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Doris是一款高性能、开源的实时分析数据仓库,旨在为用户提供毫秒级查询响应、高并发、高可用以及易于扩展的OLAP解决方案。它融合了MPP(大规模并行处理)架构与分布式存储,支持PB级别的数据存储和分析,是大数据场景下理想的实时数仓选择。
Apache Doris 是一个基于 MPP 架构的高性能、实时的分析型数据库,以极速易用的特点被人们所熟知,仅需亚秒级响应时间即可返回海量数据下的查询结果,不仅可以支持高并发的点查询场景,也能支持高吞吐的复杂分析场景。基于此,Apache Doris 能够较好的满足报表分析、即席查询、统一数仓构建、数据湖联邦查询加速等使用场景,用户可以在此之上构建用户行为分析、AB 实验平台、日志检索分析、用户画像分析、订单分析等应用。
Apache Doris 最早是诞生于百度广告报表业务的 Palo 项目,2017 年正式对外开源,2018 年 7 月由百度捐赠给 Apache 基金会进行孵化,之后在 Apache 导师的指导下由孵化器项目管理委员会成员进行孵化和运营。目前 Apache Doris 社区已经聚集了来自不同行业数百家企业的 600 余位贡献者,并且每月活跃贡献者人数也超过 120 位。 2022 年 6 月,Apache Doris 成功从 Apache 孵化器毕业,正式成为 Apache 顶级项目(Top-Level Project,TLP)
Apache Doris 如今在中国乃至全球范围内都拥有着广泛的用户群体,截止目前, Apache Doris 已经在全球超过 4000 家企业的生产环境中得到应用,在中国市值或估值排行前 50 的互联网公司中,有超过 80% 长期使用 Apache Doris,包括百度、美团、小米、京东、字节跳动、腾讯、网易、快手、微博、贝壳等。同时在一些传统行业如金融、能源、制造、电信等领域也有着丰富的应用。
如下图所示,数据源经过各种数据集成和加工处理后,通常会入库到实时数仓 Doris 和离线湖仓(Hive, Iceberg, Hudi 中),Apache Doris 被广泛应用在以下场景中。Image description
面向分析师的自助分析,查询模式不固定,要求较高的吞吐。小米公司基于 Doris 构建了增长分析平台(Growing Analytics,GA),利用用户行为数据对业务进行增长分析,平均查询延时 10s,95 分位的查询延时 30s 以内,每天的 SQL 查询量为数万条。
一个平台满足统一的数据仓库建设需求,简化繁琐的大数据软件栈。海底捞基于 Doris 构建的统一数仓,替换了原来由 Spark、Hive、Kudu、Hbase、Phoenix 组成的旧架构,架构大大简化。
通过外表的方式联邦分析位于 Hive、Iceberg、Hudi 中的数据,在避免数据拷贝的前提下,查询性能大幅提升。
Doris整体架构如下图所示,Doris 架构非常简单,只有两类进程
Frontend(FE),主要负责用户请求的接入、查询解析规划、元数据的管理、节点管理相关工作。
Backend(BE),主要负责数据存储、查询计划的执行。
这两类进程都是可以横向扩展的,单集群可以支持到数百台机器,数十 PB 的存储容量。并且这两类进程通过一致性协议来保证服务的高可用和数据的高可靠。这种高度集成的架构设计极大的降低了一款分布式系统的运维成本。
在使用接口方面,Doris 采用 MySQL 协议,高度兼容 MySQL 语法,支持标准 SQL,用户可以通过各类客户端工具来访问 Doris,并支持与 BI 工具的无缝对接。Doris 当前支持多种主流的 BI 产品,包括不限于 SmartBI、DataEase、FineBI、Tableau、Power BI、SuperSet 等,只要支持 MySQL 协议的 BI 工具,Doris 就可以作为数据源提供查询支持。
在存储引擎方面,Doris 采用列式存储,按列进行数据的编码压缩和读取,能够实现极高的压缩比,同时减少大量非相关数据的扫描,从而更加有效利用 IO 和 CPU 资源。
Doris 也支持比较丰富的索引结构,来减少数据的扫描:
Sorted Compound Key Index,可以最多指定三个列组成复合排序键,通过该索引,能够有效进行数据裁剪,从而能够更好支持高并发的报表场景
Min/Max :有效过滤数值类型的等值和范围查询
Bloom Filter :对高基数列的等值过滤裁剪非常有效
Invert Index :能够对任意字段实现快速检索
在存储模型方面,Doris 支持多种存储模型,针对不同的场景做了针对性的优化:
Aggregate Key 模型:相同 Key 的 Value 列合并,通过提前聚合大幅提升性能
Unique Key 模型:Key 唯一,相同 Key 的数据覆盖,实现行级别数据更新
