Hive执行计划之一文读懂Hive执行计划

概述

Hive的执行计划描述了一个hiveSQL语句的具体执行步骤，通过执行计划解读可以了解hiveSQL语句被解析器转换为相应程序语言的执行逻辑。通过执行逻辑可以知晓HiveSQL运行流程，进而对流程进行优化，实现更优的数据查询处理。
同样，通过执行计划，还可以了解到哪些不一样的SQL逻辑其实是等价的，哪些看似一样的逻辑其实是执行代价完全不一样。
如果说Hive优化是一堵技术路上的高墙，那么关于Hive执行计划，就是爬上这堵高墙的一架梯子。
不同版本的Hive会采用不同的方式生成的执行计划。主要区别就是基于规则生成hive执行计划，和基于成本代价来生成执行计划。而hive早期版本是基于规则生成执行计划，在Hive0.14及之后的版本都是基于成本代价来生成执行计划，这主要是集成了Apache Calcite。Apache Calcite具体可以查看官网介绍。
两种方式的优劣显而易见，基于规则生成执行计划，作为使用方来说，集群的环境，数据量的大小完全不一样，同样的规则逻辑，执行起来差异巨大，因此会对开发者有更高的优化要求。Hive基于成本代价来生成执行计划，这种方式能够结合Hive元数据信息和Hive运行过程收集到的各类存储统计信息推测出一个更合理的执行计划。也就是说Hive本身已经为我们的SQL语句做了一轮优化了，可以预见的将来，Hive还会具备更多的优化能力。
Hive执行计划是一个预估的执行计划，只有在SQL实际执行后才会获取到真正的执行计划，而一些关系型数据库中，会提供真实的SQL执行计划。如SQLserver和Oracle等。
1.hive执行计划的查看

Hive提供的执行计划使用语法如下：

1. EXPLAIN [EXTENDED|CBO|AST|DEPENDENCY|AUTHORIZATION|LOCKS|VECTORIZATION|ANALYZE] query

复制代码

• EXPLAIN：查看执行计划的基本信息；
  
• EXTENDED：加上 extended 可以输出有关计划的额外扩展信息。这些通常是物理信息，例如文件名等；
  
• CBO：可以选择使用Calcite优化器不同成本模型生成计划。CBO 从 hive 4.0.0 版本开始支持；
  
• AST：输出查询的抽象语法树。AST 在hive 2.1.0 版本删除了，存在bug，转储AST可能会导致OOM错误，将在4.0.0版本修复；
  
• DEPENDENCY：dependency在EXPLAIN语句中使用会产生有关计划中输入的依赖信息。包含表和分区信息等；
  
• AUTHORIZATION：显示SQL操作相关权限的信息；
  
• LOCKS：这对于了解系统将获得哪些锁以运行指定的查询很有用。LOCKS 从 hive 3.2.0 开始支持；
  
• VECTORIZATION：查看SQL的矢量化描述信息；
  
• ANALYZE：用实际的行数注释计划。从 Hive 2.2.0 开始支持；
  

以上内容重点关注explain，explain extend，explain dependency，explain authorization，explain vectorization。
2.学会查看Hive执行计划的基本信息

一个HIVE查询被转换为一个由一个或多个stage组成的序列（有向无环图DAG）。这些stage可以是MapReduce stage，也可以是负责元数据存储的stage，也可以是负责文件系统的操作（比如移动和重命名）的stage。
在查询SQL语句前加上关键字explain用来查看执行计划的基本信息。
可以看如下实例的执行计划结果解析：
实例SQL

1. -- 本文默认使用mr计算引擎
2. explain
3. -- 统计年龄小于30岁各个年龄里，昵称里带“小”的人数
4. select age,count(0) as num from temp.user_info_all where ymd = '20230505'
5. and age < 30 and nick like '%小%'
6. group by age;

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执行计划：

1. # 描述任务之间stage的依赖关系
2. STAGE DEPENDENCIES:
3.   Stage-1 is a root stage
4.   Stage-0 depends on stages: Stage-1
5. # 每个stage详细信息
6. STAGE PLANS:
7.   Stage: Stage-1
8.     Map Reduce
9.       Map Operator Tree:
10.           TableScan
11.             alias: user_info_all
12.             Statistics: Num rows: 32634295 Data size: 783223080 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE
13.             Filter Operator
14.               predicate: ((age < 30) and (nick like '%小%')) (type: boolean)
15.               Statistics: Num rows: 5439049 Data size: 130537176 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE
16.               Select Operator
17.                 expressions: age (type: bigint)
18.                 outputColumnNames: age
19.                 Statistics: Num rows: 5439049 Data size: 130537176 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE
20.                 Group By Operator
21.                   aggregations: count(0)
22.                   keys: age (type: bigint)
23.                   mode: hash
24.                   outputColumnNames: _col0, _col1
25.                   Statistics: Num rows: 5439049 Data size: 130537176 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE
26.                   Reduce Output Operator
27.                     key expressions: _col0 (type: bigint)
28.                     sort order: +
29.                     Map-reduce partition columns: _col0 (type: bigint)
30.                     Statistics: Num rows: 5439049 Data size: 130537176 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE
31.                     value expressions: _col1 (type: bigint)
32.       Reduce Operator Tree:
33.         Group By Operator
34.           aggregations: count(VALUE._col0)
35.           keys: KEY._col0 (type: bigint)
36.           mode: mergepartial
37.           outputColumnNames: _col0, _col1
38.           Statistics: Num rows: 2719524 Data size: 65268576 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE
39.           File Output Operator
40.             compressed: true
41.             Statistics: Num rows: 2719524 Data size: 65268576 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE
42.             table:
43.                 input format: org.apache.hadoop.mapred.SequenceFileInputFormat
44.                 output format: org.apache.hadoop.hive.ql.io.HiveSequenceFileOutputFormat
45.                 serde: org.apache.hadoop.hive.serde2.lazy.LazySimpleSerDe
47.   Stage: Stage-0
48.     Fetch Operator
49.       limit: -1
50.       Processor Tree:
51.         ListSink

