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Spark-SparkSQL深入学习系列三(转自OopsOutOfMemory)

    Analyzer位于Catalyst的analysis package下,主要职责是将Sql Parser 未能Resolved的Logical Plan 给Resolved掉。

Spark-SparkSQL深入学习系列三(转自OopsOutOfMemory)

    Analyzer会使用Catalog和FunctionRegistry将UnresolvedAttribute和UnresolvedRelation转换为catalyst里全类型的对象。

    Analyzer里面有fixedPoint对象,一个Seq[Batch].

class Analyzer(catalog: Catalog, registry: FunctionRegistry, caseSensitive: Boolean)  

  extends RuleExecutor[LogicalPlan] with HiveTypeCoercion {  

  // TODO: pass this in as a parameter.  

  val fixedPoint = FixedPoint(100)  

  val batches: Seq[Batch] = Seq(  

    Batch("MultiInstanceRelations", Once,  

      NewRelationInstances),  

    Batch("CaseInsensitiveAttributeReferences", Once,  

      (if (caseSensitive) Nil else LowercaseAttributeReferences :: Nil) : _*),  

    Batch("Resolution", fixedPoint,  

      ResolveReferences ::  

      ResolveRelations ::  

      NewRelationInstances ::  

      ImplicitGenerate ::  

      StarExpansion ::  

      ResolveFunctions ::  

      GlobalAggregates ::  

      typeCoercionRules :_*),  

    Batch("AnalysisOperators", fixedPoint,  

      EliminateAnalysisOperators)  

  )  

    Analyzer里的一些对象解释:

    FixedPoint:相当于迭代次数的上限。

/** A strategy that runs until fix point or maxIterations times, whichever comes first. */  

case class FixedPoint(maxIterations: Int) extends Strategy  

    Batch: 批次,这个对象是由一系列Rule组成的,采用一个策略(策略其实是迭代几次的别名吧,eg:Once)

/** A batch of rules. */,  

protected case class Batch(name: String, strategy: Strategy, rules: Rule[TreeType]*)  

   Rule:理解为一种规则,这种规则会应用到Logical Plan 从而将UnResolved 转变为Resolved

abstract class Rule[TreeType <: TreeNode[_]] extends Logging {  

  /** Name for this rule, automatically inferred based on class name. */  

  val ruleName: String = {  

    val className = getClass.getName  

    if (className endsWith "$") className.dropRight(1) else className  

  }  

  def apply(plan: TreeType): TreeType  

}  

   Strategy:最大的执行次数,如果执行次数在最大迭代次数之前就达到了fix point,策略就会停止,不再应用了。

/** 

 * An execution strategy for rules that indicates the maximum number of executions. If the 

 * execution reaches fix point (i.e. converge) before maxIterations, it will stop. 

 */  

abstract class Strategy { def maxIterations: Int }  

   Analyzer解析主要是根据这些Batch里面定义的策略和Rule来对Unresolved的逻辑计划进行解析的。

   这里Analyzer类本身并没有定义执行的方法,而是要从它的父类RuleExecutor[LogicalPlan]寻找,Analyzer也实现了HiveTypeCosercion,这个类是参考Hive的类型自动兼容转换的原理。如图:

Spark-SparkSQL深入学习系列三(转自OopsOutOfMemory)

    RuleExecutor:执行Rule的执行环境,它会将包含了一系列的Rule的Batch进行执行,这个过程都是串行的。

    具体的执行方法定义在apply里:

    可以看到这里是一个while循环,每个batch下的rules都对当前的plan进行作用,这个过程是迭代的,直到达到Fix Point或者最大迭代次数。

def apply(plan: TreeType): TreeType = {  

   var curPlan = plan  

   batches.foreach { batch =>  

     val batchStartPlan = curPlan  

     var iteration = 1  

     var lastPlan = curPlan  

     var continue = true  

     // Run until fix point (or the max number of iterations as specified in the strategy.  

     while (continue) {  

       curPlan = batch.rules.foldLeft(curPlan) {  

         case (plan, rule) =>  

           val result = rule(plan) //这里将调用各个不同Rule的apply方法,将UnResolved Relations,Attrubute和Function进行Resolve  

           if (!result.fastEquals(plan)) {  

             logger.trace(  

               s"""  

                 |=== Applying Rule ${rule.ruleName} ===  

                 |${sideBySide(plan.treeString, result.treeString).mkString("\n")}  

               """.stripMargin)  

           }  

           result //返回作用后的result plan  

       }  

       iteration += 1  

       if (iteration > batch.strategy.maxIterations) { //如果迭代次数已经大于该策略的最大迭代次数,就停止循环  

         logger.info(s"Max iterations ($iteration) reached for batch ${batch.name}")  

         continue = false  

       if (curPlan.fastEquals(lastPlan)) { //如果在多次迭代中不再变化,因为plan有个unique id,就停止循环。  

         logger.trace(s"Fixed point reached for batch ${batch.name} after $iteration iterations.")  

       lastPlan = curPlan  

     }  

     if (!batchStartPlan.fastEquals(curPlan)) {  

       logger.debug(  

         s"""  

         |=== Result of Batch ${batch.name} ===  

         |${sideBySide(plan.treeString, curPlan.treeString).mkString("\n")}  

       """.stripMargin)  

     } else {  

       logger.trace(s"Batch ${batch.name} has no effect.")  

   }  

   curPlan //返回Resolved的Logical Plan  

 }  

    目前Spark SQL 1.0.0的Rule都定义在了Analyzer.scala的内部类。

    在batches里面定义了4个Batch。

    MultiInstanceRelations、CaseInsensitiveAttributeReferences、Resolution、AnalysisOperators 四个。

    这4个Batch是将不同的Rule进行归类,每种类别采用不同的策略来进行Resolve。

Spark-SparkSQL深入学习系列三(转自OopsOutOfMemory)

如果一个实例在Logical Plan里出现了多次,则会应用NewRelationInstances这儿Rule

Batch("MultiInstanceRelations", Once,  

     NewRelationInstances)  

trait MultiInstanceRelation {  

  def newInstance: this.type  

object NewRelationInstances extends Rule[LogicalPlan] {   

  def apply(plan: LogicalPlan): LogicalPlan = {  

    val localRelations = plan collect { case l: MultiInstanceRelation => l} //将logical plan应用partial function得到所有MultiInstanceRelation的plan的集合   

    val multiAppearance = localRelations  

      .groupBy(identity[MultiInstanceRelation]) //group by操作  

      .filter { case (_, ls) => ls.size > 1 } //如果只取size大于1的进行后续操作  

      .map(_._1)  

      .toSet  

    //更新plan,使得每个实例的expId是唯一的。  

    plan transform {  

      case l: MultiInstanceRelation if multiAppearance contains l => l.newInstance  

    }  

同样是partital function,对当前plan应用,将所有匹配的如UnresolvedRelation的别名alise转换为小写,将Subquery的别名也转换为小写。

总结:这是一个使属性名大小写不敏感的Rule,因为它将所有属性都to lower case了。

object LowercaseAttributeReferences extends Rule[LogicalPlan] {  

  def apply(plan: LogicalPlan): LogicalPlan = plan transform {  

    case UnresolvedRelation(databaseName, name, alias) =>  

      UnresolvedRelation(databaseName, name, alias.map(_.toLowerCase))  

    case Subquery(alias, child) => Subquery(alias.toLowerCase, child)  

    case q: LogicalPlan => q transformExpressions {  

      case s: Star => s.copy(table = s.table.map(_.toLowerCase))  

      case UnresolvedAttribute(name) => UnresolvedAttribute(name.toLowerCase)  

      case Alias(c, name) => Alias(c, name.toLowerCase)()  

      case GetField(c, name) => GetField(c, name.toLowerCase)  

将Sql parser解析出来的UnresolvedAttribute全部都转为对应的实际的catalyst.expressions.AttributeReference AttributeReferences

这里调用了logical plan 的resolve方法,将属性转为NamedExepression。

object ResolveReferences extends Rule[LogicalPlan] {  

  def apply(plan: LogicalPlan): LogicalPlan = plan transformUp {  

    case q: LogicalPlan if q.childrenResolved =>  

      logger.trace(s"Attempting to resolve ${q.simpleString}")  

      q transformExpressions {  

        case u @ UnresolvedAttribute(name) =>  

          // Leave unchanged if resolution fails.  Hopefully will be resolved next round.  

          val result = q.resolve(name).getOrElse(u)//转化为NamedExpression  

          logger.debug(s"Resolving $u to $result")  

          result  

      }  

这个比较好理解,还记得前面Sql parser吗,比如select * from src,这个src表parse后就是一个UnresolvedRelation节点。

这一步ResolveRelations调用了catalog这个对象。Catalog对象里面维护了一个tableName,Logical Plan的HashMap结果。

通过这个Catalog目录来寻找当前表的结构,从而从中解析出这个表的字段,如UnResolvedRelations 会得到一个tableWithQualifiers。(即表和字段) 

这也解释了为什么流程图那,我会画一个catalog在上面,因为它是Analyzer工作时需要的meta data。

object ResolveRelations extends Rule[LogicalPlan] {  

    def apply(plan: LogicalPlan): LogicalPlan = plan transform {  

      case UnresolvedRelation(databaseName, name, alias) =>  

        catalog.lookupRelation(databaseName, name, alias)  

如果在select语句里只有一个表达式,而且这个表达式是一个Generator(Generator是一个1条记录生成到N条记录的映射)

当在解析逻辑计划时,遇到Project节点的时候,就可以将它转换为Generate类(Generate类是将输入流应用一个函数,从而生成一个新的流)。

object ImplicitGenerate extends Rule[LogicalPlan] {  

    case Project(Seq(Alias(g: Generator, _)), child) =>  

      Generate(g, join = false, outer = false, None, child)  

在Project操作符里,如果是*符号,即select * 语句,可以将所有的references都展开,即将select * 中的*展开成实际的字段。

  object StarExpansion extends Rule[LogicalPlan] {  

      // Wait until children are resolved  

      case p: LogicalPlan if !p.childrenResolved => p  

      // If the projection list contains Stars, expand it.  

      case p @ Project(projectList, child) if containsStar(projectList) =>   

        Project(  

          projectList.flatMap {  

            case s: Star => s.expand(child.output) //展开,将输入的Attributeexpand(input: Seq[Attribute]) 转化为Seq[NamedExpression]  

            case o => o :: Nil  

          },  

          child)  

      case t: ScriptTransformation if containsStar(t.input) =>  

        t.copy(  

          input = t.input.flatMap {  

            case s: Star => s.expand(t.child.output)  

          }  

        )  

      // If the aggregate function argument contains Stars, expand it.  

      case a: Aggregate if containsStar(a.aggregateExpressions) =>  

        a.copy(  

          aggregateExpressions = a.aggregateExpressions.flatMap {  

            case s: Star => s.expand(a.child.output)  

    /** 

     * Returns true if `exprs` contains a [[Star]]. 

     */  

    protected def containsStar(exprs: Seq[Expression]): Boolean =  

      exprs.collect { case _: Star => true }.nonEmpty  

这个和ResolveReferences差不多,这里主要是对udf进行resolve。

将这些UDF都在FunctionRegistry里进行查找。

object ResolveFunctions extends Rule[LogicalPlan] {  

    case q: LogicalPlan =>  

        case u @ UnresolvedFunction(name, children) if u.childrenResolved =>  

          registry.lookupFunction(name, children) //看是否注册了当前udf  

全局的聚合,如果遇到了Project就返回一个Aggregate.

object GlobalAggregates extends Rule[LogicalPlan] {  

    case Project(projectList, child) if containsAggregates(projectList) =>  

      Aggregate(Nil, projectList, child)  

  def containsAggregates(exprs: Seq[Expression]): Boolean = {  

    exprs.foreach(_.foreach {  

      case agg: AggregateExpression => return true  

      case _ =>  

    })  

    false  

这个是Hive里的兼容SQL语法,比如将String和Int互相转换,不需要显示的调用cast xxx  as yyy了。如StringToIntegerCasts。

val typeCoercionRules =  

  PropagateTypes ::  

  ConvertNaNs ::  

  WidenTypes ::  

  PromoteStrings ::  

  BooleanComparisons ::  

  BooleanCasts ::  

  StringToIntegralCasts ::  

  FunctionArgumentConversion ::  

  CastNulls ::  

  Nil  

将分析的操作符移除,这里仅支持2种,一种是Subquery需要移除,一种是LowerCaseSchema。这些节点都会从Logical Plan里移除。

object EliminateAnalysisOperators extends Rule[LogicalPlan] {  

    case Subquery(_, child) => child //遇到Subquery,不反悔本身,返回它的Child,即删除了该元素  

    case LowerCaseSchema(child) => child  

  补充昨天DEBUG的一个例子,这个例子证实了如何将上面的规则应用到Unresolved Logical Plan:

  当传递sql语句的时候,的确调用了ResolveReferences将mobile解析成NamedExpression。

  可以对照这看执行流程,左边是Unresolved Logical Plan,右边是Resoveld Logical Plan。

  先是执行了Batch Resolution,eg: 调用ResovelRalation这个RUle来使 Unresovled Relation 转化为 SparkLogicalPlan并通过Catalog找到了其对于的字段属性。

  然后执行了Batch Analysis Operator。eg:调用EliminateAnalysisOperators来将SubQuery给remove掉了。

  可能格式显示的不太好,可以向右边拖动下滚动轴看下结果。 :) 

val exec = sqlContext.sql("select mobile as mb, sid as id, mobile*2 multi2mobile, count(1) times from (select * from temp_shengli_mobile)a where pfrom_id=0.0 group by mobile, sid,  mobile*2")  

14/07/21 18:23:32 DEBUG SparkILoop$SparkILoopInterpreter: Invoking: public static java.lang.String $line47.$eval.$print()  

14/07/21 18:23:33 INFO Analyzer: Max iterations (2) reached for batch MultiInstanceRelations  

14/07/21 18:23:33 INFO Analyzer: Max iterations (2) reached for batch CaseInsensitiveAttributeReferences  

14/07/21 18:23:33 DEBUG Analyzer$ResolveReferences$: Resolving 'pfrom_id to pfrom_id#5  

14/07/21 18:23:33 DEBUG Analyzer$ResolveReferences$: Resolving 'mobile to mobile#2  

14/07/21 18:23:33 DEBUG Analyzer$ResolveReferences$: Resolving 'sid to sid#1  

14/07/21 18:23:33 DEBUG Analyzer:   

=== Result of Batch Resolution ===  

!Aggregate ['mobile,'sid,('mobile * 2) AS c2#27], ['mobile AS mb#23,'sid AS id#24,('mobile * 2) AS multi2mobile#25,COUNT(1) AS times#26L]   Aggregate [mobile#2,sid#1,(CAST(mobile#2, DoubleType) * CAST(2, DoubleType)) AS c2#27], [mobile#2 AS mb#23,sid#1 AS id#24,(CAST(mobile#2, DoubleType) * CAST(2, DoubleType)) AS multi2mobile#25,COUNT(1) AS times#26L]  

! Filter ('pfrom_id = 0.0)                                                                                                                   Filter (CAST(pfrom_id#5, DoubleType) = 0.0)  

   Subquery a                                                                                                                                 Subquery a  

!   Project [*]                                                                                                                                Project [data_date#0,sid#1,mobile#2,pverify_type#3,create_time#4,pfrom_id#5,p_status#6,pvalidate_time#7,feffect_time#8,plastupdate_ip#9,update_time#10,status#11,preserve_int#12]  

!    UnresolvedRelation None, temp_shengli_mobile, None                                                                                         Subquery temp_shengli_mobile  

!                                                                                                                                                SparkLogicalPlan (ExistingRdd [data_date#0,sid#1,mobile#2,pverify_type#3,create_time#4,pfrom_id#5,p_status#6,pvalidate_time#7,feffect_time#8,plastupdate_ip#9,update_time#10,status#11,preserve_int#12], MapPartitionsRDD[4] at mapPartitions at basicOperators.scala:174)  

=== Result of Batch AnalysisOperators ===  

!  Subquery a                                                                                                                                 Project [data_date#0,sid#1,mobile#2,pverify_type#3,create_time#4,pfrom_id#5,p_status#6,pvalidate_time#7,feffect_time#8,plastupdate_ip#9,update_time#10,status#11,preserve_int#12]  

!   Project [*]                                                                                                                                SparkLogicalPlan (ExistingRdd [data_date#0,sid#1,mobile#2,pverify_type#3,create_time#4,pfrom_id#5,p_status#6,pvalidate_time#7,feffect_time#8,plastupdate_ip#9,update_time#10,status#11,preserve_int#12], MapPartitionsRDD[4] at mapPartitions at basicOperators.scala:174)  

!    UnresolvedRelation None, temp_shengli_mobile, None                                                                                       

    本文从源代码角度分析了Analyzer在对Sql Parser解析出的UnResolve Logical Plan 进行analyze的过程中,所执行的流程。

    流程是实例化一个SimpleAnalyzer,定义一些Batch,然后遍历这些Batch在RuleExecutor的环境下,执行Batch里面的Rules,每个Rule会对Unresolved Logical Plan进行Resolve,有些可能不能一次解析出,需要多次迭代,直到达到max迭代次数或者达到fix point。这里Rule里比较常用的就是ResolveReferences、ResolveRelations、StarExpansion、GlobalAggregates、typeCoercionRules和EliminateAnalysisOperators。