Duplicate Key 模型:明细数据模型,满足事实表的明细存储
Doris 也支持强一致的物化视图,物化视图的更新和选择都在系统内自动进行,不需要用户手动选择,从而大幅减少了物化视图维护的代价。
在查询引擎方面,Doris 采用 MPP 的模型,节点间和节点内都并行执行,也支持多个大表的分布式 Shuffle Join,从而能够更好应对复杂查询。
Doris 查询引擎是向量化的查询引擎,所有的内存结构能够按照列式布局,能够达到大幅减少虚函数调用、提升 Cache 命中率,高效利用 SIMD 指令的效果。在宽表聚合场景下性能是非向量化引擎的 5-10 倍。
Doris 采用了 Adaptive Query Execution 技术, 可以根据 Runtime Statistics 来动态调整执行计划,比如通过 Runtime Filter 技术能够在运行时生成 Filter 推到 Probe 侧,并且能够将 Filter 自动穿透到 Probe 侧最底层的 Scan 节点,从而大幅减少 Probe 的数据量,加速 Join 性能。Doris 的 Runtime Filter 支持 In/Min/Max/Bloom Filter。
在优化器方面 Doris 使用 CBO 和 RBO 结合的优化策略,RBO 支持常量折叠、子查询改写、谓词下推等,CBO 支持 Join Reorder。目前 CBO 还在持续优化中,主要集中在更加精准的统计信息收集和推导,更加精准的代价模型预估等方面。
在 Doris 中,数据都以表(Table)的形式进行逻辑上的描述。
Row & Column
一张表包括行(Row)和列(Column):
Row:即用户的一行数据;
Column: 用于描述一行数据中不同的字段。
Column 可以分为两大类:Key 和 Value。从业务角度看,Key 和 Value 可以分别对应维度列和指标列。Doris的key列是建表语句中指定的列,建表语句中的关键字’unique key’或’aggregate key’或’duplicate key’后面的列就是key列,除了key列剩下的就是value列。从聚合模型的角度来说,Key 列相同的行,会聚合成一行。其中 Value 列的聚合方式由用户在建表时指定。关于更多聚合模型的介绍,可以参阅 Doris 数据模型。
Tablet & Partition
在 Doris 的存储引擎中,用户数据被水平划分为若干个数据分片(Tablet,也称作数据分桶)。每个 Tablet 包含若干数据行。各个 Tablet 之间的数据没有交集,并且在物理上是独立存储的。
多个 Tablet 在逻辑上归属于不同的分区(Partition)。一个 Tablet 只属于一个 Partition。而一个 Partition 包含若干个 Tablet。因为 Tablet 在物理上是独立存储的,所以可以视为 Partition 在物理上也是独立。Tablet 是数据移动、复制等操作的最小物理存储单元。
若干个 Partition 组成一个 Table。Partition 可以视为是逻辑上最小的管理单元。数据的导入与删除,仅能针对一个 Partition 进行。
我们以一个建表操作来说明 Doris 的数据划分。
Doris 的建表是一个同步命令,SQL执行完成即返回结果,命令返回成功即表示建表成功。具体建表语法可以参考CREATE TABLE,也可以通过 HELP CREATE TABLE; 查看更多帮助。
本小节通过一个例子,来介绍 Doris 的建表方式。
-- Range Partition CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.example_range_tbl ( `user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id", `date` DATE NOT NULL COMMENT "数据灌入日期时间", `timestamp` DATETIME NOT NULL COMMENT "数据灌入的时间戳", `city` VARCHAR(20) COMMENT "用户所在城市", `age` SMALLINT COMMENT "用户年龄", `sex` TINYINT COMMENT "用户性别", `last_visit_date` DATETIME REPLACE DEFAULT "1970-01-01 00:00:00" COMMENT "用户最后一次访问时间", `cost` BIGINT SUM DEFAULT "0" COMMENT "用户总消费", `max_dwell_time` INT MAX DEFAULT "0" COMMENT "用户最大停留时间", `min_dwell_time` INT MIN DEFAULT "99999" COMMENT "用户最小停留时间" ) ENGINE=OLAP