hive学习笔记之十:用户自定义聚合函数(UDAF)

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本篇概览

  • 本文是《hive学习笔记》的第十篇,前文实践过UDF的开发、部署、使用,那个UDF适用于一进一出的场景,例如将每条记录的指定字段转为大写;
  • 除了一进一出,在使用group by的SQL中,多进一出也是常见场景,例如hive自带的avg、sum都是多进一出,这个场景的自定义函数叫做用户自定义聚合函数(User Defiend Aggregate Function,UDAF),UDAF的开发比一进一出要复杂一些,本篇文章就一起来实战UDAF开发;
  • 本文开发的UDAF名为udf_fieldlength ,用于group by的时候,统计指定字段在每个分组中的总长度;

准备工作

  1. 在一些旧版的教程和文档中,都会提到UDAF开发的关键是继承UDAF.java;
  2. 打开hive-exec的1.2.2版本源码,却发现UDAF类已被注解为Deprecated
  3. UDAF类被废弃后,推荐的替代品有两种:实现GenericUDAFResolver2接口,或者继承AbstractGenericUDAFResolver类;
  4. 现在新问题来了:上述两种替代品,咱们在做UDAF的时候该用哪一种呢?
  5. 打开AbstractGenericUDAFResolver类的源码瞅一眼,如下所示,是否有种恍然大悟的感觉,这个类自身就是GenericUDAFResolver2接口的实现类:
public abstract class AbstractGenericUDAFResolver
    implements GenericUDAFResolver2
{

  @SuppressWarnings("deprecation")
  @Override
  public GenericUDAFEvaluator getEvaluator(GenericUDAFParameterInfo info)
    throws SemanticException {

    if (info.isAllColumns()) {
      throw new SemanticException(
          "The specified syntax for UDAF invocation is invalid.");
    }

    return getEvaluator(info.getParameters());
  }

  @Override
  public GenericUDAFEvaluator getEvaluator(TypeInfo[] info) 
    throws SemanticException {
    throw new SemanticException(
          "This UDAF does not support the deprecated getEvaluator() method.");
  }
}
  1. 既然源码都看了,也就没啥好纠结的了,继承父类还是实现接口都可以,您自己看着选吧,我这里选的是继承AbstractGenericUDAFResolver类;

关于UDAF的四个阶段

  • 在编码前,要先了解UDAF的四个阶段,定义在GenericUDAFEvaluator的Mode枚举中:
  1. COMPLETE:如果mapreduce只有map而没有reduce,就会进入这个阶段;
  2. PARTIAL1:正常mapreduce的map阶段;
  3. PARTIAL2:正常mapreduce的combiner阶段;
  4. FINAL:正常mapreduce的reduce阶段;

每个阶段被调用的方法

  • 开发UDAF时,要继承抽象类GenericUDAFEvaluator,里面有多个抽象方法,在不同的阶段,会调用到这些方法中的一个或多个;
  • 下图对每个阶段调用了哪些方法说得很清楚:
在这里插入图片描述
  • 下图对顺序执行的三个阶段和涉及方法做了详细说明:
在这里插入图片描述
  • 以上两张图片的出处都是kent7306的文章《Hive UDAF开发详解》,地址:https://blog.csdn.net/kent7306/article/details/50110067
  • 上面两幅图将抽象方法和每个阶段的关系都梳理得很清晰了,接下来咱们开始编码;

源码下载

  1. 如果您不想编码,可以在GitHub下载所有源码,地址和链接信息如下表所示:
名称 链接 备注
项目主页 https://github.com/zq2599/blog_demos 该项目在GitHub上的主页
git仓库地址(https) https://github.com/zq2599/blog_demos.git 该项目源码的仓库地址,https协议
git仓库地址(ssh) git@github.com:zq2599/blog_demos.git 该项目源码的仓库地址,ssh协议
  1. 这个git项目中有多个文件夹,本章的应用在hiveudf文件夹下,如下图红框所示:
在这里插入图片描述

UDAF开发步骤简述

开发UDAF分为以下几步:

