硬刚Doris系列」Apache Doris基本使用和数据模型
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2022-05-28 00:40
一. 基础使用
1.1 创建数据库
MySQL> CREATE DATABASE example_db;
MySQL> SHOW DATABASES;
+--------------------+
| Database |
+--------------------+
| example_db |
| information_schema |
+--------------------+
2 rows in set (0.00 sec)
1.2 建表
Doris支持支持”单分区"和""复合分区""两种建表方式。
在复合分区中：
第一级称为 Partition，即分区。用户可以指定某一维度列作为分区列（当前只支持整型和时间类型的列），并指定每个分区的取值范围。
第二级称为 Distribution，即分桶。用户可以指定一个或多个维度列以及桶数对数据进行 HASH 分布。
以下场景推荐使用复合分区
有时间维度或类似带有有序值的维度，可以以这类维度列作为分区列。分区粒度可以根据导入频次、分区数据量等进行评估。
历史数据删除需求：如有删除历史数据的需求（比如仅保留最近N 天的数据）。使用复合分区，可以通过删除历史分区来达到目的。也可以通过在指定分区内发送 DELETE 语句进行数据删除。
解决数据倾斜问题：每个分区可以单独指定分桶数量。如按天分区，当每天的数据量差异很大时，可以通过指定分区的分桶数，合理划分不同分区的数据,分桶列建议选择区分度大的列。
用户也可以不使用复合分区，即使用单分区。则数据只做 HASH 分布。
下面以聚合模型为例，分别演示两种分区的建表语句。
1.2.1 单分区
建立一个名字为 table1 的逻辑表。分桶列为 siteid，桶数为 10。
这个表的 schema 如下：
siteid：类型是INT（4字节）, 默认值为10
citycode：类型是SMALLINT（2字节）
username：类型是VARCHAR, 最大长度为32, 默认值为空字符串
pv：类型是BIGINT（8字节）, 默认值是0; 这是一个指标列, Doris内部会对指标列做聚合操作, 这个列的聚合方法是求和（SUM）
建表语句如下:
CREATE TABLE table1
(
siteid INT DEFAULT '10',
citycode SMALLINT,
username VARCHAR(32) DEFAULT '',
pv BIGINT SUM DEFAULT '0'
)
AGGREGATE KEY(siteid, citycode, username)
DISTRIBUTED BY HASH(siteid) BUCKETS 10
PROPERTIES("replication_num" = "1");
1.2.2 复合分区
建立一个名字为 table2 的逻辑表。
这个表的 schema 如下：
event_day：类型是DATE，无默认值
siteid：类型是INT（4字节）, 默认值为10
citycode：类型是SMALLINT（2字节）
username：类型是VARCHAR, 最大长度为32, 默认值为空字符串
pv：类型是BIGINT（8字节）, 默认值是0; 这是一个指标列, Doris 内部会对指标列做聚合操作, 这个列的聚合方法是求和（SUM）
我们使用 event_day 列作为分区列，建立3个分区: p201706, p201707, p201708
p201706：范围为 [最小值, 2017-07-01)
p201707：范围为 [2017-07-01, 2017-08-01)
p201708：范围为 [2017-08-01, 2017-09-01)
注意区间为左闭右开。
每个分区使用 siteid 进行哈希分桶，桶数为10
建表语句如下:
CREATE TABLE table2
(
event_day DATE,
siteid INT DEFAULT '10',
citycode SMALLINT,
username VARCHAR(32) DEFAULT '',
pv BIGINT SUM DEFAULT '0'
)
AGGREGATE KEY(event_day, siteid, citycode, username)
PARTITION BY RANGE(event_day)
(
PARTITION p201706 VALUES LESS THAN ('2017-07-01'),
PARTITION p201707 VALUES LESS THAN ('2017-08-01'),
PARTITION p201708 VALUES LESS THAN ('2017-09-01')
)
DISTRIBUTED BY HASH(siteid) BUCKETS 10
PROPERTIES("replication_num" = "1");
表建完之后，可以查看 example_db 中表的信息:
MySQL> SHOW TABLES;
+----------------------+
| Tables_in_example_db |
+----------------------+