AGGREGATE KEY(`user_id`, `date`, `timestamp`, `city`, `age`, `sex`) PARTITION BY RANGE(`date`) ( PARTITION `p201701` VALUES LESS THAN ("2017-02-01"), PARTITION `p201702` VALUES LESS THAN ("2017-03-01"), PARTITION `p201703` VALUES LESS THAN ("2017-04-01") ) DISTRIBUTED BY HASH(`user_id`) BUCKETS 16 PROPERTIES ( "replication_num" = "3", "storage_medium" = "SSD", "storage_cooldown_time" = "2018-01-01 12:00:00" ); -- List Partition CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.example_list_tbl ( `user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id", `date` DATE NOT NULL COMMENT "数据灌入日期时间", `timestamp` DATETIME NOT NULL COMMENT "数据灌入的时间戳", `city` VARCHAR(20) NOT NULL COMMENT "用户所在城市", `age` SMALLINT COMMENT "用户年龄", `sex` TINYINT COMMENT "用户性别", `last_visit_date` DATETIME REPLACE DEFAULT "1970-01-01 00:00:00" COMMENT "用户最后一次访问时间", `cost` BIGINT SUM DEFAULT "0" COMMENT "用户总消费", `max_dwell_time` INT MAX DEFAULT "0" COMMENT "用户最大停留时间", `min_dwell_time` INT MIN DEFAULT "99999" COMMENT "用户最小停留时间" ) ENGINE=olap AGGREGATE KEY(`user_id`, `date`, `timestamp`, `city`, `age`, `sex`) PARTITION BY LIST(`city`) ( PARTITION `p_cn` VALUES IN ("Beijing", "Shanghai", "Hong Kong"), PARTITION `p_usa` VALUES IN ("New York", "San Francisco"), PARTITION `p_jp` VALUES IN ("Tokyo") ) DISTRIBUTED BY HASH(`user_id`) BUCKETS 16 PROPERTIES ( "replication_num" = "3", "storage_medium" = "SSD", "storage_cooldown_time" = "2018-01-01 12:00:00" );
列定义
这里我们只以 AGGREGATE KEY 数据模型为例进行说明。更多数据模型参阅 Doris 数据模型。
列的基本类型,可以通过在 mysql-client 中执行 HELP CREATE TABLE; 查看。
AGGREGATE KEY 数据模型中,所有没有指定聚合方式(SUM、REPLACE、MAX、MIN)的列视为 Key 列。而其余则为 Value 列。
定义列时,可参照如下建议:
分区和分桶
Doris 支持两层的数据划分。第一层是 Partition,支持 Range 和 List 的划分方式。第二层是 Bucket(Tablet),支持 Hash 和 Random 的划分方式。
也可以仅使用一层分区,建表时如果不写分区的语句即可,此时Doris会生成一个默认的分区,对用户是透明的。使用一层分区时,只支持 Bucket 划分。下面我们来分别介绍下分区以及分桶:
Partition
Range 分区
分区列通常为时间列,以方便的管理新旧数据。
Range 分区支持的列类型:[DATE,DATETIME,TINYINT,SMALLINT,INT,BIGINT,LARGEINT]
Partition 支持通过 VALUES LESS THAN (…) 仅指定上界,系统会将前一个分区的上界作为该分区的下界,生成一个左闭右开的区间。也支持通过 VALUES […) 指定上下界,生成一个左闭右开的区间。
Version 1.2.0同时,也支持通过FROM(...) TO (...) INTERVAL ...
