Prepare and run TPCDS query with spark

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TPCDS 数据生成工具

TPC-DS 测试数据的生成依赖tpcds-kit项目, Databricks forks了改项目，并支持将生产的数据写入到Stdout，然后直接生成测试数据。我们需要提前安装好这个工具。

git clone https://github.com/databricks/tpcds-kit.git
cd tpcds-kit/tools
make OS=MACOS

在编译过程中可能会报错

w_store_sales.c:141:7: error: implicit declaration of function 'is_set_filter' is invalid in C99 [-Werror,-Wimplicit-function-declaration]
        if (!is_set_filter() || is_set_child()) {
             ^
w_store_sales.c:141:26: error: implicit declaration of function 'is_set_child' is invalid in C99 [-Werror,-Wimplicit-function-declaration]
        if (!is_set_filter() || is_set_child()) {
                                ^
2 errors generated.
make: *** [w_store_sales.o] Error 1
(base)

感觉这个错误是因为GCC版本太低导致的，修改一下makefile中的gcc版本，编译通过

HPUX_CC         = gcc-8
LINUX_CC        = gcc-8
NCR_CC          = cc
MACOS_CC                = gcc-8
SOLARIS_CC      = gcc-8

通过 spark-sql-perf 项目生成TPCDS测试数据

spark-sql-perf 项目编译

项目Git地址 https://github.com/databricks/spark-sql-perf.git ，后面会提到在本地编译安装的过程中，做了一些修改，也可以参考我fork的地址https://github.com/wankunde/spark-sql-perf . 然后通过 sbt package 命令对项目编译和打包。

下面说一下我自己在编译该项目的时候踩的一些坑吧～～

此项目在使用SBT进行编译的时候，会抱 addSbtPlugin("org.spark-packages" %% "sbt-spark-package" % "0.1.1") 这个插件无法下载的报错。最后在Maven中央仓库中找到了该插件: https://mvnrepository.com/artifact/org.spark-packages/sbt-spark-package/0.1.1 , 但是该插件的下载地址却并不在中央仓库中，而是 https://repos.spark-packages.org/org/spark-packages/sbt-spark-package/0.1.1/sbt-spark-package-0.1.1.jar，所以按照常规的library 下载路径进行查找确实是找不到的。Workaround的方案是在 project/plugins.sbt 中手动添加该插件的 resolver 地址: resolvers += "sbt-spark-package-maven" at "https://repos.spark-packages.org/"

走过的弯路

因为国内的网络访问SBT相关资源的时候太慢，所以之前配置过一些用于加速sbt 下载的repo地址，还使用了加速下载的插件，感觉有可能会对resolver的解析有影响（0.13.* 和 1.* 都不确定～～）所以比较稳妥的方案是直接移除本地的 .sbt 配置目录
SBT 既支持ivy 格式的资源路径，又支持Maven 资源格式路径。现在真不确定SBT是否会根据 resolver 的名称是否含有 -maven 关键字来确定使用哪一种格式来尝试寻找资源。但是我是在name中加上 -maven 格式就改成maven 格式的地址了。如果是自定义的ivy资源地址，可以添加类似的地址 resolvers += Resolver.url("sbt-plugin-ivy", url("https://dl.bintray.com/sbt/sbt-plugin-releases/"))( Patterns("[organization]/[module]/(scala_[scalaVersion]/)(sbt_[sbtVersion]/)[revision]/[type]s/[artifact](-[classifier]).[ext]") )
- Resolve Doc : https://www.scala-sbt.org/1.x/docs/Resolvers.html
- 项目中一些其他的Plugin都可以正常下载, 参考下载地址: https://scala.jfrog.io/ui/native/sbt-plugin-releases/com.databricks/sbt-databricks/scala_2.10/sbt_0.13

生成测试数据

通过命令 build/sbt "test:runMain com.databricks.spark.sql.perf.tpcds.GenTPCDSData -d <dsdgenDir> -s <scaleFactor> -l <location> -f <format>" 生成需要的测试数据。有不明白的参数，看玉明大佬写的PR

build/sbt "test:runMain com.databricks.spark.sql.perf.tpcds.GenTPCDSData -d /Users/wakun/ws/apache/tpcds-kit/tools -s 1 -l hdfs://localhost:9000/tpcds -f parquet"

[root@spark-3267648 spark-sql-perf]# build/sbt "test:runMain com.databricks.spark.sql.perf.tpcds.GenTPCDSData --help"
[info] Running com.databricks.spark.sql.perf.tpcds.GenTPCDSData --help
[info] Usage: Gen-TPC-DS-data [options]
[info]
[info]   -m, --master <value>     the Spark master to use, default to local[*]
[info]   -d, --dsdgenDir <value>  location of dsdgen
[info]   -s, --scaleFactor <value>
[info]                            scaleFactor defines the size of the dataset to generate (in GB)
[info]   -l, --location <value>   root directory of location to create data in
[info]   -f, --format <value>     valid spark format, Parquet, ORC ...
[info]   -i, --useDoubleForDecimal <value>
[info]                            true to replace DecimalType with DoubleType
[info]   -e, --useStringForDate <value>
[info]                            true to replace DateType with StringType
[info]   -o, --overwrite <value>  overwrite the data that is already there
[info]   -p, --partitionTables <value>
[info]                            create the partitioned fact tables
[info]   -c, --clusterByPartitionColumns <value>
[info]                            shuffle to get partitions coalesced into single files
[info]   -v, --filterOutNullPartitionValues <value>
[info]                            true to filter out the partition with NULL key value
[info]   -t, --tableFilter <value>
[info]                            "" means generate all tables
[info]   -n, --numPartitions <value>
[info]                            how many dsdgen partitions to run - number of input tasks.
[info]   --help                   prints this usage text

