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从数据源采集数据均已文件的形式保存,通过监控文件内容的变化,使用数据大小的限制和间隔时间阈值的限制来共同决定采集的频率。
将数据落到数据中间件之后,可由流计算平台来订阅数据。
时效性和吞吐量是数据处理中的两个矛盾体 ,很多时候需要从业务的角度来权衡使用什么样的系统来做数据中转。
SQL语义的流式数据分析能力。
在商业智能统计类实时任务中,对于资源消耗有一类是非常高的,那就是去重指标,实时任务为了追求性能,计算逻辑一般在内存完成,在计算去重时,势必要把去重的明细数据保留下来,当去重的明细数据达到上亿时,内存中放不小,怎么办?
精确去重可以通过数据倾斜来进行处理,把一个节点的内存压力分到多个节点,在模糊去重的前提下,可以采用相关的去重算法,把内存使用量降到千分之一甚至万分之一,布隆过滤器就是一种,其简单来讲就是不保存明细数据,只保留明细数据对应哈希值的标记位,当然会出现哈希值碰撞的情况。
实时任务在运行中会计算很多维度和指标,这些数据如何存呢?由于实时任务大多是多线程处理的,意味着数据存储必须能够较好的支持多并发读写,并且延时需要在毫秒级才能满足实时的性能要求,一般使用HBase、Tair等列式数据存储系统。
当然诸如HBase等系统缺点也比较明显,必须使用rowkey,而rowkey的规则限制了读写的方式,显然没有关系型数据库那么方便,但对于海量数据的实时计算和读写,一般还是适用的,针对HBase阿里提供了表名和rowkey设计的一些实践经验。
比如rowkey可以采取MD5+主维度+维度标识+字维度+时间维度+子维度2,例如卖家ID的MD5的前四位+卖家ID+app+一级类目+ddd+二级类目ID,以MD5的前四位作为rowkey的第一部分,可以把数据散列,让服务器整体负载均衡,避免热点的问题。
数据模型设计是贯通数据处理过程的,流式数据处理也 样,需要对数据流建模分层。实时建模跟离线建模非常类似,数据模型整体上分为五层( ODS DWD DWS ADS DIM )。
由于实时计算的局限性,每一层中并没有像离线做得那么宽,维度和指标也没有那么多,特别是涉及回溯状态的指标,在实时数据模型几乎没有。
整体来看,实时数据模型是离线数据模型的 个子集,在实时数据处理过程中,很多模型设计就是参考离线数据模型实现的。
其中, ODS层到 DIM 层的 ETL 处理是在离线系统中进行的,处理完成后会同步到实时计算所使用的存储系统。 DIM 层和 DWD 层会放在数据中间件中,供下游订阅使用。而 DWS 层和 ADS 层会落地到在线存储系统中,下游通过接口调用的形式使用。
在每一层中,按照重要性划分为 P0、 P1、P2、P3 等级, P0 属于最高优先级保障。根据不同的优先级给实时任务分配不同的计算和存储资源,力求重要的任务可以得到最好的保障。
另外,字段命名、表命名、指标命名是按照 OneData 规范来定义的,以便更好地维护和管理。
大促是电商行业的狂欢节,在这期间,各个业务系统面临的峰值都会达到最高点,每年大促的海量数据处理给实时计算的性能和保障提出了很大的挑战。
大促和日常比较,在数据量以及要求上有非常大的区别,日常不怎么关注的点,在大促的时候会被放大,并且 天中的峰值特别明显,数据量是其他时间点的几倍甚至数十倍,这对系统的抗压能力要求非常高,不能因为洪流的到来而把系统压垮。
由于关注的人非常 ,只要出现数据延迟或者数据质量的问题,业务方的反弹就比较大,并且会第 时间感知到数据异常。因此,在大促般都要求高保障性, 些特殊的情况甚至需要做到强保障。
对于强保障的数据,需要做多链路冗余(从来集、处理到数据服务个数据链路都需要做物理隔离)(见图 5.7 )。当任何 条链路出现问时,都能够 键切换到备链路,并且需要对业务方透明,让下游感知到有链路上的切换(由于各个链路计算的速度有 定的差异,会导致数据在切换时出现短时间下跌的情况,使用方需要做指标大小的判断,避免指标下跌对用户造成困扰)。
