Bucket Shuffle Join

Bucket Shuffle Join 是在 Doris 0.14 版本中正式加入的新功能。旨在为某些 Join 查询提供本地性优化，来减少数据在节点间的传输耗时，来加速查询。

它的设计、实现和效果可以参阅 ISSUE 4394Bucket Shuffle Join - 图1 (opens new window)。

名词解释

  • FE：Frontend，Doris 的前端节点。负责元数据管理和请求接入。
  • BE：Backend，Doris 的后端节点。负责查询执行和数据存储。
  • 左表：Join查询时，左边的表。进行Probe操作。可被Join Reorder调整顺序。
  • 右表：Join查询时，右边的表。进行Build操作。可被Join Reorder调整顺序。

原理

Doris支持的常规分布式Join方式包括了shuffle join 和broadcast join。这两种join都会导致不小的网络开销:

举个例子，当前存在A表与B表的Join查询，它的Join方式为HashJoin，不同Join类型的开销如下：

  • Broadcast Join: 如果根据数据分布，查询规划出A表有3个执行的HashJoinNode，那么需要将B表全量的发送到3个HashJoinNode，那么它的网络开销是3B，它的内存开销也是3B。
  • Shuffle Join: Shuffle Join会将A，B两张表的数据根据哈希计算分散到集群的节点之中，所以它的网络开销为 A + B，内存开销为B。

在FE之中保存了Doris每个表的数据分布信息，如果join语句命中了表的数据分布列，我们应该使用数据分布信息来减少join语句的网络与内存开销，这就是Bucket Shuffle Join的思路来源。

image.png

上面的图片展示了Bucket Shuffle Join的工作原理。SQL语句为 A表 join B表，并且join的等值表达式命中了A的数据分布列。而Bucket Shuffle Join会根据A表的数据分布信息，将B表的数据发送到对应的A表的数据存储计算节点。Bucket Shuffle Join开销如下：

  • 网络开销： B < min(3B, A + B)

  • 内存开销： B <= min(3B, B)

可见，相比于Broadcast Join与Shuffle Join， Bucket Shuffle Join有着较为明显的性能优势。减少数据在节点间的传输耗时和Join时的内存开销。相对于Doris原有的Join方式，它有着下面的优点

  • 首先，Bucket-Shuffle-Join降低了网络与内存开销，使一些Join查询具有了更好的性能。尤其是当FE能够执行左表的分区裁剪与桶裁剪时。
  • 其次，同时与Colocate Join不同，它对于表的数据分布方式并没有侵入性，这对于用户来说是透明的。对于表的数据分布没有强制性的要求，不容易导致数据倾斜的问题。
  • 最后，它可以为Join Reorder提供更多可能的优化空间。

使用方式

设置Session变量

将session变量enable_bucket_shuffle_join设置为true，则FE在进行查询规划时就会默认将能够转换为Bucket Shuffle Join的查询自动规划为Bucket Shuffle Join。

  1. set enable_bucket_shuffle_join = true;

在FE进行分布式查询规划时，优先选择的顺序为 Colocate Join -> Bucket Shuffle Join -> Broadcast Join -> Shuffle Join。但是如果用户显式hint了Join的类型，如：

  1. select * from test join [shuffle] baseall on test.k1 = baseall.k1;

则上述的选择优先顺序则不生效。

该session变量在0.14版本默认为true, 而0.13版本需要手动设置为true。

查看Join的类型

可以通过explain命令来查看Join是否为Bucket Shuffle Join：

  1. |   2:HASH JOIN                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      |
  2. |   |  join op: INNER JOIN (BUCKET_SHUFFLE)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          |
  3. |   |  hash predicates:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              |
  4. |   |  colocate: false, reason: table not in the same group                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          |
  5. |   |  equal join conjunct: `test`.`k1` = `baseall`.`k1`

在Join类型之中会指明使用的Join方式为：BUCKET_SHUFFLE。

Bucket Shuffle Join的规划规则

在绝大多数场景之中，用户只需要默认打开seesion变量的开关就可以透明的使用这种Join方式带来的性能提升，但是如果了解Bucket Shuffle Join的规划规则，可以帮助我们利用它写出更加高效的SQL。

  • Bucket Shuffle Join只生效于Join条件为等值的场景，原因与Colocate Join类似，它们都依赖hash来计算确定的数据分布。
  • 在等值Join条件之中包含两张表的分桶列，当左表的分桶列为等值的Join条件时，它有很大概率会被规划为Bucket Shuffle Join。
  • 由于不同的数据类型的hash值计算结果不同，所以Bucket Shuffle Join要求左表的分桶列的类型与右表等值join列的类型需要保持一致，否则无法进行对应的规划。
  • Bucket Shuffle Join只作用于Doris原生的OLAP表，对于ODBC，MySQL，ES等外表，当其作为左表时是无法规划生效的。
  • 对于分区表，由于每一个分区的数据分布规则可能不同，所以Bucket Shuffle Join只能保证左表为单分区时生效。所以在SQL执行之中，需要尽量使用where条件使分区裁剪的策略能够生效。
  • 假如左表为Colocate的表，那么它每个分区的数据分布规则是确定的，Bucket Shuffle Join能在Colocate表上表现更好。