HIVE: Map Join Vs Common Join, and SMB

HIVE 

Map Join is nothing but the extended version of Hash Join of SQL Server - just extending Hash Join into Distributed System.

SMB(Sort Merge Bucket) Join is also similar to the SQL Server Merge Join mechnism - just extending it into Distributed System.

If the tables being joined are bucketized, and the buckets are a multiple of each other, the buckets can be joined with each other. If table A has 8 buckets are table B has 4 buckets, the following join:

SELECT /*+ MAPJOIN(b) */ a.key, a.value FROM a join b on a.key = b.key

can be done on the mapper only. Instead of fetching B completely for each mapper of A, only the required buckets are fetched. For the query above, the mapper processing bucket 1 for A will only fetch bucket 1 of B. It is not the default behavior, and is governed by the following parameter

set hive.optimize.bucketmapjoin = true

If the tables being joined are sorted and bucketized, and the number of buckets are same, a sort-merge join can be performed. The corresponding buckets are joined with each other at the mapper. If both A and B have 4 buckets

SELECT /*+ MAPJOIN(b) */ a.key, a.value FROM A a join B b on a.key = b.key

can be done on the mapper only. The mapper for the bucket for A will traverse the corresponding bucket for B. This is not the default behavior, and the following parameters need to be set:

set hive.input.format=org.apache.hadoop.hive.ql.io.BucketizedHiveInputFormat;

set hive.optimize.bucketmapjoin = true;

set hive.optimize.bucketmapjoin.sortedmerge = true;

下面进行一次简单的性能比较测试.

表结构：

hive> desc student;
OK
no                      double
name                    string
code                    string
Time taken: 0.568 seconds, Fetched:  row(s)
hive> desc stu_add;
OK
add_code                double
address                 string
Time taken: 0.093 seconds, Fetched:  row(s)

表student大小，约470M

-rwxr-xr-x    stevenxia supergroup   -- : /user/hive/warehouse/student/part-m-00000_copy_7

表stu_add小大约 1K

Found  items
-rwxr-xr-x    stevenxia supergroup        -- : /user/hive/warehouse/stu_add/part-m-

运行

select s.name, a.address from student s join stu_add a on s.no = a.add_code;

进行了多次测试，结果：

序号	set hive.auto.convert.join = false;	set hive.auto.convert.join = true;
1	2m 1s	35s
2	2m 9s	33s
3	2m 1s	33s

WHY?

我想主要Common Join有两点性能消耗比较多：

a. Shuffle过程，需要把各个mapper的结果写到磁盘

b. 需要把map task的结果复制到其它data node上进行reduce

这是我的理解，如有错误，不吝赐教。

reduce side join是一种最简单的join方式，其主要思想如下：

在map阶段，map函数同时读取两个文件File1和File2，为了区分两种来源的key/value数据对，对每条数据打一个标签（tag）,比如：tag=0表示来自文件File1，tag=2表示来自文件File2。即：map阶段的主要任务是对不同文件中的数据打标签。

在reduce阶段，reduce函数获取key相同的来自File1和File2文件的value list， 然后对于同一个key，对File1和File2中的数据进行join（笛卡尔乘积）。即：reduce阶段进行实际的连接操作。

之所以存在reduce side join，是因为在map阶段不能获取所有需要的join字段，即：同一个key对应的字段可能位于不同map中。Reduce side join是非常低效的，因为shuffle阶段要进行大量的数据传输。

Map side join是针对以下场景进行的优化：两个待连接表中，有一个表非常大，而另一个表非常小，以至于小表可以直接存放到内存中。这样，我们可以将小表复制多份，让每个map task内存中存在一份（比如存放到hash table中），然后只扫描大表：对于大表中的每一条记录key/value，在hash table中查找是否有相同的key的记录，如果有，则连接后输出即可。

为了支持文件的复制，Hadoop提供了一个类DistributedCache，使用该类的方法如下：

（1）用户使用静态方法DistributedCache.addCacheFile()指定要复制的文件，它的参数是文件的URI（如果是HDFS上的文件，可以这样：hdfs://namenode:9000/home/XXX/file，其中9000是自己配置的NameNode端口号）。JobTracker在作业启动之前会获取这个URI列表，并将相应的文件拷贝到各个TaskTracker的本地磁盘上。（2）用户使用DistributedCache.getLocalCacheFiles()方法获取文件目录，并使用标准的文件读写API读取相应的文件。

reduce side join + BloomFilter
将小表中的key保存到BloomFilter中，在map阶段扫描过滤大表，可能有一些不在小表中的记录没有过滤掉（但是在小表中的记录一定不会过滤掉），这没关系，只不过增加了少量的网络IO而已.

Semi Join，也叫半连接，是从分布式数据库中借鉴过来的方法。它的产生动机是：对于reduce side join，跨机器的数据传输量非常大，这成了join操作的一个瓶颈，如果能够在map端过滤掉不会参加join操作的数据，则可以大大节省网络IO.

实现方法很简单：选取一个小表，假设是File1，将其参与join的key抽取出来，保存到文件File3中，File3文件一般很小，可以放到内存中。在map阶段，使用DistributedCache将File3复制到各个TaskTracker上，然后将File2中不在File3中的key对应的记录过滤掉，剩下的reduce阶段的工作与reduce side join相同。

Sort Merge Bucket Join 存在的目的主要是为了解决大表与大表间的 Join 问题，分桶其实就是把大表化成了“小表”，然后 Map-Side Join 解决之，这是典型的分而治之的思想。

连接两个在（包含连接列的）相同列上划分了桶的表，可以使用 Map 端连接 （Map-side join）高效的实现。比如JOIN操作。对于JOIN操作两个表有一个相同的列，如果对这两个表都进行了桶操作。那么将保存相同列值的桶进行JOIN操作就可以，可以大大较少JOIN的数据量.

set hive.input.format=org.apache.hadoop.hive.ql.io.BucketizedHiveInputFormat;
set hive.optimize.bucketmapjoin = true;
set hive.optimize.bucketmapjoin.sortedmerge = true;