4. 公关特性
大促期间,数据及时对公众披露是一项重要的工作,这时候要求实时计算的数据质量非常高。这里面涉及主键的过滤、去重的精准和口径的统一等一系列问题,只有把每一个环节都做好才能保障和离线的数据一致。
实时数据的处理链路非常长(数据同步→数据计算→数据存储→数据服务),每一个环节出现问题,都会导致实时数据停止更新。实时计算属于分布式计算的 种,而单个节点故障是常态的,这种情况在直播大屏中表现特别明显,因为数据不再更新,所有的用户都会发现数据出现了问题。因此,为了保障实时数据的可用性,需要对整条计算链路都进行多链路搭建,做到多机房容灾,甚至异地容灾。
数据压测主要是蓄洪压测,就是把几个小时甚至几天的数据积累下来,并在某个时刻全部放开,模拟“双 11 ”洪峰流量的情况,这里面的数据是真实的。比如通过把实时作业的订阅数据点位调到几个小时或者几天前,这时候每一批读到的数据都是最多的,对实时计算的压力也最大。
产品压测还细分为产品本身压测和前端页面稳定性测试。
数据服务平台可以叫数据开放平台,数据部门产出海量数据,如何能方便高效地开放出去,是我们一直要解决的难题,在没有数据服务的年代,数据开放的方式简单、粗暴,一般是直接将数据导出给对方。这种方式不仅低效,还带来了安全隐患等诸多问题。
即使如阿里,在数据开放这个方向上的探索和实践,至今也有10个年头了,任何关于数据开放毕其功于一役的做法都将失败,任何一次数据开放的改进都是伴随着对于业务理解的深入而成长起来的。
阿里数据服务架构演进过程如图所示。基于性能、扩展性和稳定性等方面的要求,我们不断升级数据服务的架构,依次经历了内部代号为 DWSOA 、OpenAPI 、SmartDQ 和OneService 的四个阶段。
DWSOA:是数据服务的第一个阶段,也就是将业务方对数据的需求通过SOA服务的方式暴露出去,由需求驱动,一个需求开发一个或者几个接口,编写接口文档,开放给业务方调用。
这种架构简单,但接口粒度很粗,灵活性不高,扩展性差,复用率低,随着业务需求的增加,接口的数量大幅增加,维护成本高企,同时,开发效率不高,一个接口从需求开发到上线,按阿里说法至少1天,其实远远不止,如果要变更1-2个字段,也要走一整套流程,这应是大多数公司的常态。
OpenAPI:DWSOA的明显问题是烟囱式开发,很难沉淀共性数据,OpenAPI将数据按照统计粒度进行聚合,同样维度的数据,形成一张逻辑表,采用同样的接口描述,针对某一类的查询,只需要调用一个接口即成,这种形式可以有效收敛接口,笔者公司对外服务很多也是这种形式,比如通过封装几十个位置服务API,统一对外提供灵活查询能力,但其实复杂逻辑的接口还是需要采用一事一议的方式,即第一种方式。
SmartDQ:数据维度是非可控的,随着数据的深度使用,OpenAPI显然会急剧增加,维护映射的压力会很大,阿里于是再抽象一层,用DSL(Domain Specific Language,领域专用语言)来描述取数需求,支撑标准的SQL。至此,所有的简单查询服务减少到另一个接口,这降低了数据服务的维护成本。
传统的方式查问题需要查源码,确认逻辑,而SmartDQ只需要检查SQL的工作量,并可以开放给业务方通过写SQL的方式对外提供服务,SmartDQ封装了跨域数据源和分布式查询功能,通过逻辑表屏蔽了底层的物理表细节,不管是HBASE还是MySQL,是单表还是分库分表,这极大简化了操作的复杂度。
阿里的思路说不上很超前,但它不仅落地了,而且在不停演进,这也许就是企业自主研发的价值,它的产品始终流着同样的血液。