  1. 新建类FieldLengthAggregationBuffer,用于保存中间结果,该类需继承AbstractAggregationBuffer;
  2. 新建类FieldLengthUDAFEvaluator,用于实现四个阶段中会被调用的方法,该类需继承GenericUDAFEvaluator;
  3. 新建类FieldLength,用于在hive中注册UDAF,里面会实例化FieldLengthUDAFEvaluator,该类需继承AbstractGenericUDAFResolver;
  4. 编译构建,得到jar;
  5. 在hive添加jar;
  6. 在hive注册函数;

接下来就按照上述步骤开始操作;

开发

  1. 打开前文新建的hiveudf工程,新建FieldLengthAggregationBuffer.java,这个类的作用是缓存中间计算结果,每次计算的结果都放入这里面,被传递给下个阶段,其成员变量value用来保存累加数据:
package com.bolingcavalry.hiveudf.udaf;

import org.apache.hadoop.hive.ql.udf.generic.GenericUDAFEvaluator;
import org.apache.hadoop.hive.ql.util.JavaDataModel;

public class FieldLengthAggregationBuffer extends GenericUDAFEvaluator.AbstractAggregationBuffer {

    private Integer value = 0;

    public Integer getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(Integer value) {
        this.value = value;
    }

    public void add(int addValue) {
        synchronized (value) {
            value += addValue;
        }
    }

    /**
     * 合并值缓冲区大小,这里是用来保存字符串长度,因此设为4byte
     * @return
     */
    @Override
    public int estimate() {
        return JavaDataModel.PRIMITIVES1;
    }
}
  1. 新建FieldLengthUDAFEvaluator.java,里面是整个UDAF逻辑实现,关键代码已经添加了注释,请结合前面的图片来理解,核心思路是iterate将当前分组的字段处理完毕,merger把分散的数据合并起来,再由terminate决定当前分组计算结果:
package com.bolingcavalry.hiveudf.udaf;

import org.apache.hadoop.hive.ql.metadata.HiveException;
import org.apache.hadoop.hive.ql.udf.generic.GenericUDAFEvaluator;
import org.apache.hadoop.hive.serde2.objectinspector.ObjectInspector;
import org.apache.hadoop.hive.serde2.objectinspector.ObjectInspectorFactory;
import org.apache.hadoop.hive.serde2.objectinspector.PrimitiveObjectInspector;

/**
 * @Description: 这里是UDAF的实际处理类
 * @author: willzhao E-mail: zq2599@gmail.com
 * @date: 2020/11/4 9:57
 */
public class FieldLengthUDAFEvaluator extends GenericUDAFEvaluator {

    PrimitiveObjectInspector inputOI;

    ObjectInspector outputOI;

    PrimitiveObjectInspector integerOI;

    /**
     * 每个阶段都会被执行的方法,
     * 这里面主要是把每个阶段要用到的输入输出inspector好,其他方法被调用时就能直接使用了
     * @param m
     * @param parameters
     * @return
     * @throws HiveException
     */
    @Override
    public ObjectInspector init(Mode m, ObjectInspector[] parameters) throws HiveException {
        super.init(m, parameters);

        // COMPLETE或者PARTIAL1,输入的都是数据库的原始数据
        if(Mode.PARTIAL1.equals(m) || Mode.COMPLETE.equals(m)) {
            inputOI = (PrimitiveObjectInspector) parameters[0];
        } else {
            // PARTIAL2和FINAL阶段,都是基于前一个阶段init返回值作为parameters入参
            integerOI = (PrimitiveObjectInspector) parameters[0];
        }

        outputOI = ObjectInspectorFactory.getReflectionObjectInspector(
                Integer.class,
                ObjectInspectorFactory.ObjectInspectorOptions.JAVA
        );

        // 给下一个阶段用的,即告诉下一个阶段,自己输出数据的类型
        return outputOI;
    }

    public AggregationBuffer getNewAggregationBuffer() throws HiveException {
        return new FieldLengthAggregationBuffer();
    }

    /**
     * 重置,将总数清理掉
     * @param agg
     * @throws HiveException
     */
    public void reset(AggregationBuffer agg) throws HiveException {
        ((FieldLengthAggregationBuffer)agg).setValue(0);
    }

