1. Deep Dive Into
Takuya UESHIN
Hadoop / Spark Conference 2019, Mar 2019
1
SQL
with Advanced Performance Tuning

2. 2
About Me
- Software Engineer @databricks
- Apache Spark Committer
- Twitter: @ueshin
- GitHub: github.com/ueshin

3. DATABRICKS WORKSPACE
Databricks Delta ML Frameworks
DATABRICKS CLOUD SERVICE
DATABRICKS RUNTIME
Reliable & Scalable Simple & Integrated
Databricks Unified Analytics Platform
APIs
Jobs
Models
Notebooks
Dashboards End to end ML lifecycle

4. Spark SQL
A highly scalable and efficient relational
processing engine with ease-to-use APIs and
mid-query fault tolerance.
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5. Run Everywhere
様々なデータソース
(Cassandra, Kafka,
RDBMSなど) や
ファイルフォーマット
(Parquet, ORC, CSV,
JSONなど) のデータを統
合して解析、処理
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6. The not-so-secret truth...
6
is not only SQL.SQL

7. Spark SQL
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8. Not Only SQL
Sparkアプリケーション、ライブラリもSpark SQLをベー
スにしている
• Structured streaming: ストリーム処理
• MLlib: 機械学習
• GraphFrame: グラフ計算
• Your own Spark applications: using SQL,
DataFrame and Dataset APIs
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9. Lazy Evaluation
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最適化、実行は できるだけ遅く
Spark SQLは関数やライブラリを横断して最適
化する
ライブラリやSQL/DataFrame/Dataset APIを
使ったクエリ全体を最適化

10. Spark SQL
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A compiler from queries to RDDs.

11. Performance Tuning for Optimal Plans
Run EXPLAIN Plan.
Interpret Plan.
Tune Plan.
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12. 12
- Explain command/APIs
- Spark UI / Spark History
Server のSQLタブ

13. 13
Job page の詳細情報

14. Declarative APIs
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15. Declarative APIs
何をしたいのか?
• SQL API: ANSI SQL:2003 / HiveQL.
• Dataset/DataFrame APIs: richer,
user-friendly な language-integrated
インターフェイス
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16. Declarative APIs
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SQL, DataFrame, Datasetの違い
• DataFrame API は untyped リレーショナル処理
• Dataset API は typed バージョン, ただし処理内容によっては
パフォーマンスペナルティがある
[SPARK-14083]
• http://dbricks.co/29xYnqR

17. Metadata Catalog
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18. Metadata Catalog
• Persistent Hive metastore [Hive 0.12 - Hive 2.3.3]
• Session-local temporary view manager
• Cross-session global temporary view manager
• Session-local function registry
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19. Metadata Catalog
Session-local function registry
• Easy-to-use lambda UDF
• PySpark Python UDF / Pandas UDF
• Native UDAF インターフェイス
• Hive UDF, UDAF, UDTF サポート
• 約300 の built-in SQL functions
• including 30+ higher-order built-in functions
• Blog for higher-order functions: https://dbricks.co/2rR8vAr
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20. Performance Tips - Catalog
Partition metadata 取得のコスト:
- Hive metastore のアップグレード
- Cardinality の高いパーティションカラムを避ける
- Partition pruning predicates (improved in [SPARK-20331])
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21. Cache Manager
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22. Cache Manager
• プランが一致した場合にキャッシュデータと置き
換える
• Cross-session
• 初めて利用する時にキャッシュデータ作成
• 依存しているtable/viewのデータが更新される
とキャッシュデータを無効化
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23. Performance Tips - Cache
Cache: 必ずしも速いわけではない
- ディスクに書き出される場合がある
- 必要なければキャッシュしないようにする
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24. Optimizer
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25. Optimizer
heuristics と cost ベースでプランの書き換え
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• Outer join elimination
• Constraint propagation
• Join reordering
and many more.
• Column pruning
• Predicate push down
• Constant folding

26. Performance Tips - Optimizer
独自の Optimizer や Planner Rule の組み込み
• SparkSessionExtensions
• ExperimentalMethodsクラス
• var extraOptimizations: Seq[Rule[LogicalPlan]] = Nil
• var extraStrategies: Seq[Strategy] = Nil
• Examples in the Herman’s talk Deep Dive into Catalyst
Optimizer
• Join two intervals: http://dbricks.co/2etjIDY
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27. Planner
27

28. Planner
• Logical PlanをPhysical Planへ (what to how)
• コストに基づいて最適な Physical Plan を選択
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table1 table2
Join
broadcast
hash join
sort merge
join
OR
broadcast join has lower cost if
one table can fit in memory
table1 table2 table1 table2

29. Performance Tips - Join Selection
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table 1
table 2
join result
broadcast
broadcast join
table 1
table 2
shuffled
shuffled
join result
shuffle join