OneService:SQL显然无法解决复杂的业务逻辑,SmartDQ其实只能满足简单的查询服务需求,正如我们的自助取数也仅能满足50-60%的临时取数一样,企业遇到的场景还有以下几类:个性化的垂直业务场景、实时数据推送服务、定时任务服务,OneService主要是提供多种服务类型来满足客户需求,分别是OneService-SmartDQ、OneService-Lego、OneService-iPush、OneService-uTiming。
Lego被设计成一个面向中度和高度定制化数据查询需求,支持插件机制的服务容器,我理解就是提供定制环境和暴露接口,你要怎么做就怎么做。
iPush主要提供 Web Socket long polling 两种方式,其应用场景主要是商家端实时直播。是一个面向TT、MetaQ等不同消息源,通过定制过滤规则,向Web、无线等终端推送消息的中间件平台。
uTiming是基于在云端的任务调度应用,提供批量数据处理服务,支撑用户识别、用户画像、人群圈选三类服务的离线计算以及服务数据预处理、入库,这个感觉是非常个性化的一个应用。
阿里构建了一套架构于阿里云MaxConpute、GPU等计算集群之上,汇聚了阿里大量优质的分布式算法,包括数据处理、特征工程、机器学习算法、文本算法等,可高效完成海量、亿级维度数据的复杂计算,同时提供一套极易操作的可视化编辑页面,大大降低了数据挖掘的门槛,提高了建模效率。
其选择的计算框架是MPI,其核心算法都是基于阿里云的MaxCompute的MPI实现的。
MaxCompute MPI 的处理流程如图所示,与分布式计算系统的原理类似,不再赘述。其中伏羲为阿里云飞天系统的分布式调度系统,女娲为阿里云飞天系统的分布式一致性协同服务系统,盘古为阿里云飞天系统的分布式文件存储系统。
基于 MaxCompute MPI ,目前阿里巴巴的算法平台已经集成了绝大部分业界主流的机器学习算法,从传统的分类、聚类算法,到互联网应用中非常流行的协同过滤、 PageRank 算法,再到当前最火热的深度学习算法,这些算法基本可以满足企业级数据挖掘应用的需要。
早在 2015 年,阿里巴巴集团便提出了中台战略,将一些通用的技术集成起来形成中台技术体系,为各业务部门提供统 、高效的技术服务,避免各业务部门在各自业务发展的过程中进行重复的技术建设造成不必要的资源浪费与时间消耗。对于数据挖掘技术而言,中台发展的思路同样适用,并且从长远来看,构建数据挖掘中台技术体系也是绝对有必要的。
阿里将数据中台分为三层:特征层(FDM)、中间层和应用层(ADM),其中中间层包括个体中间层(IDM)和关系中间层(RDM),如下图所示:
通过挖掘数据中台的建设,能够大幅度节省数据挖掘特征工程的作时间,而中间层与应用层的分层设计则能更有效地管理通用的挖掘计算结果,大量减少重复的基础数据挖掘工作。
数据建模在这本书占据了三分之一篇幅,可见其重要性。
传统关系型数据库的ER模型是基于具体业务实体的,而大数据领域的ER模型是建立于业务主题之上的。更着重描述业务主题之间的关系,将具体业务实体整合到了业务主题之下。业务主题理论上满足3NF的范式要求。描述业务主题之间关系为高层模型,其下的中层模型细化了主题的数据项,中层模型下的物理模型考虑物理存储(分区、合并等)。
度模型从业务需求出发,考虑业务事件(比如交易、还款等不可拆分的行为),再将事件细分为多个粒度,基于粒度再设计多种维度,最后选择需要衡量的事实指标。维度模型重点关注需求分析,典型代表是星型模型和雪花模型。
Data Vault Dan Linstedt 发起创建的一种模型,它是 模型的生,其设计的出发点也是为了实现数据的整合,但不能直接用于数据分析决策。它强调建立一个可审计的基础数据层,也就是强调数据的历史性、可追溯性和原子性,而不要求对数据进行过度的一致性处理和整合同时它基于主题概念将企业数据进行结构化组织,并引入了更进一步的范式处理来优化模型,以应对游、系统变更的扩展性。
Anchor Data Vault 模型做了进一步规范化处理, Lars. Ri:innback 的初衷是设计 个高度可扩展的模型,其核心思想是所有的扩展只是添加而不是修改,因此将模型规范到 6NF ,基本变成了 k-v 结构化模型。
