hive文件存储格式

整理了一下网上的几种Hive文件存储格式的性能与Hadoop的文件存储格式。

Hive的三种文件格式：TEXTFILE、SEQUENCEFILE、RCFILE中，TEXTFILE和SEQUENCEFILE的存储格式都是基于行存储的，RCFILE是基于行列混合的思想，先按行把数据划分成N个row group，在row group中对每个列分别进行存储。另：Hive能支持自定义格式，详情见：Hive文件存储格式
基于HDFS的行存储具备快速数据加载和动态负载的高适应能力，因为行存储保证了相同记录的所有域都在同一个集群节点。但是它不太满足快速的查询响应时间的要求，因为当查询仅仅针对所有列中的 少数几列时，它就不能跳过不需要的列，直接定位到所需列；同时在存储空间利用上，它也存在一些瓶颈，由于数据表中包含不同类型，不同数据值的列，行存储不 易获得一个较高的压缩比。RCFILE是基于SEQUENCEFILE实现的列存储格式。除了满足快速数据加载和动态负载高适应的需求外，也解决了SEQUENCEFILE的一些瓶颈。

下面对这几种几个作一个简单的介绍：

TextFile：

Hive默认格式，数据不做压缩，磁盘开销大，数据解析开销大。
可结合Gzip、Bzip2、Snappy等使用（系统自动检查，执行查询时自动解压），但使用这种方式，hive不会对数据进行切分，从而无法对数据进行并行操作。

SequenceFile：
SequenceFile是Hadoop API 提供的一种二进制文件，它将数据以<key,value>的形式序列化到文件中。这种二进制文件内部使用Hadoop 的标准的Writable 接口实现序列化和反序列化。它与Hadoop API中的MapFile 是互相兼容的。Hive 中的SequenceFile 继承自Hadoop API 的SequenceFile，不过它的key为空，使用value 存放实际的值， 这样是为了避免MR 在运行map 阶段的排序过程。

SequenceFile的文件结构图：


Header通用头文件格式：
SEQ 3BYTE
Nun 1byte数字
keyClassName
ValueClassName
compression （boolean）指明了在文件中是否启用压缩
blockCompression （boolean，指明是否是block压缩）
compression codec
Metadata 文件元数据
Sync 头文件结束标志
Block-Compressed SequenceFile格式



RCFile
RCFile是Hive推出的一种专门面向列的数据格式。 它遵循“先按列划分，再垂直划分”的设计理念。当查询过程中，针对它并不关心的列时，它会在IO上跳过这些列。需要说明的是，RCFile在map阶段从 远端拷贝仍然是拷贝整个数据块，并且拷贝到本地目录后RCFile并不是真正直接跳过不需要的列，并跳到需要读取的列， 而是通过扫描每一个row group的头部定义来实现的，但是在整个HDFS Block 级别的头部并没有定义每个列从哪个row group起始到哪个row group结束。所以在读取所有列的情况下，RCFile的性能反而没有SequenceFile高。

下面介绍行存储、列存储（详细参照：Facebook数据仓库揭秘：RCFile高效存储结构）

行存储

HDFS块内行存储的例子：

基于Hadoop系统行存储结构的优点在于快速数据加载和动态负载的高适应能力，这是因为行存储保证了相同记录的所有域都在同一个集群节点，即同一个 HDFS块。不过，行存储的缺点也是显而易见的，例如它不能支持快速查询处理，因为当查询仅仅针对多列表中的少数几列时，它不能跳过不必要的列读取；此 外，由于混合着不同数据值的列，行存储不易获得一个极高的压缩比，即空间利用率不易大幅提高。

列存储
HDFS块内列存储的例子

在HDFS上按照列组存储表格的例子。在这个例子中，列A和列B存储在同一列组，而列C和列D分别存储在单独的列组。查询时列存储能够避免读不必要的列， 并且压缩一个列中的相似数据能够达到较高的压缩比。然而，由于元组重构的较高开销，它并不能提供基于Hadoop系统的快速查询处理。列存储不能保证同一 记录的所有域都存储在同一集群节点，行存储的例子中，记录的4个域存储在位于不同节点的3个HDFS块中。因此，记录的重构将导致通过集群节点网络的大 量数据传输。尽管预先分组后，多个列在一起能够减少开销，但是对于高度动态的负载模式，它并不具备很好的适应性。