30. Performance Tips - Join Selection
broadcast join vs shuffle join (broadcast の方が速い)
• spark.sql.autoBroadcastJoinThreshold
• 統計情報を最新に保つ
• broadcastJoin ヒント
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31. Performance Tips - Equal Join
… t1 JOIN t2 ON t1.id = t2.id AND t1.value < t2.value
… t1 JOIN t2 ON t1.value < t2.value
Join 条件に少なくとも1つの equal 条件を入れる
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32. Performance Tips - Equal Join
… t1 JOIN t2 ON t1.id = t2.id AND t1.value < t2.value
… t1 JOIN t2 ON t1.value < t2.value
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O(n ^ 2)
O(n)

33. Query Execution
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34. Query Execution
• Memory Manager: メモリ利用状況を追跡してtaskや
operator間のメモリを調整
• Code Generator: Physical PlanをコンパイルしてJava
コードを生成
• Tungsten Engine: CPUやメモリに対して効率的なバイ
ナリデータフォーマットやデータ構造
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35. Performance Tips - Memory Manager
spark.executor.memory と spark.memory.fraction を、監視外メ
モリのために余裕を持って設定する. Sparkが監視できないメモ
リ領域がある(netty buffer, parquet writer buffer).
spark.memory.offHeap.enabled と spark.memory.offHeap.size
を設定して off-heapを有効化, それにあわせて
spark.executor.memory を減らす.
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36. Whole Stage Code Generation

37. Performance Tip - WholeStage codegen
spark.sql.codegen.hugeMethodLimit の設定
バイトコードのサイズが8kバイトを超える大きな
メソッドはJITコンパイラがコンパイルできない
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38. Data Sources
• computation と storage の分離
• Complete data pipeline:
• External storage がデータを供給
• Spark が処理
• Sparkのデータ処理がとても速い場合、データ
ソースがボトルネックになり得る
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39. Scan Vectorization
• Vectorizationでより効率的なカラムなデータ読み込み
• JVMがSIMDを利用しやすい
• ……

40. Partitioning and Bucketing
• data skipping と pre-shuffle のためのファイルレイアウト
• 不要なIOとシャッフルを避けてスピードアップ
• The summit talk: http://dbricks.co/2oG6ZBL

41. Performance Tips - DataSource
• vectorized reading が可能なファイルフォーマット
を利用 (Parquet, ORC)
• ファイルベースのデータソースの場合には、
Patitioning や Bucketing を検討
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42. Apache Spark™
• Use Cases
• Research
• Technical Deep Dives
AI
• Productionizing ML
• Deep Learning
• Cloud Hardware
Fields
• Data Science
• Data Engineering
• Enterprise
5000+ ATTENDEES
Practitioners:
Data Scientists, Data Engineers,
Analysts, Architects
Leaders:
Engineering Management, VPs,
Heads of Analytics & Data, CxOs
TRACKS
databricks.com/sparkaisummit

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Nike: Enabling Data Scientists to bring their Models to Market
Facebook: Vectorized Query Execution in Apache Spark at Facebook
Tencent: Large-scale Malicious Domain Detection with Spark AI
IBM: In-memory storage Evolution in Apache Spark
Capital One: Apache Spark and Sights at Speed: Streaming, Feature
management and Execution
Apple: Making Nested Columns as First Citizen in Apache Spark SQL
EBay: Managing Apache Spark workload and automatic optimizing.
Google: Validating Spark ML Jobs
HP: Apache Spark for Cyber Security in big company
Microsoft: Apache Spark Serving: Unifying Batch, Streaming and
RESTful Serving
ABSA Group: A Mainframe Data Source for Spark SQL and Streaming
Facebook: an efficient Facebook-scale shuffle service
IBM: Make your PySpark Data Fly with Arrow!
Facebook : Distributed Scheduling Framework for Apache Spark
Zynga: Automating Predictive Modeling at Zynga with PySpark
World Bank: Using Crowdsourced Images to Create Image Recognition
Models and NLP to Augment Global Trade indicator
JD.com: Optimizing Performance and Computing Resource.
Microsoft: Azure Databricks with R: Deep Dive
ICL: Cooperative Task Execution for Apache Spark
Airbnb: Apache Spark at Airbnb
Netflix: Migrating to Apache Spark at Netflix
Microsoft: Infrastructure for Deep Learning in
Apache Spark
Intel: Game playing using AI on Apache Spark
Facebook: Scaling Apache Spark @ Facebook
Lyft: Scaling Apache Spark on K8S at Lyft
Uber: Using Spark Mllib Models in a Production
Training and Serving Platform
Apple: Bridging the gap between Datasets and
DataFrames
Salesforce: The Rule of 10,000 Spark Jobs
Target: Lessons in Linear Algebra at Scale with
Apache Spark
Workday: Lesson Learned Using Apache Spark

44. Thank you
Takuya UESHIN (ueshin@databricks.com)
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