在大數(shù)據(jù)蓬勃發(fā)展的今天，基于Hadoop黃金搭檔HDFS和MapReduce的Hive，已經(jīng)無法滿足人們對于海量數(shù)據(jù)處理速度越來越快的要求。時勢造英雄，Cloudera依據(jù)Google的Dremel為原型開發(fā)了跨時代的查詢引擎：Impala。

Impala的本意是黑斑羚，產(chǎn)于非洲中南部，行動敏捷，奔跑迅速。下面我們就來揭開這只敏捷迅速黑斑羚的神秘面紗，以饗各位看官。?

01 概述

Impala是基于MPP的SQL查詢系統(tǒng)，可以直接為存儲在HDFS或HBase中的Hadoop數(shù)據(jù)提供快速、交互式的SQL查詢。Impala和Hive一樣也使用了相同的元數(shù)據(jù)、SQL語法（Hive SQL）、ODBC驅(qū)動和用戶接口（Hue Beeswax），這就很方便地為用戶提供了一個相似并且統(tǒng)一的平臺來進行批量或?qū)崟r查詢。

Impala系統(tǒng)架構(gòu)圖如下所示：

Impala主要包括以下組成部分：

• Impala Shell：客戶端工具，提供一個交互接口ODBC，供使用者連接到Impalad發(fā)起數(shù)據(jù)查詢或管理任務(wù)等。

• Impalad：分布式查詢引擎，由Query Planner、Query Coordinator和Query Exec Engine三部分組成，可以直接從HDFS或者HBase中用SELECT、JOIN和統(tǒng)計函數(shù)查詢數(shù)據(jù)。

• State Store：主要為跟蹤各個Impalad實例的位置和狀態(tài)，讓各個Impalad實例以集群的方式運行起來。

• Catalog Service：主要跟蹤各個節(jié)點上對元數(shù)據(jù)的變更操作，并且通知到每個節(jié)點。

Impala支持以下特性：

• 支持ANSI-92 SQL所有子集，包括CREATE/ALTER/SELECT/INSERT/JOIN/subqueries

• 支持分區(qū)join、完全分布式聚合以及完全分布式top-n查詢

• 支持多種數(shù)據(jù)格式：Hadoop原生格式（apache Avro，SequenceFile，RCFile with Snappy，GZIP, BZIP或未壓縮）、文本（未壓縮或者LZO壓縮）和Parquet（Snappy或未壓縮）

• 可以通過JDBC、ODBC、Hue GUI或者命令行shell進行連接

02 查詢處理流程

Impalad分為Java前端（Frontend）與C++處理后端（Backend），接受客戶端連接的Impalad即作為這次查詢的Coordinator，Coordinator通過JNI調(diào)用Java前端對用戶的查詢SQL進行分析生成執(zhí)行計劃樹，不同的操作對應(yīng)不用的PlanNode, 如：SelectNode， ScanNode， SortNode， AggregationNode， HashJoinNode等等。

執(zhí)行計劃樹的每個原子操作由一個PlanFragment表示，通常一條查詢語句由多個Plan Fragment組成， Plan Fragment 0表示執(zhí)行樹的根，匯聚結(jié)果返回給用戶，執(zhí)行樹的葉子結(jié)點一般是Scan操作，分布式并行執(zhí)行。

Java前端產(chǎn)生的執(zhí)行計劃樹以Thrift數(shù)據(jù)格式返回給Impala C++后端Coordinator，執(zhí)行計劃分為多個階段，每一個階段叫做一個PlanFragment，每一個PlanFragment在執(zhí)行時可以由多個Impalad實例并行執(zhí)行（有些PlanFragment只能由一個Impalad實例執(zhí)行，如聚合操作），整個執(zhí)行計劃即為一個執(zhí)行計劃樹。Coordinator收到執(zhí)行計劃后，數(shù)據(jù)存儲信息（Impala通過libhdfs與HDFS進行交互，通過hdfsGetHosts方法獲得文件數(shù)據(jù)塊所在節(jié)點的位置信息），通過調(diào)度器（現(xiàn)在只有simple-scheduler, 使用round-robin算法）Coordinator::Exec對生成的執(zhí)行計劃樹分配給相應(yīng)的后端執(zhí)行器Impalad執(zhí)行（查詢會使用LLVM進行代碼生成，編譯，執(zhí)行），通過調(diào)用GetNext()方法獲取計算結(jié)果，如果是insert語句，則將計算結(jié)果通過libhdfs寫回HDFS，當所有輸入數(shù)據(jù)被消耗光，執(zhí)行結(jié)束，之后注銷此次查詢服務(wù)。

