ClickHouse 和 Elasticsearch 压测对比，谁才是yyds？
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2022-09-17 21:24
1 需求分析
1.1 分析压测对象
1）什么是 ClickHouse 和 Elasticsearch
ClickHouse 是一个真正的列式数据库管理系统（DBMS)。在 ClickHouse 中，数据始终是按列存储的，包括矢量（向量或列块）执行的过程。只要有可能，操作都是基于矢量进行分派的，而不是单个的值，这被称为 « 矢量化查询执行 »，它有利于降低实际的数据处理开销。
Elasticsearch 是一个开源的分布式、RESTful 风格的搜索和数据分析引擎，它的底层是开源库 Apache Lucene。它可以被这样准确地形容：
一个分布式的实时文档存储，每个字段可以被索引与搜索 一个分布式实时分析搜索引擎 能胜任上百个服务节点的扩展，并支持 PB 级别的结构化或者非结构化数据
2）为什么要对他们进行压测
众所周知，ClickHouse 在基本场景表现非常优秀，性能优于 ES，但是我们实际的业务查询中有很多是复杂的业务查询场景，甚至是大数量的查询，所以为了在双十一业务峰值来到前，确保大促活动峰值业务稳定性，针对 ClickHouse 和 Elasticsearch 在我们实际业务场景中是否拥有优秀的抗压能力，通过这次性能压测，探测系统中的性能瓶颈点，进行针对性优化，从而提升系统性能。
1.2 制定压测目标
为什么会选择这个（queryOBBacklogData）接口呢？
1）从复杂度来看，接口（queryOBBacklogData）查询了 5 次，代码如下：
/**
* 切ck-queryOBBacklogData
* @param queryBO
* @return
*/
public OutboundBacklogRespBO queryOBBacklogDataCKNew(OutboundBacklogQueryBO queryBO) {
log.info(" queryOBBacklogDataCK入参：{}", JSON.toJSONString(queryBO));
// 公共条件-卡最近十天时间
String commonStartTime = DateUtils.getTime(DateUtil.format(new Date(), DateUtil.FORMAT_DATE), DateUtils.ELEVEN_AM, 1, -10);
String commonEndTime = DateUtils.getTime(DateUtil.format(new Date(), DateUtil.FORMAT_DATE), DateUtils.ELEVEN_AM, 1, 1);
// 越库信息-待越库件数&待越库任务数
WmsObCrossDockQueryBo wmsObCrossDockQueryBo = wmsObCrossDockQueryBoBuilder(queryBO,commonStartTime, commonEndTime);
log.info("queryOBBacklogDataCK-wmsObCrossDockQueryBo: {}", JSON.toJSONString(wmsObCrossDockQueryBo));
CompletableFuture<OutboundBacklogRespBO> preCrossDockInfoCF = CompletableFuture.supplyAsync(
() -> wmsObCrossDockMapper.preCrossDockInfo(wmsObCrossDockQueryBo), executor);
// 集合任务信息-待分配订单
WmsObAssignOrderQueryBo wmsObAssignOrderQueryBo = wmsObAssignOrderQueryBoBuilder(queryBO, commonStartTime, commonEndTime);
log.info("queryOBBacklogDataCK-wmsObAssignOrderQueryBo: {}", JSON.toJSONString(wmsObAssignOrderQueryBo));
CompletableFuture<Integer> preAssignOrderQtyCF = CompletableFuture.supplyAsync(
() -> wmsObAssignOrderMapper.preAssignOrderInfo(wmsObAssignOrderQueryBo), executor);
// 拣货信息-待拣货件数&待拣货任务数
WmsPickTaskQueryBo wmsPickTaskQueryBo = wmsPickTaskQueryBoBuilder(queryBO, commonStartTime, commonEndTime);
log.info("queryOBBacklogDataCK-wmsPickTaskQueryBo: {}", JSON.toJSONString(wmsPickTaskQueryBo));
CompletableFuture<OutboundBacklogRespBO> prePickingInfoCF = CompletableFuture.supplyAsync(
() -> wmsPickTaskMapper.pickTaskInfo(wmsPickTaskQueryBo), executor);
// 分播信息-待分播件数&待分播任务
WmsCheckTaskDetailQueryBo wmsCheckTaskDetailQueryBo = wmsCheckTaskDetailQueryBoBuilder(queryBO, commonStartTime, commonEndTime);
log.info("queryOBBacklogDataCK-wmsCheckTaskDetailQueryBo: {}", JSON.toJSONString(wmsCheckTaskDetailQueryBo));
CompletableFuture<OutboundBacklogRespBO> preSowInfoCF = CompletableFuture.supplyAsync(
() -> wmsCheckTaskDetailMapper.checkTaskDetailInfo(wmsCheckTaskDetailQueryBo), executor);
// 发货信息-待发货件数
WmsOrderSkuQueryBo wmsOrderSkuQueryBo = wmsOrderSkuQueryBoBuilder(queryBO, commonStartTime, commonEndTime);
log.info("queryOBBacklogDataCK-wmsOrderSkuQueryBo: {}", JSON.toJSONString(wmsOrderSkuQueryBo));
CompletableFuture<Integer> preDispatchCF = CompletableFuture.supplyAsync(
() -> wmsOrderSkuMapper.preDispatchInfo(wmsOrderSkuQueryBo), executor);
return processResult(preCrossDockInfoCF, preAssignOrderQtyCF, prePickingInfoCF, preSowInfoCF, preDispatchCF);
}
2）接口（queryOBBacklogData），总共查询了 5 个表，如下：
wms.wms_ob_cross_dock
wms.wms_ob_assign_order
wms.wms_picking_task.