| table1 |
| table2 |
+----------------------+
2 rows in set (0.01 sec)
MySQL> DESC table1;
+----------+-------------+------+-------+---------+-------+
| Field | Type | Null | Key | Default | Extra |
+----------+-------------+------+-------+---------+-------+
| siteid | int(11) | Yes | true | 10 | |
| citycode | smallint(6) | Yes | true | N/A | |
| username | varchar(32) | Yes | true | | |
| pv | bigint(20) | Yes | false | 0 | SUM |
+----------+-------------+------+-------+---------+-------+
4 rows in set (0.00 sec)
MySQL> DESC table2;
+-----------+-------------+------+-------+---------+-------+
| Field | Type | Null | Key | Default | Extra |
+-----------+-------------+------+-------+---------+-------+
| event_day | date | Yes | true | N/A | |
| siteid | int(11) | Yes | true | 10 | |
| citycode | smallint(6) | Yes | true | N/A | |
| username | varchar(32) | Yes | true | | |
| pv | bigint(20) | Yes | false | 0 | SUM |
+-----------+-------------+------+-------+---------+-------+
5 rows in set (0.00 sec)
注意事项：
上述表通过设置 replication_num 建的都是单副本的表，Doris建议用户采用默认的 3 副本设置，以保证高可用。
可以对复合分区表动态的增删分区。
数据导入可以导入指定的 Partition。
可以动态修改表的 Schema。
可以对 Table 增加上卷表（Rollup）以提高查询性能。
表的列的Null属性默认为true，会对查询性能有一定的影响。
1.3 导入数据
1.3.1 Broker 导入
示例：以 "table1_20170708" 为 Label，将 HDFS 上的文件导入 table1 表
LOAD LABEL table1_20170708
(
DATA INFILE("hdfs://your.namenode.host:port/dir/table1_data")
INTO TABLE table1
)
WITH BROKER hdfs
(
"username"="hdfs_user",
"password"="hdfs_password"
)
PROPERTIES
(
"timeout"="3600",
"max_filter_ratio"="0.1"
);
1.3.2 Routine 导入
创建Kakfa例行导入作业
CREATE ROUTINE LOAD db1.job1 on tbl1
PROPERTIES
(
"desired_concurrent_number"="1"
)
FROM KAFKA
(
"kafka_broker_list"= "broker1:9091,broker2:9091",
"kafka_topic" = "my_topic",
"property.security.protocol" = "ssl",
"property.ssl.ca.location" = "FILE:ca.pem",
"property.ssl.certificate.location" = "FILE:client.pem",
"property.ssl.key.location" = "FILE:client.key",
"property.ssl.key.password" = "abcdefg"
);
1.3.3 其他导入方式
SparkLoad, S3 load, streamLoad、删除操作
二. Doris介绍
2.1 Doris简介
Doris（原百度 Palo）是一款基于大规模并行处理技术的分布式 SQL 数据库，由百度在2017年开源，2018年8月进入 Apache 孵化器。（区别于DorisDB，Apache Doris 属于开源版本，属于DorisDB的标准版，目前一些公众号宣传的DorisDB属于商业版本，性能比Apache Doris好）
主要整合了Google Mesa（数据模型），Apache Impala（MPP Query Engine)和Apache ORCFile (存储格式，编码和压缩) 的技术。
2.2 核心特性
2.3 使用场景
