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1、Hive架构与基本组成
下面是Hive的架构图。
图1.1 Hive体系结构
Hive的体系结构可以分为以下几部分:
(1)用户接口主要有三个:CLI,Client 和 WUI。其中最常用的是CLI,Cli启动的时候,会同时启动一个Hive副本。Client是Hive的客户端,用户连接至Hive Server。在启动 Client模式的时候,需要指出Hive Server所在节点,并且在该节点启动Hive Server。 WUI是通过浏览器访问Hive。
(2)Hive将元数据存储在数据库中,如mysql、derby。Hive中的元数据包括表的名字,表的列和分区及其属性,表的属性(是否为外部表等),表的数据所在目录等。
(3)解释器、编译器、优化器完成HQL查询语句从词法分析、语法分析、编译、优化以及查询计划的生成。生成的查询计划存储在HDFS中,并在随后有MapReduce调用执行。
(4)Hive的数据存储在HDFS中,大部分的查询、计算由MapReduce完成(包含*的查询,比如select * from tbl不会生成MapRedcue任务)。
Hive将元数据存储在RDBMS中,有三种模式可以连接到数据库:
(1) 单用户模式。此模式连接到一个In-memory 的数据库Derby,一般用于Unit Test。
图2.1 单用户模式
(2)多用户模式。通过网络连接到一个数据库中,是最经常使用到的模式。
图2.2 多用户模式
(3) 远程服务器模式。用于非Java客户端访问元数据库,在服务器端启动MetaStoreServer,客户端利用Thrift协议通过MetaStoreServer访问元数据库。
对于数据存储,Hive没有专门的数据存储格式,也没有为数据建立索引,用户可以非常自由的组织Hive中的表,只需要在创建表的时候告诉Hive数据中的列分隔符和行分隔符,Hive就可以解析数据。Hive中所有的数据都存储在HDFS中,存储结构主要包括数据库、文件、表和视图。Hive中包含以下数据模型:Table内部表,External Table外部表,Partition分区,Bucket桶。Hive默认可以直接加载文本文件,还支持sequence file 、RCFile。
Hive的数据模型介绍如下:
(1)Hive数据库
类似传统数据库的DataBase,在第三方数据库里实际是一张表。简单示例命令行 hive > create database test_database;
(2)内部表
Hive的内部表与数据库中的Table在概念上是类似。每一个Table在Hive中都有一个相应的目录存储数据。例如一个表pvs,它在HDFS中的路径为/wh/pvs,其中wh是在hive-site.xml中由${hive.metastore.warehouse.dir} 指定的数据仓库的目录,所有的Table数据(不包括External Table)都保存在这个目录中。删除表时,元数据与数据都会被删除。
内部表简单示例:
创建数据文件:test_inner_table.txt
创建表:create table test_inner_table (key string)
加载数据:LOAD DATA LOCAL INPATH ‘filepath’ INTO TABLE test_inner_table
查看数据:select * from test_inner_table; select count(*) from test_inner_table
删除表:drop table test_inner_table
(3)外部表
外部表指向已经在HDFS中存在的数据,可以创建Partition。它和内部表在元数据的组织上是相同的,而实际数据的存储则有较大的差异。内部表的创建过程和数据加载过程这两个过程可以分别独立完成,也可以在同一个语句中完成,在加载数据的过程中,实际数据会被移动到数据仓库目录中;之后对数据对访问将会直接在数据仓库目录中完成。删除表时,表中的数据和元数据将会被同时删除。而外部表只有一个过程,加载数据和创建表同时完成(CREATE EXTERNAL TABLE ……LOCATION),实际数据是存储在LOCATION后面指定的 HDFS 路径中,并不会移动到数据仓库目录中。当删除一个External Table时,仅删除该链接。
外部表简单示例:
创建数据文件:test_external_table.txt
创建表:create external table test_external_table (key string)
加载数据:LOAD DATA INPATH ‘filepath’ INTO TABLE test_inner_table
查看数据:select * from test_external_table; •select count(*) from test_external_table
删除表:drop table test_external_table
(4)分区
Partition对应于数据库中的Partition列的密集索引,但是Hive中Partition的组织方式和数据库中的很不相同。在Hive中,表中的一个Partition对应于表下的一个目录,所有的Partition的数据都存储在对应的目录中。例如pvs表中包含ds和city两个Partition,则对应于ds = 20090801, ctry = US 的HDFS子目录为/wh/pvs/ds=20090801/ctry=US;对应于 ds = 20090801, ctry = CA 的HDFS子目录为/wh/pvs/ds=20090801/ctry=CA。
分区表简单示例:
创建数据文件:test_partition_table.txt
创建表:create table test_partition_table (key string) partitioned by (dt string)
加载数据:LOAD DATA INPATH ‘filepath’ INTO TABLE test_partition_table partition (dt=‘2006’)
查看数据:select * from test_partition_table; select count(*) from test_partition_table
删除表:drop table test_partition_table
(5)桶
Buckets是将表的列通过Hash算法进一步分解成不同的文件存储。它对指定列计算hash,根据hash值切分数据,目的是为了并行,每一个Bucket对应一个文件。例如将user列分散至32个bucket,首先对user列的值计算hash,对应hash值为0的HDFS目录为/wh/pvs/ds=20090801/ctry=US/part-00000;hash值为20的HDFS目录为/wh/pvs/ds=20090801/ctry=US/part-00020。如果想应用很多的Map任务这样是不错的选择。
桶的简单示例:
创建数据文件:test_bucket_table.txt
创建表:create table test_bucket_table (key string) clustered by (key) into 20 buckets
加载数据:LOAD DATA INPATH ‘filepath’ INTO TABLE test_bucket_table
查看数据:select * from test_bucket_table; set hive.enforce.bucketing = true;
(6)Hive的视图
视图与传统数据库的视图类似。视图是只读的,它基于的基本表,如果改变,数据增加不会影响视图的呈现;如果删除,会出现问题。•如果不指定视图的列,会根据select语句后的生成。
示例:create view test_view as select * from test
2、Hive的执行原理
图2.1 Hive的执行原理
Hive构建在Hadoop之上,
(1)HQL中对查询语句的解释、优化、生成查询计划是由Hive完成的
(2)所有的数据都是存储在Hadoop中
(3)查询计划被转化为MapReduce任务,在Hadoop中执行(有些查询没有MR任务,如:select * from table)
(4)Hadoop和Hive都是用UTF-8编码的
Hive编译器将一个Hive QL转换操作符。操作符Operator是Hive的最小的处理单元,每个操作符代表HDFS的一个操作或者一道MapReduce作业。Operator都是hive定义的一个处理过程,其定义有:
protected List <Operator<? extends Serializable >> childOperators;
protected List <Operator<? extends Serializable >> parentOperators;
protected boolean done; // 初始化值为false
所有的操作构成了Operator图,hive正是基于这些图关系来处理诸如limit, group by, join等操作。
图2.2 Hive QL的操作符
操作符如下:
TableScanOperator:扫描hive表数据
ReduceSinkOperator:创建将发送到Reducer端的<Key,Value>对
JoinOperator:Join两份数据
SelectOperator:选择输出列
FileSinkOperator:建立结果数据,输出至文件
FilterOperator:过滤输入数据
GroupByOperator:GroupBy语句
MapJoinOperator:/*+mapjoin(t) */
LimitOperator:Limit语句
UnionOperator:Union语句
Hive通过ExecMapper和ExecReducer执行MapReduce任务。在执行MapReduce时有两种模式,即本地模式和分布式模式 。
Hive编译器的组成:
图2.3 Hive编译器的组成
编译流程如下:
3、Hive和数据库的异同
由于Hive采用了SQL的查询语言HQL,因此很容易将Hive理解为数据库。其实从结构上来看,Hive和数据库除了拥有类似的查询语言,再无类似之处。数据库可以用在Online的应用中,但是Hive是为数据仓库而设计的,清楚这一点,有助于从应用角度理解Hive的特性。
Hive和数据库的比较如下表:
Hive |
RDBMS |
|
查询语言 |
HQL |
SQL |
数据存储 |
HDFS |
Raw Device or Local FS |
数据格式 |
用户定义 |
系统决定 |
数据更新 |
不支持 |
支持 |
索引 |
无 |
有 |
执行 |
MapReduce |
Executor |
执行延迟 |
高 |
低 |
处理数据规模 |
大 |
小 |
可扩展性 |
高 |
低 |
启动HIVE的元数据库时,需要进入到hive的安装目录
启动derby数据库:/home/admin/caona/hive/build/dist/,运行startNetworkServer -h 0.0.0.0。
连接Derby数据库进行测试:查看/home/admin/caona/hive/build/dist/conf/hive-default.xml。找到
