Hive执行计划之一文读懂Hive执行计划

概述
1.hive执行计划的查看
2.学会查看Hive执行计划的基本信息
3.执行计划步骤操作过程
4.explain extended

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：

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

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

-- 本文默认使用mr计算引擎

explain

-- 统计年龄小于30岁各个年龄里，昵称里带“小”的人数

select age,count(0) as num from temp.user_info_all where ymd = '20230505'

and age < 30 and nick like '%小%'

group by age;

执行计划：

# 描述任务之间stage的依赖关系

STAGE DEPENDENCIES:

  Stage-1 is a root stage

  Stage-0 depends on stages: Stage-1

# 每个stage详细信息

STAGE PLANS:

  Stage: Stage-1

    Map Reduce

      Map Operator Tree:

          TableScan

            alias: user_info_all

            Statistics: Num rows: 32634295 Data size: 783223080 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE

            Filter Operator

              predicate: ((age < 30) and (nick like '%小%')) (type: boolean)

              Statistics: Num rows: 5439049 Data size: 130537176 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE

              Select Operator

                expressions: age (type: bigint)

                outputColumnNames: age

                Statistics: Num rows: 5439049 Data size: 130537176 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE

                Group By Operator

                  aggregations: count(0)

                  keys: age (type: bigint)

                  mode: hash

                  outputColumnNames: _col0, _col1

                  Statistics: Num rows: 5439049 Data size: 130537176 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE

                  Reduce Output Operator

                    key expressions: _col0 (type: bigint)

                    sort order: +

                    Map-reduce partition columns: _col0 (type: bigint)

                    Statistics: Num rows: 5439049 Data size: 130537176 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE

                    value expressions: _col1 (type: bigint)

      Reduce Operator Tree:

        Group By Operator

          aggregations: count(VALUE._col0)

          keys: KEY._col0 (type: bigint)

          mode: mergepartial

          outputColumnNames: _col0, _col1

          Statistics: Num rows: 2719524 Data size: 65268576 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE

          File Output Operator

            compressed: true

            Statistics: Num rows: 2719524 Data size: 65268576 Basic stats: COMPLETE Column stats: NONE

            table:

                input format: org.apache.hadoop.mapred.SequenceFileInputFormat

                output format: org.apache.hadoop.hive.ql.io.HiveSequenceFileOutputFormat

                serde: org.apache.hadoop.hive.serde2.lazy.LazySimpleSerDe

  Stage: Stage-0

    Fetch Operator

      limit: -1

      Processor Tree:

        ListSink

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。

explain extended

-- 统计年龄小于30岁各个年龄里，昵称里带“小”的人数

select age,count(0) as num from temp.user_info_all where ymd = '20230505'

and age < 30 and nick like '%小%'

group by age;

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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