Impala查詢處理流程如下圖所示：

03 訪問Impala

訪問Impala有兩種方式，一種是使用命令行工具impala-shell，另一種是使用JDBC編程，下面分別闡述。

Impala-shell

可以通過命令行工具Impala-shell來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、表、插入數(shù)據(jù)、執(zhí)行查詢等。

Impala shell命令格式如下：

impala-shell [選項]

impala-shell使用選項如下：

選項	描述
-B or --delimited	導(dǎo)致使用分隔符分割的普通文本格式打印查詢結(jié)果。當為其他?Hadoop?組件生成數(shù)據(jù)時有用。對于避免整齊打印所有輸出的性能開銷有用，特別是使用查詢返回大量的結(jié)果集進行基準測試的時候。使用?--output_delimiter 選項指定分隔符。使用 -B 選項常用于保存所有查詢結(jié)果到文件里而不是打印到屏幕上。
--print_header	是否打印列名。整齊打印時是默認啟用。同時使用 -B 選項時，在首行打印列名
-o?filename?or ?--output_file?filename	保存所有查詢結(jié)果到指定的文件。通常用于保存在命令行使用 -q 選項執(zhí)行單個查詢時的查詢結(jié)果。對交互式會話同樣生效；此時你只會看到獲取了多少行數(shù)據(jù)，但看不到實際的數(shù)據(jù)集。當結(jié)合使用 -q 和 -o 選項時，會自動將錯誤信息輸出到 /dev/null。
--output_delimiter=character	當使用 -B 選項以普通文件格式打印查詢結(jié)果時，用于指定字段之間的分隔符。默認是制表符 tab ('\t')。假如輸出結(jié)果中包含了分隔符，該列會被引起且/或轉(zhuǎn)義。
-p or --show_profiles	對 shell 中執(zhí)行的每一個查詢，顯示其查詢執(zhí)行計劃 (與?EXPLAIN 語句輸出相同) 和發(fā)生低級故障的執(zhí)行步驟的更詳細的信息
-h or --help	顯示幫助信息
-i?hostname?or ?--impalad=hostname	指定連接運行 impalad 守護進程的主機。默認端口是 21050。你可以連接到集群中運行 impalad 的任意主機。假如你連接到 impalad 實例通過?--fe_port 標志使用了其他端口，則應(yīng)當同時提供端口號，格式為 hostname:port
-q?query?or --query=query	從命令行中傳遞一個查詢或其他 shell 命令。執(zhí)行完這一語句后 shell 會立即退出。限制為單條語句，可以是?SELECT,?CREATE ?TABLE,?SHOW TABLES, 或其他 impala-shell 認可的語句。因為無法傳遞 USE 語句再加上其他查詢，對于 default?數(shù)據(jù)庫之外的表，應(yīng)在表名前加上數(shù)據(jù)庫標識符（或者使用 -f 選項傳遞一個包含 USE 語句和其他查詢的文件）
-f?query_file?or --query_file=query_file	傳遞一個文件中的 SQL 查詢。文件內(nèi)容必須以分號分隔
-k or --kerberos	當連接到 impalad 時使用 Kerberos 認證。如果要連接的 impalad 實例不支持?Kerberos，將顯示一個錯誤
-s?kerberos_service_name?or ?--kerberos_service_name=name	指示impala-shell對特定impalad服務(wù)主體進行身份驗證。 如果沒有設(shè)置 ?kerberos_service_name?，默認使用 impala。如果啟用了本選項，而試圖建立不支持Kerberos 的連接時，返回一個錯誤。
-V or --verbose	啟用詳細輸出
--quiet	關(guān)閉詳細輸出
-v or --version	顯示版本信息
-c	查詢執(zhí)行失敗時繼續(xù)執(zhí)行
-r or --refresh_after_connect	建立連接后刷新 Impala 元數(shù)據(jù)，與建立連接后執(zhí)行?REFRESH?語句效果相同
-d?default_db?or --database=default_db	指定啟動后使用的數(shù)據(jù)庫，與建立連接后使用?USE?語句選擇數(shù)據(jù)庫作用相同，如果沒有指定，那么使用 default 數(shù)據(jù)庫
-l	啟用 LDAP 認證
-u	當使用 -l 選項啟用 LDAP 認證時，提供用戶名（使用短用戶名，而不是完整的 LDAP 專有名稱distinguished name），shell 會提示輸入密碼