wms.wms_check_task_detail
wms.wms_order_sku
3）查询的数据量，如下：
select
(ifnull(sum(m.shouldBeCrossedDockQty),
0) -
ifnull(sum(m.satisfiedCrossedDockQty),
0)) as preCrossStockSkuQty,
count(m.docId) as preCrossStockTaskQty
from
wms.wms_ob_cross_dock m final
prewhere
m.createTime >= '2021-12-03 11:00:00'
and m.createTime <= '2021-12-14 11:00:00'
and m.warehouseNo = '279_1'
and m.orderType = '10'
and tenantCode = 'TC90230202'
where
m.deleted = 0
and m.deliveryDestination = '2'
and m.shipmentOrderDeleted = 0
and m.status = 0
从上面 SQL 截图可以看出，查询待越库件数 & 待越库任务数，共读了 720817 行数据
select count(distinct m.orderNo) as preAssignedOrderQty
from wms.wms_ob_assign_order m final
prewhere
m.createTime >= '2021-12-03 11:00:00'
and m.createTime <= '2021-12-14 11:00:00'
and m.warehouseNo = '361_0'
and tenantCode = 'TC90230202'
where m.taskassignStatus = 0
and m.deliveryDestination = 2
and m.stopProductionFlag = 0
and m.deleted = 0
and m.orderType = 10
从上面 SQL 截图可以看出，查询集合任务信息 - 待分配订单，共读了 153118 行数据
select minus(toInt32(ifnull(sum(m.locateQty), toDecimal64(0, 4))),
toInt32(ifnull(sum(m.pickedQty), toDecimal64(0, 4)))) as prePickingSkuQty,
count(distinct m.taskNo) as prePickingTaskQty
from wms.wms_picking_task m final
prewhere
m.shipmentOrderCreateTime >= '2021-12-03 11:00:00'
and m.shipmentOrderCreateTime <= '2021-12-14 11:00:00'
and m.warehouseNo = '286_1'
and tenantCode = 'TC90230202'
where m.pickingTaskDeleted = 0
and m.deliveryDestination = 2
and m.pickLocalDetailDeleted = 0
and m.shipmentOrderDeleted = 0
and m.orderType = 10
and (m.operateStatus = 0 or m.operateStatus = 1)
从上面 SQL 截图可以看出，查询拣货信息 - 待拣货件数 & 待拣货任务数，共读了 2673536 行数据
select minus(toInt32(ifnull(sum(m.locateQty), toDecimal64(0, 4))),
toInt32(ifnull(sum(m.pickedQty), toDecimal64(0, 4)))) as prePickingSkuQty,
count(distinct m.taskNo) as prePickingTaskQty
from wms.wms_picking_task m final
prewhere
m.shipmentOrderCreateTime >= '2021-12-03 11:00:00'
and m.shipmentOrderCreateTime <= '2021-12-14 11:00:00'
and m.warehouseNo = '279_1'
and tenantCode = 'TC90230202'
where m.pickingTaskDeleted = 0
and m.deliveryDestination = 2
and m.pickLocalDetailDeleted = 0
and m.shipmentOrderDeleted = 0
and m.orderType = 10
and (m.operateStatus = 0 or m.operateStatus = 1)
从上面 SQL 截图可以看出，查询分播信息 - 待分播件数 & 待分播任务，共读了 1448149 行数据
select ifnull(sum(m.unTrackQty), 0) as unTrackQty
from wms.wms_order_sku m final
prewhere
m.shipmentOrderCreateTime >= '2021-12-03 11:00:00'
and m.shipmentOrderCreateTime <= '2021-12-14 11:00:00'
and m.warehouseNo = '280_1'
and m.orderType = '10'
and m.deliveryDestination = '2'
and tenantCode = 'TC90230202'
where m.shipmentOrderDeleted <> '1'
and m.ckDeliveryTaskDeleted <> '1'
and m.ckDeliveryTaskDetailDeleted <> '1'