三. 数据模型
在 Doris 中，数据以表（Table）的形式进行逻辑上的描述。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 的数据模型主要分为3类:
Aggregate
Uniq
Duplicate
3.1 Aggregate 模型
我们以实际的例子来说明什么是聚合模型，以及如何正确的使用聚合模型。
示例1：导入数据聚合
假设业务有如下数据表模式：
如果转换成建表语句则如下（省略建表语句中的 Partition 和 Distribution 信息）
CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
`user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
`date` DATE NOT NULL COMMENT "数据灌入日期时间",
`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",
)
AGGREGATE KEY(`user_id`, `date`, `timestamp`, `city`, `age`, `sex`)
... /* 省略 Partition 和 Distribution 信息 */
；
可以看到，这是一个典型的用户信息和访问行为的事实表。在一般星型模型中，用户信息和访问行为一般分别存放在维度表和事实表中。这里我们为了更加方便的解释 Doris 的数据模型，将两部分信息统一存放在一张表中。
表中的列按照是否设置了 AggregationType，分为 Key (维度列) 和 Value（指标列）。没有设置 AggregationType 的，如 user_id、date、age ... 等称为 Key，而设置了 AggregationType的称为 Value。
当我们导入数据时，对于 Key 列相同的行会聚合成一行，而 Value 列会按照设置的 AggregationType进行聚合。AggregationType 目前有以下四种聚合方式：
SUM：求和，多行的 Value 进行累加。
REPLACE：替代，下一批数据中的 Value 会替换之前导入过的行中的 Value。
MAX：保留最大值。
MIN：保留最小值。
假设我们有以下导入数据（原始数据）：
我们假设这是一张记录用户访问某商品页面行为的表。那么当这批数据正确导入到 Doris 中后，Doris 中最终存储如下：
可以看到，用户 10000 只剩下了一行聚合后的数据。而其余用户的数据和原始数据保持一致。
经过聚合，Doris 中最终只会存储聚合后的数据。换句话说，即明细数据会丢失，用户不能够再查询到聚合前的明细数据了。
示例2：保留明细数据
接示例1，我们将表结构修改如下：
即增加了一列 timestamp，记录精确到秒的数据灌入时间。
导入数据如下：
那么当这批数据正确导入到 Doris 中后，Doris 中最终存储如下：
我们可以看到，存储的数据，和导入数据完全一样，没有发生任何聚合。这是因为，这批数据中，因为加入了 timestamp 列，所有行的 Key 都不完全相同。也就是说，只要保证导入的数据中，每一行的 Key 都不完全相同，那么即使在聚合模型下，Doris 也可以保存完整的明细数据。
示例3：导入数据与已有数据聚合
接示例1。假设现在表中已有数据如下：
我们再导入一批新的数据：
那么当这批数据正确导入到 Doris 中后，Doris 中最终存储如下：
可以看到，用户 10004 的已有数据和新导入的数据发生了聚合。同时新增了 10005 用户的数据。
数据的聚合，在 Doris 中有如下三个阶段发生：
每一批次数据导入的 ETL 阶段。该阶段会在每一批次导入的数据内部进行聚合。
底层 BE 进行数据 Compaction 的阶段。该阶段，BE 会对已导入的不同批次的数据进行进一步的聚合。
数据查询阶段。在数据查询时，对于查询涉及到的数据，会进行对应的聚合。
数据在不同时间，可能聚合的程度不一致。比如一批数据刚导入时，可能还未与之前已存在的数据进行聚合。但是对于用户而言，用户只能查询到聚合后的数据。即不同的聚合程度对于用户查询而言是透明的。用户需始终认为数据以最终的完成的聚合程度存在，而不应假设某些聚合还未发生。
3.2 Uniq 模型
在某些多维分析场景下，用户更关注的是如何保证 Key 的唯一性，即如何获得 Primary Key 唯一性约束。因此，我们引入了 Uniq 的数据模型。该模型本质上是聚合模型的一个特例，也是一种简化的表结构表示方式。我们举例说明。
这是一个典型的用户基础信息表。这类数据没有聚合需求，只需保证主键唯一性。（这里的主键为 user_id + username）。那么我们的建表语句如下：
CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
`user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
`username` VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT "用户昵称",
`city` VARCHAR(20) COMMENT "用户所在城市",
