail_bucketed;
create table order_detail_bucketed(
    id           string comment '订单id',
    user_id      string comment '用户id',
    product_id   string comment '商品id',
    province_id  string comment '省份id',
    create_time  string comment '下单时间',
    pr服务器托管网oduct_num  int comment '商品件数',
    total_amount decimal(16, 2) comment '下单金额'
)
clustered by (id) into 16 buckets
row format delimited fields terminated by 't';

–支付表

hive (default)> 
drop table if exists payment_detail_bucketed;
create table payment_detail_bucketed(
    id              string comment '支付id',
    order_detail_id string comment '订单明细id',
    user_id         string comment '用户id',
    payment_time    string comment '支付时间',
    total_amount    decimal(16, 2) comment '支付金额'
)
clustered by (order_detail_id) into 8 buckets
row format delimited fields terminated by 't';

然后向两个分桶表导入数据。

订单表：

hive (default)> 
insert overwrite table order_detail_bucketed
select
    id,
    user_id,
    product_id,
    province_id,
    create_time,
    product_num,
    total_amount   
from order_detail
where dt='2020-06-14';

分桶表：

hive (default)> 
insert overwrite table payment_detail_bucketed
select
    id,
    order_detail_id,
    user_id,
    payment_time,
    total_amount
from payment_detail
where dt='2020-06-14';

然后设置以下参数：

1、关闭cbo优化，cbo会导致hint信息被忽略，需将如下参数修改为false

set hive.cbo.enable=false;

2、map join hint默认会被忽略(因为已经过时)，需将如下参数修改为false

set hive.ignore.mapjoin.hint=false;

3、启用bucket map join优化功能,默认不启用，需将如下参数修改为true

set hive.optimize.bucketmapjoin = true;

最后在重写SQL语句，如下：

hive (default)> 
select /*+ mapjoin(pd) */
    *
from order_detail_bucketed od
join payment_detail_bucketed pd on od.id = pd.order_detail_id;

优化后的执行计划如图所示：

• 上面的图使用的是map join

（5） 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：

1、启动Sort Merge Bucket Map Join优化

set hive.optimize.bucketmapjoin.sortedmerge=true;

2、使用自动转换SMB Join

set hive.auto.convert.sortmerge.join=true;

使用和上一个案例相同的数据（分桶之后多加了一个桶内有序），得到的结果如下图所示：

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