第一阶段:完全应用驱动的时代,数据完全以满足报表需求为目的,将数据以与源结构相同的方式同步到Oracle,数据完全以满足报表需求为目的,将数据以与源结构相同的方式同步到 Oracle (称作 ODS 层),数据工程师基于 ODS数据进行统计,基本没有系统化的模型方法体系,完全基于对 Oracle数据库特性的利用进行数据存储和加工,部分采用 一些维度建模的缓慢变化维方式进行历史数据处理。这时候的数据架构只有两层,即
ODS+DSS。
第二阶段:随着阿里业务的快速发展,数据量飞速增长,性能成为一个较大问题,需要通过一些模型技术改变烟囱式的开发模型,消除数据冗余,提升数据一致性,来自传统行业的数据仓库工程师开始尝试架构工程领域比较流行的ER模型+维度模型方式应用到阿里巴巴集团,构建出一个四层的模型架构,即ODL(数据操作层)+BDL(基础数据层)+IDL(接口数据层)+ADL(应用数据层)。ODL与源系统一致,BDL希望引入ER模型,加强数据的整合,构建一致的基础数据模型,IDL基于维度模型方法构建集市层,ADL完成应用的个性化和基于展现需求的数据组装,这个对应当前的ODS,DWD,DWA/DWI及ST层,但阿里在构建ER时碰到了较大的挑战,主要是业务快速发展,人员快速变化、业务知识功底的不够全面,导致ER模型产出困难。
阿里得出了一个结论:在不太成熟、快速变化的业务层面,构建ER模型的风险很大,不太适合去构建ER模型,说的有点道理,比如运营商业务相对比较稳定,国际上也有一些最佳实践,从概念-领域-逻辑-物理的全局把控上还能应对,但面对变化,的确有其限制。
第三个阶段:阿里业务和数据飞速发展,迎来了hadoop为代表的分部署存储计算的快速发展,同时阿里自主研发的分布式计算平台MaxCompute也在进行,因此开始建设自己的第三代模型架构,其选择了以Kimball的维度建模为核心理念的模型方法论,同时进行了一定的升级和扩展,构建了阿里巴巴集团的公共层模型数据架构体系。
阿里模型分为三层:操作数据层(ODS)、公共维度模型层(CDM)和应用数据层(ADS),模型层包括明细数据层(DWD)和汇总数据层(DWS)。
ODS:把操作系统数据几乎无处理的存放到数据仓库系统中。
CDM:又细分为DWD和DWS,分别是明细数据层和汇总数据层,采用维度模型方法作为理论基础,更多采用一些维度退化方法,将维度退化至事实表中,减少事实表和维表的关联,提高明细数据表的易用性,同时在汇总数据层,加强指标的维度退化,采取更多的宽表化手段构建公共指标数据层,提升公共指标的复用性。
ADS:存放数据产品个性化的统计指标数据,根据CDM与ODS加工生成。
具体见如下模型架构图:
关于模型的分层每个行业都可以基于自己的实际去划分,没有所谓的最佳实践,比如笔者所在的企业,源端维度一致性非常好,DWD主要做标准化工作,屏蔽ODS变化导致的上层改动,关于维度建模的理念更多体现在DWA/DWI层中。
OneData是阿里的模型设计理论,看完这个过程,基本会搞清楚维度建模的各个步骤,强烈建议结合后面的维度和事实表建模进行精读,主要步骤如下:
数据调研:业务调研需要对业务系统的业务进行了解,需求分析则是收集分析师运营人员对数据或者报表的需求,报表需求实际是最现实的建模需求的基础。
实施工作流图镇楼,大佬说这张图就可以值回书价! ∠( ᐛ 」∠)_
架构设计:分为数据域划分和构建总线矩阵。数据域划分是指面向业务分析,将业务过程或者维度进行抽象的集合,业务过程可以概括为一个个不可拆分的行为事件,如下单、支付等。构建总线矩阵需要明确每个数据域下游哪些业务过程,业务过程与哪些维度相关,并定义每个数据域下的业务过程和维度。
如表 9.5 所示是根据业务过程进行归纳,抽象出的数据域(部分示例)。