来批量创建分区。
通过 VALUES […) 同时指定上下界比较容易理解。这里举例说明,当使用 VALUES LESS THAN (…) 语句进行分区的增删操作时,分区范围的变化情况:
如上 example_range_tbl 示例,当建表完成后,会自动生成如下3个分区:
p201701: [MIN_VALUE, 2017-02-01)
p201702: [2017-02-01, 2017-03-01)
p201703: [2017-03-01, 2017-04-01)
当我们增加一个分区 p201705 VALUES LESS THAN (“2017-06-01”),分区结果如下:
p201701: [MIN_VALUE, 2017-02-01)
p201702: [2017-02-01, 2017-03-01)
p201703: [2017-03-01, 2017-04-01)
p201705: [2017-04-01, 2017-06-01)
此时我们删除分区 p201703,则分区结果如下:
p201701: [MIN_VALUE, 2017-02-01)
p201702: [2017-02-01, 2017-03-01)
p201705: [2017-04-01, 2017-06-01)
注意到 p201702 和 p201705 的分区范围并没有发生变化,而这两个分区之间,出现了一个空洞:[2017-03-01, 2017-04-01)。即如果导入的数据范围在这个空洞范围内,是无法导入的。
继续删除分区 p201702,分区结果如下:
p201701: [MIN_VALUE, 2017-02-01)
p201705: [2017-04-01, 2017-06-01)
空洞范围变为:[2017-02-01, 2017-04-01)
现在增加一个分区 p201702new VALUES LESS THAN (“2017-03-01”),分区结果如下:
p201701: [MIN_VALUE, 2017-02-01)
p201702new: [2017-02-01, 2017-03-01)
p201705: [2017-04-01, 2017-06-01)
可以看到空洞范围缩小为:[2017-03-01, 2017-04-01)
现在删除分区 p201701,并添加分区 p201612 VALUES LESS THAN (“2017-01-01”),分区结果如下:
p201612: [MIN_VALUE, 2017-01-01)
p201702new: [2017-02-01, 2017-03-01)
p201705: [2017-04-01, 2017-06-01)
即出现了一个新的空洞:[2017-01-01, 2017-02-01)
综上,分区的删除不会改变已存在分区的范围。删除分区可能出现空洞。通过 VALUES LESS THAN 语句增加分区时,分区的下界紧接上一个分区的上界。
Range分区除了上述我们看到的单列分区,也支持多列分区,示例如下:
PARTITION BY RANGE(`date`, `id`)
(
PARTITION `p201701_1000` VALUES LESS THAN ("2017-02-01", "1000"),
PARTITION `p201702_2000` VALUES LESS THAN ("2017-03-01", "2000"),
PARTITION `p201703_all` VALUES LESS THAN ("2017-04-01")
)
在以上示例中,我们指定 date(DATE 类型) 和 id(INT 类型) 作为分区列。以上示例最终得到的分区如下:
* p201701_1000: [(MIN_VALUE, MIN_VALUE), ("2017-02-01", "1000") )
* p201702_2000: [("2017-02-01", "1000"), ("2017-03-01", "2000") )
* p201703_all: [("2017-03-01", "2000"), ("2017-04-01", MIN_VALUE))
注意,最后一个分区用户缺省只指定了 date 列的分区值,所以 id 列的分区值会默认填充 MIN_VALUE。当用户插入数据时,分区列值会按照顺序依次比较,最终得到对应的分区。举例如下:
* 数据 --> 分区
* 2017-01-01, 200 --> p201701_1000
* 2017-01-01, 2000 --> p201701_1000
* 2017-02-01, 100 --> p201701_1000
* 2017-02-01, 2000 --> p201702_2000
* 2017-02-15, 5000 --> p201702_2000
* 2017-03-01, 2000 --> p201703_all