    /**
     * 不断被调用执行的方法,最终数据都保存在agg中
     * @param agg
     * @param parameters
     * @throws HiveException
     */
    public void iterate(AggregationBuffer agg, Object[] parameters) throws HiveException {
        if(null==parameters || parameters.length<1) {
            return;
        }

        Object javaObj = inputOI.getPrimitiveJavaObject(parameters[0]);

        ((FieldLengthAggregationBuffer)agg).add(String.valueOf(javaObj).length());
    }

    /**
     * group by的时候返回当前分组的最终结果
     * @param agg
     * @return
     * @throws HiveException
     */
    public Object terminate(AggregationBuffer agg) throws HiveException {
        return ((FieldLengthAggregationBuffer)agg).getValue();
    }

    /**
     * 当前阶段结束时执行的方法,返回的是部分聚合的结果(map、combiner)
     * @param agg
     * @return
     * @throws HiveException
     */
    public Object terminatePartial(AggregationBuffer agg) throws HiveException {
        return terminate(agg);
    }

    /**
     * 合并数据,将总长度加入到缓存对象中(combiner或reduce)
     * @param agg
     * @param partial
     * @throws HiveException
     */
    public void merge(AggregationBuffer agg, Object partial) throws HiveException {

        ((FieldLengthAggregationBuffer) agg).add((Integer)integerOI.getPrimitiveJavaObject(partial));
    }
}
  1. 最后是FieldLength.java,该类注册UDAF到hive时用到的,负责实例化FieldLengthUDAFEvaluator,给hive使用:
package com.bolingcavalry.hiveudf.udaf;

import org.apache.hadoop.hive.ql.parse.SemanticException;
import org.apache.hadoop.hive.ql.udf.generic.AbstractGenericUDAFResolver;
import org.apache.hadoop.hive.ql.udf.generic.GenericUDAFEvaluator;
import org.apache.hadoop.hive.ql.udf.generic.GenericUDAFParameterInfo;
import org.apache.hadoop.hive.serde2.typeinfo.TypeInfo;

public class FieldLength extends AbstractGenericUDAFResolver {
    @Override
    public GenericUDAFEvaluator getEvaluator(GenericUDAFParameterInfo info) throws SemanticException {
        return new FieldLengthUDAFEvaluator();
    }

    @Override
    public GenericUDAFEvaluator getEvaluator(TypeInfo[] info) throws SemanticException {
        return new FieldLengthUDAFEvaluator();
    }
}

至此,编码完成,接下来是部署和体验;

部署和体验

本次部署的注册方式是临时函数,如果您想注册为永久函数,请参考前文;

  1. 在pom.xml所在目录执行mvn clean package -U,即可编译构建;
  2. 在target目录得到文件hiveudf-1.0-SNAPSHOT.jar
  3. 上传到hive服务器,我这里是放在/home/hadoop/udf目录;
  4. 进入hive会话,执行以下命令添加jar:
add jar /home/hadoop/udf/hiveudf-1.0-SNAPSHOT.jar;
  1. 执行以下命令注册:
create temporary function udf_fieldlength as 'com.bolingcavalry.hiveudf.udaf.FieldLength';
  1. 找一个适合执行group by的表试试,我这里是前面的文章中创建的address表,完整数据如下:
hive> select * from address;
OK
1   guangdong   guangzhou
2   guangdong   shenzhen
3   shanxi  xian
4   shanxi  hanzhong
6   jiangshu    nanjing
  1. 执行下面的SQL:
select province, count(city), udf_fieldlength(city) from address group by province;

执行结果如下,可见guangdong的guangzhou和shenzhen总长度为17,jiangsu的nanjing为7,shanxi的xian和hanzhong总长度12,符合预期:

Total MapReduce CPU Time Spent: 2 seconds 730 msec
OK
guangdong   2   17
jiangshu    1   7
shanxi  2   12
Time taken: 28.484 seconds, Fetched: 3 row(s)

至此,UDAF的学习和实践就完成了,咱们掌握了多进一出的函数开发,由于涉及到多个阶段和外部调用的逻辑,使得UDAF的开发难度略大,接下来的文章是一进多出的开发,会简单一些。

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