更高的压缩比，更好的性能–使用ORC文件格式优化Hive

http://lxw1234.com/archives/2016/04/630.htm

关键字：orc、index、hive

Hive从0.11版本开始提供了ORC的文件格式，ORC文件不仅仅是一种列式文件存储格式，最重要的是有着很高的压缩比，并且对于MapReduce来说是可切分（Split）的。因此，在Hive中使用ORC作为表的文件存储格式，不仅可以很大程度的节省HDFS存储资源，而且对数据的查询和处理性能有着非常大的提升，因为ORC较其他文件格式压缩比高，查询任务的输入数据量减少，使用的Task也就减少了。关于Orc文件格式的官网介绍，见：

https://cwiki.apache.org/confluence/display/Hive/LanguageManual+ORC

需要注意的是，ORC能很大程序的节省存储和计算资源，但它在读写时候需要消耗额外的CPU资源来压缩和解压缩，当然这部分的CPU消耗是非常少的。
对性能提升的另一个方面是通过在ORC文件中为每一个字段建立一个轻量级的索引，来判定一个文件中是否满足WHERE子句中的过滤条件。比如：当执行HQL语句”SELECT COUNT(1) FROM lxw1234_orc WHERE id = 0”时候，先从ORC文件的metadata中读取索引信息，快速定位到id=0所在的offsets，如果从索引信息中没有发现id=0的信息，则直接跳过该文件。详见后面介绍。
说明一下：本文使用Hive2.0.0 + hadoop-2.3.0-cdh5.0.0作为测试环境。

ORC的压缩比

上图中原始的TEXT文本文件为585GB，使用Hive早期的RCFILE压缩后为505GB，使用Impala中的PARQUET压缩后为221GB，而Hive中的ORC压缩后仅为131GB，压缩比最高。

查看ORC的文件元数据

先准备一张ORC的示例表：

1. CREATE TABLE lxw1234_orc1 (
2. id INT,
3. name STRING
4. ) stored AS ORC;
5.  
6. INSERT overwrite TABLE lxw1234_orc1
7. SELECT CAST(siteid AS INT) AS id,
8. pcid
9. FROM lxw1234_text
10. limit 10;
11.  
12. SELECT * FROM lxw1234_orc1 ORDER BY id;
13. 139 89578071000037563815CC
14. 139 E811C27809708556F87C79
15. 633 82E0D8720C8D1556C75ABA
16. 819 726B86DB00026B56F3F151
17. 1134 8153CD6F059210539E4552
18. 1154 5E26977B0EEE5456F7E7FB
19. 1160 583C0271044D3D56F95436
20. 1351 FA05CFDD05622756F953EE
21. 1351 16A5707006C43356F95392
22. 1361 3C17A17C076A7E56F87CCC

ORC表lxw1234_orc1对应的HDFS文件为：

/hivedata/warehouse2/lxw1234_orc1/000000_0

新版本的Hive中提供了更详细的查看ORC文件信息的工具 orcfiledump。

执行命令：./hive –orcfiledump -j -p /hivedata/warehouse2/lxw1234_orc1/000000_0

返回一段JSON，将其格式化后：

schema

为每一个字段做了编号，从1开始，编号为0的columnId中描述了整个表的字段定义。

stripeStatistics

这里是ORC文件中所有stripes的统计信息，其中有每个stripe中每个字段的min/max值，是否有空值等等。

fileStatistics

这里是整个文件中每个字段的统计信息，该表只有一个文件，也只有一个stripe。

stripes

这里列出了所有stripes的元数据信息，包括index data, row data和stripe footer。

ORC查询优化

经过上面ORC文件的元数据了解了一个ORC文件会被分成多个stripe，而且文件的元数据中有每个字段的统计信息（min/max,hasNull等等），这就为ORC的查询优化做好了基础准备。假如我的查询过滤条件为WHERE id = 0;在Map Task读到一个ORC文件时，首先从文件的统计信息中看看id字段的min/max值，如果0不包含在内，那么这个文件就可以直接跳过了。
基于这点，还有一个更有效的优化手段是在数据入库的时候，根据id字段排序后入库，这样尽量能使id=0的数据位于同一个文件甚至是同一个stripe中，那么在查询时候，只有负责读取该文件的Map Task需要扫描文件，其他的Map Task都会跳过扫描，大大节省Map Task的执行时间。海量数据下，使用ORDER BY可能不太现实，另一个有效手段是使用DISTRIBUTE BY id SORT BY id;

使用下面的HQL构造一个较大的ORC表：

1. CREATE TABLE lxw1234_orc2 stored AS ORC
2. AS
3. SELECT CAST(siteid AS INT) AS id,
4. pcid
5. FROM lxw1234_text
6. DISTRIBUTE BY id sort BY id;

该语句保证相同的id位于同一个ORC文件中，并且是排序的。

SELECT DISTINCT INPUT__FILE__NAME FROM lxw1234_orc2 WHERE id = 0;

hdfs://cdh5/hivedata/warehouse2/lxw1234_orc2/000000_0

id=0的数据只存在于这一个文件中，而这个表有33个文件。

也可以通过命令

./hive –orcfiledump -j -p hdfs://cdh5/hivedata/warehouse2/lxw1234_orc2/000000_0

查看文件的统计信息：

该文件中id的最小值为0，最大值为1155.

因此，对于HQL查询”SELECT COUNT(1) FROM lxw1234_orc2 WHERE id = 0”，优化器在执行时候，只会扫描这一个文件，其他文件都应该跳过。

 

在验证之前，先介绍一个参数：

hive.optimize.index.filter，是否自动使用索引，默认为false（不使用）；如果不设置该参数为true，那么ORC的索引当然也不会使用。

在Hive中执行set hive.optimize.index.filter=true;

SELECT COUNT(1) FROM lxw1234_orc2 WHERE id = 0;

查看日志，该查询一共有13个MapTask，

找到包含/hivedata/warehouse2/lxw1234_orc2/000000_0的MapTask，查看日志：

查看其它MapTask，均没有扫描记录的日志。

不使用索引，再执行一次：

set hive.optimize.index.filter=false;

SELECT COUNT(1) FROM lxw1234_orc2 WHERE id = 0;

再查看日志时，每个MapTask中都有扫描记录的日志，说明每个MapTask都对自己的分片进行了扫描。

两次执行，MapTask的执行时间也能说明问题。

 

使用索引的耗时：

不使用索引的耗时（明显多于上面）：

 

由此可见，Hive中的ORC不仅仅有着高压缩比，很大程序的节省存储空间和计算资源，而且在其上还做了许多优化（这里仅仅介绍了row_index）。如果使用Hive作为大数据仓库，强烈建议主要使用ORC文件格式作为表的存储格式。