JDBC編程

Impala支持JDBC訪問，JAVA程序通過JDBC驅(qū)動訪問Impala。配置Impala的JDBC連接包括以下步驟：

• 配置Impala JDBC端口

默認的Impala JDBC訪問端口是21050，確保Impala上此端口能被其他機器訪問；如果使用其他端口，啟動impalad時帶上--hs2_port參數(shù)。

• 在客戶端安裝Impala JDBC驅(qū)動

客戶端impala JDBC驅(qū)動包含一些jar文件，文件列表如下：

下載上述jar文件到impala JDBC客戶端。

保存jar文件到CLASSPATH路徑中。

設(shè)置CLASSPATH環(huán)境變量包含jar文件路徑

在linux系統(tǒng)：增加jar路徑到CLASSPATH前面：比如jar文件保存到/opt/jars/，設(shè)置命令為：export CLASSPATH=/opt/jars/*.jar:$CLASSPATH

在windows系統(tǒng)：在“系統(tǒng)屬性”控制面板中修改“環(huán)境變量”，設(shè)置CLASSPATH開頭包含jar文件路徑

• Java應(yīng)用程序配置JDBC連接字符串，連接Impalad

JDBC驅(qū)動類是org.apache.hive.jdbc.HiveDriver，連接分為以下幾種：

連接的Impala集群沒有使用Kerberos鑒權(quán)，JDBC連接字符串形式為：jdbc:hive2://host:port/;auth=noSasl

連接的Impala集群使用Kerberos鑒權(quán)，JDBC連接字符串形式為：jdbc:hive2://host:port/;principal=principal_name

連接的Impala集群使用LDAP鑒權(quán)，JDBC連接字符串形式為：jdbc:hive2://host:port/db_name;user=ldap_userid;password=ldap_password

下面的例子使用Impala JDBC編程接口查詢指定表的數(shù)據(jù)：

04 性能調(diào)優(yōu)

Impala性能調(diào)優(yōu)使用以下方法：

• 選擇合適的文件格式

通常情況，對大量數(shù)據(jù)，Parquet文件格式是最好的，因為它結(jié)合了列存儲布局、大的I / O請求大小、壓縮和編碼。

• 避免數(shù)據(jù)攝入過程產(chǎn)生許多小文件

使用INSERT……SELECT復(fù)制表數(shù)據(jù)，避免對任何海量數(shù)據(jù)或影響性能的關(guān)鍵型表使用INSERT……VALUES，因為每一個這樣的語句產(chǎn)生一個單獨的小數(shù)據(jù)文件。

如果在數(shù)據(jù)處理中產(chǎn)生過多小文件，需要使用INSERT……SELECT將數(shù)據(jù)復(fù)制到另外一張表，這樣解決了小文件過多的問題。

• 選擇合適的分區(qū)技術(shù)

分區(qū)是一種技術(shù)，基于一個或多個列的值物理上把數(shù)據(jù)分成多部分。當你發(fā)出查詢請求一個特定分區(qū)鍵列的值或值范圍，Impala可以避免讀取無關(guān)的數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生的巨大的磁盤I / O。

分區(qū)技術(shù)適用于以下情況：

表的數(shù)據(jù)量非常大，讀取整個表的時間不在我們的承受范圍之內(nèi)

表總是依據(jù)某些特定的列進行查詢

列有合理的基數(shù)(不同值的數(shù)量)

數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過ETL處理

• 使用COMPUTE STATS搜集連接查詢中海量數(shù)據(jù)表或者影響性能的關(guān)鍵表的統(tǒng)計信息

• 最小化返回結(jié)果給客戶端的傳輸開銷

使用聚合、過濾、限制、避免精細打印結(jié)果集等方法返回最小化結(jié)果。

• 在運行查詢前使用EXPLAIN查看執(zhí)行計劃是否高效合理

• 在運行查詢后使用PROFILE從底層確認IO、內(nèi)存消耗、網(wǎng)絡(luò)帶寬占用、CPU使用率等信息是否在預(yù)期范圍內(nèi)

來源：中興大數(shù)據(jù)

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總結(jié)

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