hive元数据对应的表约有20个,其中和表结构信息有关的有9张,其余的10多张或为空,或只有简单的几条记录,以下是部分主要表的简要说明。
表名 | 说明 | 关联键 |
TBLS | 所有hive表的基本信息 | TBL_ID,SD_ID |
TABLE_PARAM | 表级属性,如是否外部表,表注释等 | TBL_ID |
COLUMNS | Hive表字段信息(字段注释,字段名,字段类型,字段序号) | SD_ID |
SDS | 所有hive表、表分区所对应的hdfs数据目录和数据格式 | SD_ID,SERDE_ID |
SERDE_PARAM | 序列化反序列化信息,如行分隔符、列分隔符、NULL的表示字符等 | SERDE_ID |
PARTITIONS | Hive表分区信息 | PART_ID,SD_ID,TBL_ID |
PARTITION_KEYS | Hive分区表分区键 | TBL_ID |
PARTITION_KEY_VALS | Hive表分区名(键值) | PART_ID |
5、Hive基本操作
Create Table语句的一些注意项:
(1)CREATE TABLE创建一个指定名字的表。如果相同名字的表已经存在,则抛出异常;用户可以用IF NOT EXIST选项来忽略这个异常。
(2)EXTERNAL 关键字可以让用户创建一个外部表,在建表的同时指定一个指向实际数据的路径( LOCATION ),Hive 创建内部表时,会将数据移动到数据仓库指向的路径;若创建外部表,仅记录数据所在的路径,不对数据的位置做任何改变。在删除表的时候,内部表的元数据和数据会被一起删除,而外部表只删除元数据,不删除数据。
(3)LIKE允许用户复制现有的表结构,但是不复制数据。
(4)用户在建表的时候可以自定义SerDe或者使用自带的 SerDe ( Serialize/Deserilize 的简称,目的是用于序列化和反序列化 )。如果没有指定 ROW FORMAT 或者 ROW FORMAT DELIMITED,将会使用自带的SerDe。在建表的时候,用户还需要为表指定列,用户在指定表的列的同时也会指定自定义的SerDe,Hive通过SerDe确定表的具体的列的数据。
(5)如果文件数据是纯文本,可以使用STORED AS TEXTFILE。如果数据需要压缩,使用STORED AS SEQUENCE。
(6)有分区的表可以在创建的时候使用 PARTITIONED B Y语句。一个表可以拥有一个或者多个分区,每一个分区单独存在一个目录下。而且,表和分区都可以对某个列进行CLUSTERED BY操作,将若干个列放入一个桶(bucket)中。也可以利用SORT BY对数据进行排序。这样可以为特定应用提高性能。
(7)表名和列名不区分大小写,SerDe和属性名区分大小写。表和列的注释是字符串。
Alter Table语句:主要功能包括Add Partitions, Drop Partitions, Rename Table, Change Column, Add/Replace Columns。
Create View语句:创建视图。格式CREATE VIEW [IF NOT EXISTS] view_name [ (column_name [COMMENT column_comment], ...) ]
Showy语句:Show tables; Show partitions; describe查看表结构。
Load语句:HIVE装载数据时没有做任何转换,加载到表中的数据只是进入相应的配置单元表的位置。Load操作只是单纯的复制/移动操作,将数据文件移动到Hive表对应的位置。
Insert语句:插入数据。Hive不支持一条一条的用 insert 语句进行插入操作,这个应该是与hive的storage layer是有关系的,因为它的存储层是HDFS,插入一个数据要全表扫描,还不如用整个表的替换来的快些。Hive也不支持update的操作。数据是以load的方式,加载到建立好的表中。数据一旦导入,则不可修改。要么drop掉整个表,要么建立新的表,导入新的数据。
Drop语句:删除一个内部表的同时会同时删除表的元数据和数据。删除一个外部表,只删除元数据而保留数据。
Limit子句:可以限制查询的记录数。查询的结果是随机选择的。下面的查询语句从 t1 表中随机查询5条记录,SELECT * FROM t1 LIMIT 5。
Top K查询:下面的查询语句查询销售记录最大的 5 个销售代表。
SET mapred.reduce.tasks = 1
SELECT * FROM sales SORT BY amount DESC LIMIT 5
正则表达式使用:SELECT语句可以使用正则表达式做列选择,下面的语句查询除了ds和h 之外的所有列:
SELECT `(ds|hr)?+.+` FROM sales
SELECT语句:查询数据。
Group by, Order by, Sort by子句:聚合可进一步分为多个表,甚至发送到 Hadoop 的 DFS 的文件(可以进行操作,然后使用HDFS的utilitites)。可以用hive.map.aggr控制怎么进行汇总。默认为为true,配置单元会做的第一级聚合直接在MAP上的任务。这通常提供更好的效率,但可能需要更多的内存来运行成功。
Join语句:连接操作。一些注意事项:
(1)Hive只支持等值连接(equality joins)、外连接(outer joins)和(left/right joins)。Hive不支持所有非等值的连接,因为非等值连接非常难转化到map/reduce任务。
(2)Hive 支持多于2个表的连接。