and m.ckDeliveryTaskStatus in ('1','0','2')
从上面 SQL 截图可以看出，查询发货信息 - 待发货件数，共读了 99591 行数据
2 测试环境准备
为了尽可能发挥性能压测作用，性能压测环境应当尽可能同线上环境一致，所以我们使用了和线上一样的环境
3 采集工具准备
监控工具
http://origin.jd.com/ ：监控 JVM，方法级别监控（提供秒级支持） http://console.jex.jd.com/ ：提供异常堆栈监控，火焰图监控、线程堆栈分析 http://x.devops.jdcloud.com/ ：支持查看 clickhouse/Elasticsearch 数据库服务每个节点的 cpu 使用率 http://dashboard.fireeye.jdl.cn/ ：监测应用服务器 cpu 使用率、内存使用率
4 压测执行及结果分析
4.1 编写压测脚本工具
Forcebot（http://forcebot.jd.com） 是专门为开发人员、测试人员提供的性能测试平台，通过编写脚本、配置监控、设置场景、启动任务、实时监控、日志定位、导出报告一系列操作流程来完成性能测试，灵活的脚本配置满足同步、异步、集合点等多种发压模式。
帮助文档（http://doc.jd.com/forcebot/helper/）
4.2 设计压测数据
4.2.1 前期压测中名词解释
DBCP：数据库连接池，是 apache 上的一个 Java 连接池项目。DBCP 通过连接池预先同数据库建立一些连接放在内存中 (即连接池中)，应用程序需要建立数据库连接时直接到从接池中申请一个连接使用，用完后由连接池回收该连接，从而达到连接复用，减少资源消耗的目的。 maxTotal：是连接池中总连接的最大数量，默认值 8 max_thread：clickhouse 中底层配置，处理 SQL 请求时使用的最大线程数。默认值是 clickhouse 服务器的核心数量。 coordinating：协调节点数，主要作用于请求转发，请求响应处理等轻量级操作 数据节点：主要是存储索引数据的节点，主要对文档进行增删改查操作，聚合操作等。数据节点对 cpu，内存，io 要求较高， 在优化的时候需要监控数据节点的状态，当资源不够的时候，需要在集群中添加新的节点
4.2.2 压测数据
clickhouse 数据服务：32C128G6 节点 2 副本 应用服务器：4 核 8G 2 maxTotal=16
注：每次压测前，一定要观察每个数据节点的 cpu 使用率
注：从上面压测过程中，序号 6-12 可以看出，并发用户数在增加，但 tps 没有幅度变化，检查发现 bigdata dbcp 数据库链接池最大线程数未配置，默认最大线程数是 8，并发用户数增加至 8 以后，clickhouse cpu 稳定在 40%~50% 之间不再增加，应用服务器 CPU 稳定在 25% 左右。
之后我们调整 maxTotal=50，通过调整 max_thread 不同的值，数据库节点 CPU 使用率保持在 50% 左右，来查看相应的监测数据指标：应用服务 CPU 使用率、TPS、TP99、并发用户数。
clickhouse 数据节点，CPU 使用率：
Elasticsearch 数据服务：32C128G6 节点 2 副本 应用服务器：4 核 8G 2
Elasticsearch 同样保持数据库服务 CPU 使用率达到（50% 左右），再监控数据指标 tps、tp99
调整指标如下：coordinating 协调节点数、 数据节点、poolSize
指标 1：coordinating=2，数据节点 = 4，poolSize=400
注：在压测的过程中发现，coordinating 节点的 cpu 使用率达到 51.69%，负载均衡的作用受限，所以协调节点需扩容 2 个节点
指标 2：coordinating=4，数据节点 = 5，poolSize=800
注：在压测的过程中，发现 CPU 使用率（数据库）ES 数据节点在 40% 左右的时候，一直上不去，查看日志发现 activeCount 已经达到 797，需要增加 poolSize 值
指标 3：coordinating=4，数据节点 = 5，poolSize=1200
注：压测过程中，发现 coordinating 协调节点还是需要扩容，不能支持现在数据节点 cpu 使用率达到 50%
Elasticsearch 数据节点及协调节点，CPU 使用率：
我们在压测的过程中发现一些之前在开发过程中没发现的问题，首先 bdcp 数 bigdata 应用服务器，使用的线程池最大线程数为 8 时，成为瓶颈，用户数增加至 8 以后， clickhouse 的 cpu 稳定在 40%~50% 之间不在增加，应用服务器 CPU 稳定在 25% 左右，其次 warehouse 集群协调节点配置低，协调节点 CPU 使用率高，最后是 clickhouse-jdbc JavaCC 解析 sql 效率低。
4.3 结果分析
4.3.1 测试结论
1）clickhouse 对并发有一定的支持，并不是不支持高并发，可以通过调整 max_thread 提高并发
max_thread=32 时，支持最大 TPS 是 37，相应 TP99 是 122 max_thread=2 时，支持最大 TPS 是 66，相应 TP99 是 155 max_thread=1 时，支持最大 TPS 是 86，相应 TP99 是 206
2）在并发方面 Elasticsearch 比 clickhouse 支持的更好，但是相应的响应速度慢很多
Elasticsearch：对应的 TPS 是 192，TP99 是 3050 clickhouse：对应的 TPS 是 86，TP99 是 206
综合考量，我们认为 clickhouse 足以支撑我们的业务诉求
4.3.2 优化建议
对 ES 协调节点进行扩容 bigdata 应用线程池最大线程数调高至 200 bigdata 应用 dbcp 线程池 maxTotal 设置成 50 读取配置文件工具类增加内存缓存
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