`age` SMALLINT COMMENT "用户年龄",
`sex` TINYINT COMMENT "用户性别",
`phone` LARGEINT COMMENT "用户电话",
`address` VARCHAR(500) COMMENT "用户地址",
`register_time` DATETIME COMMENT "用户注册时间"
)
UNIQUE KEY(`user_id`, `user_name`)
... /* 省略 Partition 和 Distribution 信息 */
；
即 Uniq 模型完全可以用聚合模型中的 REPLACE 方式替代。其内部的实现方式和数据存储方式也完全一样。这里不再继续举例说明。
而这个表结构，完全同等于以下使用聚合模型描述的表结构：
及建表语句：
CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
`user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
`username` VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT "用户昵称",
`city` VARCHAR(20) REPLACE COMMENT "用户所在城市",
`age` SMALLINT REPLACE COMMENT "用户年龄",
`sex` TINYINT REPLACE COMMENT "用户性别",
`phone` LARGEINT REPLACE COMMENT "用户电话",
`address` VARCHAR(500) REPLACE COMMENT "用户地址",
`register_time` DATETIME REPLACE COMMENT "用户注册时间"
)
AGGREGATE KEY(`user_id`, `user_name`)
... /* 省略 Partition 和 Distribution 信息 */
；
即 Uniq 模型完全可以用聚合模型中的 REPLACE 方式替代。其内部的实现方式和数据存储方式也完全一样。这里不再继续举例说明。
3.3 Duplicate 模型
在某些多维分析场景下，数据既没有主键，也没有聚合需求。因此，我们引入 Duplicate 数据模型来满足这类需求。举例说明。
建表语句如下：
sqlCREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
`timestamp` DATETIME NOT NULL COMMENT "日志时间",
`type` INT NOT NULL COMMENT "日志类型",
`error_code` INT COMMENT "错误码",
`error_msg` VARCHAR(1024) COMMENT "错误详细信息",
`op_id` BIGINT COMMENT "负责人id",
`op_time` DATETIME COMMENT "处理时间"
)
DUPLICATE KEY(`timestamp`, `type`)
... /* 省略 Partition 和 Distribution 信息 */
；
这种数据模型区别于 Aggregate 和 Uniq 模型。数据完全按照导入文件中的数据进行存储，不会有任何聚合。即使两行数据完全相同，也都会保留。而在建表语句中指定的 DUPLICATE KEY，只是用来指明底层数据按照那些列进行排序。（更贴切的名称应该为 “Sorted Column”，这里取名 “DUPLICATE KEY” 只是用以明确表示所用的数据模型。在 DUPLICATE KEY 的选择上，我们建议适当的选择前 2-4 列就可以。
这种数据模型适用于既没有聚合需求，又没有主键唯一性约束的原始数据的存储。
3.4 ROLLUP
ROLLUP 在多维分析中是“上卷”的意思，即将数据按某种指定的粒度进行进一步聚合。
Base：基表。
Rollup：一般指基于 Base 表创建的 Rollup 表，但在一些场景包括 Base 以及 Rollup 表。
3.4.1 基本概念
在 Doris 中，我们将用户通过建表语句创建出来的表成为 Base 表（Base Table）。Base 表中保存着按用户建表语句指定的方式存储的基础数据。
在 Base 表之上，我们可以创建任意多个 ROLLUP 表。这些 ROLLUP 的数据是基于 Base 表产生的，并且在物理上是独立存储的。
ROLLUP 表的基本作用，在于在 Base 表的基础上，获得更粗粒度的聚合数据。
下面我们用示例详细说明在不同数据模型中的 ROLLUP 表及其作用。
3.4.2 Aggregate 和 Uniq 模型中的 ROLLUP
因为 Uniq 只是 Aggregate 模型的一个特例，所以这里我们不加以区别。
示例1：获得每个用户的总消费
Base 基础表结构如下：
存储的数据如下：
在此基础上，我们创建一个 ROLLUP：
该 ROLLUP 只包含两列：user_id 和 cost。则创建完成后，该 ROLLUP 中存储的数据如下：
可以看到，ROLLUP 中仅保留了每个 user_id，在 cost 列上的 SUM 的结果。那么当我们进行如下查询时:
SELECT user_id, sum(cost) FROM table GROUP BY user_id;
Doris 会自动命中这个 ROLLUP 表，从而只需扫描极少的数据量，即可完成这次聚合查询。
示例2：获得不同城市，不同年龄段用户的总消费、最长和最短页面驻留时间
紧接示例1。我们在 Base 表基础之上，再创建一个 ROLLUP：
则创建完成后，该 ROLLUP 中存储的数据如下：
- `SELECT city, age, sum(cost), max(max_dwell_time), min(min_dwell_time) FROM table GROUP BY city, age;`
- `SELECT city, sum(cost), max(max_dwell_time), min(min_dwell_time) FROM table GROUP BY city;`
- `SELECT city, age, sum(cost), min(min_dwell_time) FROM table GROUP BY city, age;
Doris 会自动命中这个 ROLLUP 表。
3.4.3 Duplicate 模型中的 ROLLUP
因为 Duplicate 模型没有聚合的语意。所以该模型中的 ROLLUP，已经失去了“上卷”这一层含义。而仅仅是作为调整列顺序，以命中前缀索引的作用。
3.5 前缀索引与 ROLLUP
在 Doris 里 Rollup 作为一份聚合物化视图，其在查询中可以起到两个作用：
索引
聚合数据（仅用于聚合模型，即aggregate key）
但是为了命中 Rollup 需要满足一定的条件，并且可以通过执行计划中 ScanNdoe 节点的 PreAggregation 的值来判断是否可以命中 Rollup，以及 Rollup 字段来判断命中的是哪一张 Rollup 表。
Doris 会把 Base/Rollup 表中的前 36 个字节（有 varchar 类型则可能导致前缀索引不满 36 个字节，varchar 会截断前缀索引，并且最多使用 varchar 的 20 个字节）在底层存储引擎单独生成一份排序的稀疏索引数据(数据也是排序的，用索引定位，然后在数据中做二分查找)，然后在查询的时候会根据查询中的条件来匹配每个 Base/Rollup 的前缀索引，并且选择出匹配前缀索引最长的一个 Base/Rollup。
-----> 从左到右匹配
+----+----+----+----+----+----+
| c1 | c2 | c3 | c4 | c5 |... |
如上图，取查询中 where 以及 on 上下推到 ScanNode 的条件，从前缀索引的第一列开始匹配，检查条件中是否有这些列，有则累计匹配的长度，直到匹配不上或者36字节结束（varchar类型的列只能匹配20个字节，并且会匹配不足36个字节截断前缀索引），然后选择出匹配长度最长的一个 Base/Rollup，下面举例说明，创建了一张Base表以及四张rollup：
+---------------+-------+--------------+------+-------+---------+-------+
| IndexName | Field | Type | Null | Key | Default | Extra |
+---------------+-------+--------------+------+-------+---------+-------+
| test | k1 | TINYINT | Yes | true | N/A | |
| | k2 | SMALLINT | Yes | true | N/A | |
| | k3 | INT | Yes | true | N/A | |
| | k4 | BIGINT | Yes | true | N/A | |
| | k5 | DECIMAL(9,3) | Yes | true | N/A | |
| | k6 | CHAR(5) | Yes | true | N/A | |
| | k7 | DATE | Yes | true | N/A | |
| | k8 | DATETIME | Yes | true | N/A | |
| | k9 | VARCHAR(20) | Yes | true | N/A | |
| | k10 | DOUBLE | Yes | false | N/A | MAX |
| | k11 | FLOAT | Yes | false | N/A | SUM |
| | | | | | | |
| rollup_index1 | k9 | VARCHAR(20) | Yes | true | N/A | |
| | k1 | TINYINT | Yes | true | N/A | |
| | k2 | SMALLINT | Yes | true | N/A | |
| | k3 | INT | Yes | true | N/A | |
| | k4 | BIGINT | Yes | true | N/A | |
| | k5 | DECIMAL(9,3) | Yes | true | N/A | |
| | k6 | CHAR(5) | Yes | true | N/A | |
| | k7 | DATE | Yes | true | N/A | |