* 2017-03-10, 1 --> p201703_all
* 2017-04-01, 1000 --> 无法导入
* 2017-05-01, 1000 --> 无法导入
Range分区同样支持批量分区, 通过语句 FROM (“2022-01-03”) TO (“2022-01-06”) INTERVAL 1 DAY 批量创建按天划分的分区:2022-01-03到2022-01-06(不含2022-01-06日),分区结果如下:
p20220103: [2022-01-03, 2022-01-04) p20220104: [2022-01-04,
2022-01-05) p20220105: [2022-01-05, 2022-01-06)
List 分区
分区列支持 BOOLEAN, TINYINT, SMALLINT, INT, BIGINT, LARGEINT, DATE, DATETIME, CHAR, VARCHAR 数据类型,分区值为枚举值。只有当数据为目标分区枚举值其中之一时,才可以命中分区。
Partition 支持通过 VALUES IN (…) 来指定每个分区包含的枚举值。
下面通过示例说明,进行分区的增删操作时,分区的变化。
如上 example_list_tbl 示例,当建表完成后,会自动生成如下3个分区:
p_cn: (“Beijing”, “Shanghai”, “Hong Kong”) p_usa: (“New York”, “San
Francisco”) p_jp: (“Tokyo”)
当我们增加一个分区 p_uk VALUES IN (“London”),分区结果如下:
p_cn: (“Beijing”, “Shanghai”, “Hong Kong”) p_usa: (“New York”, “San
Francisco”) p_jp: (“Tokyo”) p_uk: (“London”)
当我们删除分区 p_jp,分区结果如下:
p_cn: (“Beijing”, “Shanghai”, “Hong Kong”) p_usa: (“New York”, “San
Francisco”) p_uk: (“London”)
List分区也支持多列分区,示例如下:
PARTITION BY LIST(
id
,city
) (
PARTITIONp1_city
VALUES IN ((“1”, “Beijing”), (“1”, “Shanghai”)),
PARTITIONp2_city
VALUES IN ((“2”, “Beijing”), (“2”, “Shanghai”)),
PARTITIONp3_city
VALUES IN ((“3”, “Beijing”), (“3”, “Shanghai”)) )
在以上示例中,我们指定 id(INT 类型) 和 city(VARCHAR 类型) 作为分区列。以上示例最终得到的分区如下:
当用户插入数据时,分区列值会按照顺序依次比较,最终得到对应的分区。举例如下:
Bucket
如果使用了 Partition,则 DISTRIBUTED … 语句描述的是数据在各个分区内的划分规则。如果不使用 Partition,则描述的是对整个表的数据的划分规则。
分桶列可以是多列,Aggregate 和 Unique 模型必须为 Key 列,Duplicate 模型可以是 key 列和 value 列。分桶列可以和 Partition 列相同或不同。
分桶列的选择,是在 查询吞吐 和 查询并发 之间的一种权衡:
AutoBucket: 根据数据量,计算分桶数。 对于分区表,可以根据历史分区的数据量、机器数、盘数,确定一个分桶。
分桶的数量理论上没有上限。
关于 Partition 和 Bucket 的数量和数据量的建议
关于 Random Distribution 的设置以及使用场景
复合分区与单分区
复合分区
以下场景推荐使用复合分区
ENGINE
本示例中,ENGINE 的类型是 olap,即默认的 ENGINE 类型。在 Doris 中,只有这个 ENGINE 类型是由 Doris 负责数据管理和存储的。其他 ENGINE 类型,如 mysql、broker、es 等等,本质上只是对外部其他数据库或系统中的表的映射,以保证 Doris 可以读取这些数据。而 Doris 本身并不创建、管理和存储任何非 olap ENGINE 类型的表和数据。
其他
IF NOT EXISTS
表示如果没有创建过该表,则创建。注意这里只判断表名是否存在,而不会判断新建表结构是否与已存在的表结构相同。所以如果存在一个同名但不同构的表,该命令也会返回成功,但并不代表已经创建了新的表和新的结构。
术因分享而日新,每获新知,喜溢心扉。
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