RCFile结合行存储查询的快速和列存储节省空间的特点：首先，RCFile保证同一行的数据位于同一节点，因此元组重构的开销很低；其次，像列存储一样，RCFile能够利用列维度的数据压缩，并且能跳过不必要的列读取。
HDFS块内RCFile方式存储的例子：



数据测试
源表数据记录数：67236221

第一步：创建三种文件类型的表，建表语法参考Hive文件存储格式

Sql代码  收藏代码
--TextFile 
set hive.exec.compress.output=true; 
set mapred.output.compress=true; 
set mapred.output.compression.codec=org.apache.hadoop.io.compress.GzipCodec; 
set io.compression.codecs=org.apache.hadoop.io.compress.GzipCodec; 
INSERT OVERWRITE table hzr_test_text_table PARTITION(product='xxx',dt='2013-04-22') 
SELECT xxx,xxx.... FROM xxxtable WHERE product='xxx' AND dt='2013-04-22'; 
 
--SquenceFile 
set hive.exec.compress.output=true; 
set mapred.output.compress=true; 
set mapred.output.compression.codec=org.apache.hadoop.io.compress.GzipCodec; 
set io.compression.codecs=org.apache.hadoop.io.compress.GzipCodec; 
set io.seqfile.compression.type=BLOCK; 
INSERT OVERWRITE table hzr_test_sequence_table PARTITION(product='xxx',dt='2013-04-22') 
SELECT xxx,xxx.... FROM xxxtable WHERE product='xxx' AND dt='2013-04-22'; 
 
--RCFile 
set hive.exec.compress.output=true; 
set mapred.output.compress=true; 
set mapred.output.compression.codec=org.apache.hadoop.io.compress.GzipCodec; 
set io.compression.codecs=org.apache.hadoop.io.compress.GzipCodec; 
INSERT OVERWRITE table hzr_test_rcfile_table PARTITION(product='xxx',dt='2013-04-22') 
SELECT xxx,xxx.... FROM xxxtable WHERE product='xxx' AND dt='2013-04-22'; 


第二步：测试insert overwrite table tablename select.... 耗时，存储空间
类型 insert耗时(S) 存储空间(G)
Sequence
97.291
7.13G
RCFile
120.901
5.73G
TextFile
290.517
6.80G

insert耗时、count(1)耗时比较：





第三步：查询响应时间

    测试一

Sql代码  收藏代码
方案一，测试整行记录的查询效率： 
select * from hzr_test_sequence_table where game='XXX' ;   
select * from hzr_test_rcfile_table where game='XXX' ;  
select * from hzr_test_text_table where game='XXX' ;  
 
方案二，测试特定列的查询效率： 
select game,game_server from hzr_test_sequence_table where game ='XXX'; 
select game,game_server from hzr_test_rcfile_table where game ='XXX'; 
select game,game_server from hzr_test_text_table where game ='XXX'; 

文件格式
查询整行记录耗时（S）
查询特定列记录耗时（S）
sequence
42.241
39.918
rcfile
37.395
36.248
text
43.164
41.632

方案耗时对比：




   测试二：
本测试目的是验证RCFILE的数据读取方式和Lazy解压方式是否有性能优势。数据读取方式只读取元数据和相关的列，节省IO；Lazy解压方式只解压相关的列数据，对不满足where条件的查询数据不进行解压，IO和效率都有优势。

方案一：
记录数：698020

Sql代码  收藏代码
insert overwrite local directory 'XXX/XXXX' select game,game_server from hzr_test_xxx_table where game ='XXX'; 


方案二：
记录数：67236221

Sql代码  收藏代码
insert overwrite local directory 'xxx/xxxx' select game,game_server from hzr_test_xxx_table; 

方案三：
记录数：

Sql代码  收藏代码
insert overwrite local directory 'xxx/xxx' 
select game from hzr_xxx_rcfile_table; 

文件类型 方案一 方案二 方案三
TextFile 54.895 69.428 167.667
SequenceFile 137.096 77.03   123.667
RCFile 44.28 57.037 89.9


上图表现反应在大小数据集上，RCFILE的查询效率高于SEQUENCEFILE，在特定字段数据读取时，RCFILE的查询效率依然优于SEQUENCEFILE。