在进行充分的业务调研和需求调研后,就要构建总线矩阵了。需要做两件事情 :明确每个数据域下有哪些业务过程;业务过程与哪些维度相关,并定义每个数据域下的业务过程和维度。
如表 9.6 所示是供应链管理业务过程示例。
规范定义:规范定义主要定义指标体系,包括原子指标、修饰词、时间周期和派生指标,关于指标的规范定义阿里有单独的一节描述,大家可以好好学习一下,很多时候细节决定成败。
模型设计:模型设计主要包括维度及属性的规范定义、维表、明细事实表和汇总事实表的模型设计。
总结:OneData 的实施过程是一个高度迭代和动态的过程, 般采用螺旋式实施方法。在总体架构设计完成之后,开始根据数据域进行迭代式模型设计和评审。在架构设计、规范定义和模型设计等模型实施过程中,都会引人评审机制,以确保模型实施过程的正确性。
将度量称为事实,将环境描述为维度。维度的作用一般是条件约束、分类查询与排序。
不同数据域共享维表。
一致性上卷。某个维度的维度属性是另一个维度的子集。
交叉属性。两个维度有部分属性相同。
依据高内聚低耦合的原则,保证扩展性、易用性和高效性。
有3种归档策略:
维度的变化大多要慢于数据的变化,但根据业务情况不同,有时需要使用某个历史时刻的维度。维度的历史归档策略:
使用极限存储,仅限于维度变化即不快又不慢的情况,太快会导致维度数据太过庞大,太慢不需要极限存储。而且保存维度历史一般要求维度是枚举值类型,如果类似积分这样的连续值,则可能不适用。
递归层次维度
若维度存在层级关系,通过扁平化存储,将上下层关系以不同的列的方式存储在同一张维表中。
若层级关系是非均衡的,即枝干的深度不一致,有两种处理方式:
行为维度
行为维度是通过对客户行为的计算得到的维度,是否与主维表放在一起取决于维度变化的频率,以及计算逻辑的复杂程度。
多值维度
即事实表的记录与维表记录是1对多的关系,比如申请书与卡片的关系。
数据管理涉及的东西很多,这本书具体提到了元数据、计算管理、存储和成本管理和数据质量,相对内容比较单薄,我挑两点说一下。
一直听说阿里财大气粗,所有数据都永久保留,其实是谬传,人家也是节约过日子的,看下图你就知道了:
应对层出不穷的数据和应用,数据工程师其实很难确认哪些数据是最重要的,需要优先保障,阿里巴巴提出了数据资产等级的方案,旨在解决消费场景知晓的问题,其将数据划分为五个等级,毁灭性质、全局性质、局部性质、一般性质及未知性质,代号从A1到A5。
那么如何个每份资产打上等级标签呢,就是借助强大的元数据能力,了解哪些表服务于哪些数据产品,基于血缘分析可以讲整个消费链路上打上某一类资产的标签,假如将阿里巴巴生意参谋定位等级A2,则所有相关链路的表的等级都是A2,从而启动对应的保障措施,这个跟笔者企业的大数据保障方法类似,从应用重要程度确定表的保障等级。
阿里主要介绍了对外的数据产品平台生意参谋和服务于内部的数据产品平台。
生意参谋本质上就是为自己的渠道提供的增值服务,是很成功的一款决策支持产品,体现了一个产品如何从小做起,逐步长成一个庞然大物的过程:
对内数据产品的演进几乎是每一个公司BI系统的发展翻版,但显然它已经长成大树了。从临时取数阶段,到自动化报表阶段(比如BIEE),再到自主研发BI阶段(第三方满足不了自己了),最后到数据产品平台(更加体系化)。
当前阿里的数据产品平台,包括PC和APP版本,共有四个层次,即数据监控、专题分析、应用分析及数据决策。
到这里,基本就读完了,整本书都是经验之谈,读下来闪光频现,小伙伴们有时间可以多读几遍啦( •̀ ω •́ )✧!
网上学习资料一大堆,但如果学到的知识不成体系,遇到问题时只是浅尝辄止,不再深入研究,那么很难做到真正的技术提升。
一个人可以走的很快,但一群人才能走的更远!不论你是正从事IT行业的老鸟或是对IT行业感兴趣的新人,都欢迎加入我们的的圈子(技术交流、学习资源、职场吐槽、大厂内推、面试辅导),让我们一起学习成长!
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