| | k8 | DATETIME | Yes | true | N/A | |
| | k10 | DOUBLE | Yes | false | N/A | MAX |
| | k11 | FLOAT | Yes | false | N/A | SUM |
| | | | | | | |
| rollup_index2 | k9 | VARCHAR(20) | Yes | true | N/A | |
| | k2 | SMALLINT | Yes | true | N/A | |
| | k1 | TINYINT | Yes | true | N/A | |
| | k3 | INT | Yes | true | N/A | |
| | k4 | BIGINT | Yes | true | N/A | |
| | k5 | DECIMAL(9,3) | Yes | true | N/A | |
| | k6 | CHAR(5) | Yes | true | N/A | |
| | k7 | DATE | Yes | true | N/A | |
| | k8 | DATETIME | Yes | true | N/A | |
| | k10 | DOUBLE | Yes | false | N/A | MAX |
| | k11 | FLOAT | Yes | false | N/A | SUM |
| | | | | | | |
| rollup_index3 | k4 | BIGINT | Yes | true | N/A | |
| | k5 | DECIMAL(9,3) | Yes | true | N/A | |
| | k6 | CHAR(5) | Yes | true | N/A | |
| | k1 | TINYINT | Yes | true | N/A | |
| | k2 | SMALLINT | Yes | true | N/A | |
| | k3 | INT | Yes | true | N/A | |
| | k7 | DATE | Yes | true | N/A | |
| | k8 | DATETIME | Yes | true | N/A | |
| | k9 | VARCHAR(20) | Yes | true | N/A | |
| | k10 | DOUBLE | Yes | false | N/A | MAX |
| | k11 | FLOAT | Yes | false | N/A | SUM |
| | | | | | | |
| rollup_index4 | k4 | BIGINT | Yes | true | N/A | |
| | k6 | CHAR(5) | Yes | true | N/A | |
| | k5 | DECIMAL(9,3) | Yes | true | N/A | |
| | k1 | TINYINT | Yes | true | N/A | |
| | k2 | SMALLINT | Yes | true | N/A | |
| | k3 | INT | Yes | true | N/A | |
| | k7 | DATE | Yes | true | N/A | |
| | k8 | DATETIME | Yes | true | N/A | |
| | k9 | VARCHAR(20) | Yes | true | N/A | |
| | k10 | DOUBLE | Yes | false | N/A | MAX |
| | k11 | FLOAT | Yes | false | N/A | SUM |
+---------------+-------+--------------+------+-------+---------+-------+
三张表的前缀索引分别为
Base(k1 ,k2, k3, k4, k5, k6, k7)
rollup_index1(k9,k1 ,k2, k3, k4, k5, k6, k7,...)
rollup_index2(k9,k2 ,k1, k3, k4, k5, k6, k7)
rollup_index3(k4, k5, k6, k1, k2, k3, k7)
rollup_index4(k4, k6, k5, k1, k2, k3, k7)
-- 命中test
SELECT * FROM test WHERE k1 = 1 AND k2 > 3;
-- rollup_index3
SELECT * FROM test WHERE k4 = 1 AND k5 > 3;
-- rollup_index1
SELECT * FROM test WHERE k9 IN ("xxx", "yyyy") AND k1 = 10;
-- rollup_index3
SELECT * FROM test WHERE k4 < 1000 AND k5 = 80 AND k6 >= 10000;-- 不能命中前缀索引
SELECT * FROM test WHERE k4 < 1000 AND k5 = 80 OR k6 >= 10000;
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2022年全网首发|大数据专家级技能模型与学习指南(胜天半子篇)