(3)join 时,每次 map/reduce 任务的逻辑: reducer 会缓存 join 序列中除了最后一个表的所有表的记录, 再通过最后一个表将结果序列化到文件系统。这一实现有助于在reduce端减少内存的使用量。实践中,应该把最大的那个表写在最后(否则会因为缓存浪费大量内存)。
(4)LEFT,RIGHT 和 FULL OUTER 关键字用于处理 join 中空记录的情况。
(5)LEFT SEMI JOIN 是 IN/EXISTS 子查询的一种更高效的实现。Hive 当前没有实现 IN/EXISTS 子查询,所以你可以用 LEFT SEMI JOIN 重写你的子查询语句。LEFT SEMI JOIN的限制是, JOIN子句中右边的表只能在ON子句中设置过滤条件,在WHERE子句、SELECT子句或其他地方过滤都不行。
6、使用HIVE注意点
(1)字符集
Hadoop和Hive都是用UTF-8编码的,所以, 所有中文必须是UTF-8编码, 才能正常使用。
备注:中文数据load到表里面,,如果字符集不同,很有可能全是乱码需要做转码的,但是hive本身没有函数来做这个。
(2)压缩
hive.exec.compress.output 这个参数,默认是false,但是很多时候貌似要单独显式设置一遍,否则会对结果做压缩的,如果你的这个文件后面还要在hadoop下直接操作,那么就不能压缩了。
(3)count(distinct)
当前的Hive不支持在一条查询语句中有多Distinct。如果要在Hive查询语句中实现多Distinct,需要使用至少n+1条查询语句(n为distinct的数目),前n条查询分别对n个列去重,最后一条查询语句对n个去重之后的列做Join操作,得到最终结果。
(4)JOIN
只支持等值连接
(5)DML操作
只支持INSERT/LOAD操作,无UPDATE和DELTE
(6)HAVING
不支持HAVING操作。如果需要这个功能要嵌套一个子查询用where限制
(7)子查询
Hive不支持where子句中的子查询
(8)Join中处理null值的语义区别
SQL标准中,任何对null的操作(数值比较,字符串操作等)结果都为null。Hive对null值处理的逻辑和标准基本一致,除了Join时的特殊逻辑。这里的特殊逻辑指的是,Hive的Join中,作为Join key的字段比较,null=null是有意义的,且返回值为true。
(9)分号字符
分号是SQL语句结束标记,在HiveQL中也是,但是在HiveQL中,对分号的识别没有那么智慧,例如:
select concat(cookie_id,concat(';',’zoo’)) from c02_clickstat_fatdt1 limit 2;
FAILED: Parse Error: line 0:-1 cannot recognize input '<EOF>' in function specification
可以推断,Hive解析语句的时候,只要遇到分号就认为语句结束,而无论是否用引号包含起来。
解决的办法是,使用分号的八进制的ASCII码进行转义,那么上述语句应写成:
select concat(cookie_id,concat('\073','zoo')) from c02_clickstat_fatdt1 limit 2;
为什么是八进制ASCII码?我尝试用十六进制的ASCII码,但Hive会将其视为字符串处理并未转义,好像仅支持八进制,原因不详。这个规则也适用于其他非SELECT语句,如CREATE TABLE中需要定义分隔符,那么对不可见字符做分隔符就需要用八进制的ASCII码来转义。
(10)Insert
根据语法Insert必须加“OVERWRITE”关键字,也就是说每一次插入都是一次重写。
7、Hive的扩展特性
Hive 是一个很开放的系统,很多内容都支持用户定制,包括:
* 文件格式:Text File,Sequence File
* 内存中的数据格式: Java Integer/String, Hadoop IntWritable/Text
* 用户提供的map/reduce脚本:不管什么语言,利用stdin/stdout传输数据
* 用户自定义函数:Substr, Trim, 1 – 1
* 用户自定义聚合函数:Sum, Average…… n – 1
(1)数据文件格式
TextFile | SequenceFIle | RCFFile | |
Data type | Text Only | Text/Binary | Text/Binary |
Internal Storage Order | Row-based | Row-based | Column-based |
Compression | File Based | Block Based | Block Based |
Splitable | YES | YES | YES |
Splitable After Compression | No | YES | YES |
例如使用文件文件格式存储创建的表:
图7.1 SeDe类型
其中,LazyObject只有在访问到列的时候才进行反序列化。 BinarySortable保留了排序的二进制格式。
当存在以下情况时,可以考虑增加新的SerDe:
* 用户的数据有特殊的序列化格式,当前的Hive不支持,而用户又不想在将数据加载至Hive前转换数据格式。
* 用户有更有效的序列化磁盘数据的方法。
用户如果想为Text数据增加自定义Serde,可以参照contrib/src/java/org/apache/hadoop/hive/contrib/serde2/RegexSerDe.java中的例子。RegexSerDe利用用户提供的正则表倒是来反序列化数据,例如:
(5)UDAF(User-Defined Aggregation Funcation)
例子: