SparkSQL 在有赞的实践

文 | 邹晨俊 on 大数据

前言

有赞数据平台从 2017 年上半年开始，逐步使用 SparkSQL 替代 Hive 执行离线任务，目前 SparkSQL 每天的运行作业数量5000个，占离线作业数目的55%，消耗的 cpu 资源占集群总资源的50%左右。本文介绍由 SparkSQL 替换 Hive 过程中碰到的问题以及处理经验和优化建议，包括以下方面的内容：

• 有赞数据平台的整体架构。

• SparkSQL 在有赞的技术演进。

• 从 Hive 到 SparkSQL 的迁移之路。

一、有赞数据平台介绍

首先介绍一下有赞大数据平台总体架构：

如下图所示，底层是数据导入部分，其中 DataY 区别于开源届的全量导入导出工具 alibaba/DataX，是有赞内部研发的离线 Mysql 增量导入 Hive 的工具，把 Hive 中历史数据和当天增量部分做合并。DataX / DataY 负责将 Mysql 中的数据同步到数仓当中，Flume 作为日志数据的主要通道，同时也是 Mysql binlog 同步到 HDFS 的管道，供 DataY 做增量合并使用。

第二层是大数据的计算框架，主要分成两部分：分布式存储计算和实时计算，实时框架目前主要支持 JStorm，Spark Streaming 和 Flink，其中 Flink 是今年开始支持的；而分布式存储和计算框架这边，底层是 Hadoop 和 Hbase，ETL主要使用 Hive 和 Spark，交互查询则会使用 Spark，Presto，实时 OLAP 系统今年引入了 Druid，提供日志的聚合查询能力。

第三层是数据平台部分，数据平台是直接面对数据开发者的，包括几部分的功能，数据开发平台，包括日常使用的调度，数据传输，数据质量系统；数据查询平台，包括ad-hoc查询以及元数据查询。有关有赞数据平台的详细介绍可以参考往期有赞数据平台的 博客内容 （https://tech.youzan.com/data_platform/） 。

二、SparkSQL 技术演进

从 2017 年二季度，有赞数据组的同学们开始了 SparkSQL 方面的尝试，主要的出发点是当时集群资源是瓶颈，Hive 跑任务已经逐渐开始乏力，有些复杂的 SQL，通过 SQL 的逻辑优化达到极限，仍然需要几个小时的时间。业务数据量正在不断增大，这些任务会影响业务对外服务的承诺。同时，随着 Spark 以及其社区的不断发展，Spark 及 Spark SQL 本身技术的不断成熟，Spark 在技术架构和性能上都展示出 Hive 无法比拟的优势。

从开始上线提供离线任务服务，再到 Hive 任务逐渐往 SparkSQL 迁移，踩过不少坑，也填了不少坑，这里主要分两个方面介绍，一方面是我们对 SparkSQL 可用性方面的改造以及优化，另一方面是 Hive 迁移时遇到的种种问题以及对策。

2.1 可用性改造

可用性问题包括两方面，一个是系统的稳定性，监控/审计/权限等，另一个是用户使用的体验，用户以前习惯用 Hive，如果 SparkSQL 的日志或者 Spark thrift server 的 UI 不能够帮助用户定位问题，解决问题，那也会影响用户的使用或者迁移意愿。所以我首先谈一下用户交互的问题。

2.1.1 用户体验

我们碰到的第一个问题是用户向我们抱怨通过 JDBC 的方式和 Spark thrift server(STS) 交互，执行一个 SQL 时，没有执行的进度信息，需要一直等待执行成功，或者任务出错时接收任务报错邮件得知执行完。于是执行进度让用户可感知是一个必要的功能。我们做了 Spark 的改造，增加运行时的 operation 日志，并且向社区提交了 patch(spark-22496)， 而在我们内部，更增加了执行进度日志，每隔2秒打印出当前执行的 job/stage 的进度，如下图所示。

2.1.2 监控

SparkSQL 需要收集 STS 上执行的 SQL 的审计信息，包括提交者执行的具体 SQL，开始结束时间，执行完成状态。原生 STS 会把这些信息通过事件的方式 post 到事件总线，监听者角色 (HiveThriftServer2Listener) 在事件总线上注册，订阅消费事件，但是这个监听者只负责 Spark UI 的 JDBC Tab 上的展示，我们改造了 SparkListener 类，将 session 以及执行的 sql statement 级别的消息也放到了总线上，监听者可以在总线上注册，以便消费这些审计信息，并且增加了一些我们感兴趣的维度，如使用的 cpu 资源，归属的工作流(airflowId)。同时，我们增加了一种新的完成状态 cancelled，以方便区分是用户主动取消的任务。

2.1.3 Thrift Server HA

相比于 HiveServer，STS 是比较脆弱的，一是由于 Spark 的 driver 是比较重的，所有的作业都会通过 driver 编译 sql，调度 job/task 执行，分发 broadcast 变量，二是对于每个 SQL，相比于 HiveServer 会新起一个进程去处理这个 SQL 的执行，STS 只有一个进程去处理，如果某个 SQL 有异常，查询了过多的数据量， STS 有 OOM 退出的风险，那么生产环境维持 STS 的稳定性就显得无比重要。

除了必要的存活报警，首先我们区分了 ad-hoc 查询和离线调度的 STS 服务，因为离线调度的任务往往计算结束时是把结果写入 table 的，而 ad-hoc 大部分是直接把结果汇总在 driver，对 driver 的压力比较大；此外，我们增加了基于 ZK 的高可用。对于一种类型的 STS（事实上，有赞的 STS 分为多组，如 ad-hoc，大内存配置组）在 ZK 上注册一个节点，JDBC 的连接直接访问 ZK 获取随机可用的 STS 地址。这样，偶然的 OOM ，或者 bug 被触发导致 STS 不可用，也不会严重到影响调度任务完全不可用，给开发运维人员比较充足的时间定位问题。

2.1.4 权限控制

之后有另一个文章详细介绍我们对于安全和权限的建设之路，这里简单介绍一下，Hive 的权限控制主要包括以下几种:

• SQL Standards Based Hive Authorization

• Storage Based Authorization in the Metastore

• ServerAuthorization using Apache Ranger & Sentry

调研对比各种实现方案之后，由于我们是从无到有的增加了权限控制，没有历史负担。我们直接选择了ranger + 组件 plugin 的权限管理方案。

除了以上提到的几个点，我们还从社区 backport 了数十个 patch 以解决影响可用性的问题，如不识别 hiveconf/hivevar (SPARK-13983)，最后一行被截断(HIVE-10541) 等等。

2.2 性能优化

之前谈到，STS 只有一个进程去处理所有提交 SQL 的编译，所有的 SQL Job 共享一个 Hive 实例，更糟糕的是这个 Hive 实例还有处理 loadTable/loadPartition 这样的 IO 操作，会阻塞其他任务的编译，存在单点问题。我们之前测试一个上万 partition 的 Hive 表在执行 loadTable 操作时，会阻塞其他任务提交，时间长达小时级别。对于 loadTable 这样的IO操作，要么不加锁，要么减少加锁的时间。我们选择的是后者，首先采用的是社区 SPARK-20187 的做法，将 loadTable 实现由 copyFile 的方式改为 moveFile，见下图：

之后变更了配置 spark.sql.hive.metastore.jars=maven，运行时通过 Maven 的方式加载 jar 包，解决包依赖关系，使得加载的 Hive 类是2.1.1的版本，和我们 Hive 版本一致，这样得好处是很多行为都会和 Hive 的相一致，方便排查问题；比如删除文件到 Trash，之前 SparkSQL 删除表或者分区后是不会落到 Trash 的。

2.3 小文件问题

我们在使用 SparkSQL 过程中，发现小文件的问题比较严重，SparkSQL 在写数据时会产生很多小文件，会对 namenode 产生很大的压力，进而带来整个系统稳定性的隐患，最近三个月文件个数几乎翻了个倍。对于小文件问题，我们采用了社区 SPARK-24940 的方式处理，借助 SQL hint 的方式合并小文件。同时，我们有一个专门做 merge 的任务，定时异步的对天级别的分区扫描并做小文件合并。

还有一点是spark.hadoop.mapreduce.fileoutputcommitter.algorithm.version=2, MapReduce-4815 详细介绍了 fileoutputcommitter 的原理，实践中设置了 version=2 的比默认 version=1 的减少了70%以上的 commit 时间。