注册TPCDS外部表

官方文档上有注册TPCDS 外部表的命令，但是不知道原作者是如何去执行的。
我最终选择了最简单粗暴的方式，直接编写并运行类test:runMain com.databricks.spark.sql.perf.tpcds.CreateTPCTables 搞定

package com.databricks.spark.sql.perf.tpcds

import org.apache.spark.sql.SparkSession

object CreateTPCTables {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val spark = SparkSession
      .builder()
      .appName("Create TPC Tables")
      .master("local")
      .enableHiveSupport()
      .getOrCreate()
    val sqlContext = spark.sqlContext

    val rootDir = "hdfs://localhost:9000/tpcds" // root directory of location to create data in.
    val databaseName = "tpcds_1g" // name of database to create.
    val scaleFactor = "1" // scaleFactor defines the size of the dataset to generate (in GB).
    val format = "parquet" // valid spark format like parquet "parquet".
    // Run:
    val tables = new TPCDSTables(sqlContext,
      dsdgenDir = "/Users/wakun/ws/apache/tpcds-kit/tools", // location of dsdgen
      scaleFactor = scaleFactor,
      useDoubleForDecimal = false, // true to replace DecimalType with DoubleType
      useStringForDate = false) // true to replace DateType with StringType

    tables.createExternalTables(rootDir, "parquet", databaseName, overwrite = true, discoverPartitions = true)
    tables.analyzeTables(databaseName, analyzeColumns = true)

    // For CBO only, gather statistics on all columns:
    // tables.analyzeTables(databaseName, analyzeColumns = true)
  }
}

下面说一下这个过程我踩过的一些坑：

SBT console 无法运行

首先再次提一下 sbt-spark-package 这个插件，这个插件的 console 命令会启动一个Spark 本地程序，同时会将项目的的所有程序代码加入到Classpath 中，这样本地快速开发和调试程序的时候非常方便
因为我们自己在开发spark application 的时候，会有很多我们自己常用的一些命令，同样的，这个项目定义了 initialCommands ，用于我们常用语句的执行

initialCommands in console :=
  """
    |import org.apache.spark.sql._
    |import org.apache.spark.sql.functions._
    |import org.apache.spark.sql.types._
    |import org.apache.spark.sql.hive.test.TestHive
    |import TestHive.implicits
    |import TestHive.sql
    |
    |val sqlContext = TestHive
    |import sqlContext.implicits._
  """.stripMargin

第一个问题来了，上面的初始化代码里使用的都是 spark-hive 模块的test package里的代码，但是项目一般都不会引入 module的 tests 包的啊？没办法，手动加入该依赖 libraryDependencies += "org.apache.spark" %% "spark-hive" % sparkVersion.value classifier "tests" 。我本地为了加速依赖包的下载，增加了maven local resolver: resolvers += Resolver.mavenLocal，之后正常进入console。
在执行 spark sql 语句的时候，无法正常连接hive metasotre。将对应的 hive-site.xml 和 spark-defaults.conf 拷贝到 resource 文件夹，连接hive metastore 正常
连接Hive metastore 之后，默认又报Hive thrift RPC error : Invalid method name: 'get_all_functions', 感觉是 hive 客户端和 hive 服务器端两边版本不匹配导致。spark 3.0 默认的Hive 客户端版本是 hive-cli-2.3.8.jar ，升级Hive 服务器版本到 2.3.* 连接恢复正常。
此时你以为现在一切都OK了吗？没有～～上面的 initialCommands 中使用的是 TestHive ～～，搞崩溃了，直接转到上面的最终大招，搞定～～

Run tpcds query in spark

Run tpcds query in spark with SBT

sql/test:runMain org.apache.spark.sql.execution.benchmark.TPCDSQueryBenchmark --data-location file:///opt/tpcds --query-filter q5

[info] Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM 1.8.0_281-b09 on Mac OS X 10.15.7
[info] Intel(R) Core(TM) i9-9980HK CPU @ 2.40GHz
[info] TPCDS Snappy:                             Best Time(ms)   Avg Time(ms)   Stdev(ms)    Rate(M/s)   Per Row(ns)   Relative
[info] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
[info] q5                                                 6176           6308         188          0.9        1127.4       1.0X

Benchmark in Spark

BenchmarkBase

BenchmarkBase 类是测试基础类，内部定义 main() 方法，然后调用各个子类实现的 runBenchmarkSuite() 方法

JoinBenchmark

object JoinBenchmark extends SqlBasedBenchmark 类实现了 runBenchmarkSuite() 方法，并在内部定义了各种类型的Join测试

  override def runBenchmarkSuite(mainArgs: Array[String]): Unit = {
    runBenchmark("Join Benchmark") {
      broadcastHashJoinLongKey()
      broadcastHashJoinLongKeyWithDuplicates()
      ...
    }
  }

  def broadcastHashJoinLongKey(): Unit = {
    val N = 20 << 20
    val M = 1 << 16

    val dim = broadcast(spark.range(M).selectExpr("id as k", "cast(id as string) as v"))
    codegenBenchmark("Join w long", N) {
      val df = spark.range(N).join(dim, (col("id") % M) === col("k"))
      assert(df.queryExecution.sparkPlan.find(_.isInstanceOf[BroadcastHashJoinExec]).isDefined)
      df.noop()
    }
  }

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