复制代码

我们将上述结果拆分看，先从最外层开始，包含两个大的部分：

• stage dependencies： 各个stage之间的依赖性
  
• stage plan： 各个stage的执行计划
  

先看第一部分 stage dependencies ，包含两个 stage，Stage-1 是根stage，说明这是开始的stage，Stage-0 依赖 Stage-1，Stage-1执行完成后执行Stage-0。
一些Hive执行逻辑的可视化工具页面就是利用该语句信息绘画出Hive执行流程图以及相关进度信息。
再看第二部分 stage plan，里面有一个 Map Reduce，一个MR的执行计划分为两个部分：

• Map Operator Tree： MAP端的执行计划树
  
• Reduce Operator Tree： Reduce端的执行计划树
  

这两个执行计划树里面包含这条sql语句的 operator：
map端Map Operator Tree信息解读：

• TableScan 对关键字alias声明的结果集进行表扫描操作。
  alias： 表名称
  Statistics： 表统计信息，包含表中数据条数，数据大小等
  
• Filter Operator：过滤操作，表示在之前的表扫描结果集上进行数据过滤。
  predicate：过滤数据时使用的谓词（过滤条件），如sql语句中的and age < 30，则此处显示(age < 30)，什么是谓词，以及优化点，可以详细看之前一篇文章谓词下推。
  Statistics：过滤后数据条数和大小。
  
• Select Operator： 对列进行投影，即筛选列，选取操作。
  expressions：筛选的列名称及列类型
  outputColumnNames：输出的列名称
  Statistics：筛选列后表统计信息，包含表中数据条数，数据大小等。
  
• Group By Operator：分组聚合操作。
  aggregations：显示聚合函数信息，这里使用count(0)。
  keys：表示分组的列，如果没有分组，则没有此字段。
  mode：聚合模式，值有 hash：随机聚合；mergepartial：合并部分聚合结果；final：最终聚合
  outputColumnNames：聚合之后输出列名，_col0对应的是age列， _col1对应的是count(0)列。
  Statistics： 表统计信息，包含分组聚合之后的数据条数，数据大小。
  
• Reduce Output Operator：输出到reduce操作结果集信息。
  key expressions：MR计算引擎，在map和reduce阶段的输出都是key-value形式，这里描述的是map端输出的键使用的是哪个数据列。_col0对应的是age列。
  sort order：值为空不排序；值为 + 正序排序，值为 - 倒序排序；值为 +- 排序的列为两列，第一列为正序，第二列为倒序，以此类推多值排序。
  Map-reduce partition columns：表示Map阶段输出到Reduce阶段的分区列，在HiveSQL中，可以用distribute by指定分区的列。这里默认为_col0对应的是age列。
  Statistics：输出结果集的统计信息。
  value expressions：对应key expressions，这里是value值字段。_col1对应的是count(0)列。
  

接下来是reduce阶段Reduce Operator Tree，出现和map阶段关键词一样的，其含义是一致的，罗列一下map阶段未出现的关键词。

• File Output Operator：文件输出操作。
  compressed：表示输出结果是否进行压缩，true压缩，false不压缩。
  
• table：表示当前操作表的信息。
  input format：输入文件类型。
  output format：输出文件类型。
  serde：读取表数据的序列化和反序列化方式。
  

Stage-0的操作信息。

• Fetch Operator：客户端获取数据操作。
  limit：值为-1标识不限制条数，其他值为限制的条数。
  
• Processor Tree：处理器树
  ListSink：数据展示。
  

3.执行计划步骤操作过程

可以根据上述执行计划通过流程图来描述一下hiveSQL的执行逻辑过程。

通过上图可以很清晰的了解一个hiveSQL的执行逻辑过程，便于理解hive数据流转过程。
4.explain extended

explain extended可以查看explain的扩展信息，主要包含三个部分内容：

• 抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST）：是SQL转换成MR或其他计算引擎的任务中的一个重要过程。AST 在HIVE-13533中从 explain extended 中删除 ，并在HIVE-15932 中恢复为单独的命令 。
  
• 作业的依赖关系图，同explain展现内容。
  
• 每个作业的详细信息，即Stage Plans，相比explain多了表配置信息，表文件存储路径等。具体可以通过以下命令进行查看比对。不作列举了。
  

1. explain extended
2. -- 统计年龄小于30岁各个年龄里，昵称里带“小”的人数
3. select age,count(0) as num from temp.user_info_all where ymd = '20230505'
4. and age < 30 and nick like '%小%'
5. group by age;

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下一期：Hive执行计划之hive依赖及权限查询和常见使用场景
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