三、SparkSQL 迁移之路

解决了大部分的可用性问题以后，我们逐步开始了 SparkSQL 的推广，引导用户选择 SparkSQL 引擎，绝大部分的任务的性能能得到较大的提升。于是我们进一步开始将原来 Hive 执行的任务向 SparkSQL 转移。

在 SparkSQL 迁移之初，我们选择的路线是遵循二八法则，从优化耗费资源最多的头部任务开始，把Top100的任务从 Hive 往 SparkSQL 迁移，逐步积累典型错误，包括 SparkSQL 和Hive的不一致行为，比较典型的问题由ORC格式文件为空，Spark会抛空指针异常而失败，ORC 格式和 metastore 类型不一致，SparkSQL 也会报错失败。经过一波人工推广之后，头部任务节省的资源相当客观，在2017年底，切换到 SparkSQL 的任务数占比5%，占的资源20%，资源使用仅占 Hive 运行的10%-30%。

在 case by case 处理了一段时间以后，我们发现这种方式不太能够扩展了。首先和作业的 owner 协商修改需要沟通成本，而且小作业的改动收益不是那么大，作业的 owner 做这样的改动对他来说收益比较小，反而有一定概率的风险。所以到这个阶段 SparkSQL 的迁移之路进展比较缓慢。

于是我们开始构思自动化迁移方式，构思了一种执行引擎之上的智能执行引擎选择服务 SQL Engine Proposer(proposer)，可以根据查询的特征以及当前集群中的队列状态为 SQL 查询选择合适的执行引擎。数据平台向某个执行引擎提交查询之前，会先访问智能执行引擎选择服务。在选定合适的执行引擎之后，数据平台将任务提交到对应的引擎，包括 Hive，SparkSQL，以及较大内存配置的 SparkSQL。

并且在 SQL Engine Proposer，我们添加了一系列策略：

• 规则策略，这些规则可以是某一种 SQL pattern，proposer 使用 Antlr4 来处理执行引擎的语法，对于某些迁移有问题的问题，将这种 pattern 识别出来，添加到规则集合中，典型的规则有没有发生 shuffle 的任务，或者只发生 broadcast join 的任务，这些任务有可能会产生很多小文件，并且逻辑一般比较简单，使用Hive运行资源消耗不会太多。

• 白名单策略，有些任务希望就是用Hive执行，就通过白名单过滤。当 Hive 和 SparkSQL 行为不一致的时候，也可以先加入这个集合中，保持执行和问题定位能够同时进行。

• 优先级策略，在灰度迁移的时候，是从低优先级任务开始的，在 proposer 中我们配置了灰度的策略，从低优先级任务切一定的流量开始迁移，逐步放开，在优先级内达到全量，目前放开了除 P1P2 以外的3级任务。

• 过往执行记录，proposer 选择时会根据历史执行成功情况以及执行时间，如果 SparkSQL 效率比 Hive 有显著提升，并且在过去一直执行成功，那么 proposer 会更倾向于选择 SparkSQL。

截止目前，执行引擎选择的作业数中 SparkSQL 占比达到了73%，使用资源仅占32%，迁移到 SparkSQL 运行的作业带来了67%资源的节省。

四、未来展望

我们计划 Hadoop 集群资源进一步向 SparkSQL 方向转移，达到80%，作业数达70%，把最高优先级也开放到选择引擎，引入 Intel 开源的 Adaptive Execution （https://github.com/Intel-bigdata/spark-adaptive） 功能，优化执行过程中的 shuffle 数目，执行过程中基于代价的 broadcast join 优化，替换 sort merge join，同时更彻底解决小文件问题。

最后打个小广告，有赞大数据团队基础设施团队，主要负责有赞的数据平台(DP), 实时计算(Storm, Spark Streaming, Flink)，离线计算(HDFS,YARN,HIVE, SPARK SQL)，在线存储（HBase），实时 OLAP(Druid) 等数个技术产品，欢迎感兴趣的小伙伴联系 zouchenjun@youzan.com

扩展阅读

1. 大数据开发平台（Data Platform）在有赞的最佳实践

2. 有赞数据仓库元数据系统实践

3. How we redesigned the NSQ - 其他特性及未来计划

4. HBase 写吞吐场景资源消耗量化分析及优化

-The End-

Vol.141

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