億級(jí)數(shù)據(jù)分析性能殺手锏 - 列式存儲(chǔ)
看似非常簡(jiǎn)單的一條 SQL,如下圖,我們求解的無(wú)非就是月總銷售量
- SELECT OrderMonth, SUM( OrderAmount) AS Amount
- FROM FctOrderSales WITH(NOLOCK)
- WHERE OrderMonth BETWEEN '2017-01-01' AND '2018-12-31'
- GROUP BY OrderMonth
一旦 FctOrderSales 的數(shù)據(jù)量增長(zhǎng),恐怕不等個(gè)半把個(gè)小時(shí),是出不來(lái)的。
再加上,我們的用戶不會(huì)那么輕易的放過(guò)“折磨”我們 IT 工程師的機(jī)會(huì),就僅僅圍繞月份來(lái)做統(tǒng)計(jì),可能還會(huì)加上,產(chǎn)品類型,地區(qū)等等維度。這樣一來(lái),就更加麻煩了,眼珠子恨不得貼到屏幕上,一分一秒的看著時(shí)間的流逝,可惜了青春啊~
事實(shí)上,大家肯定會(huì)出一定的方案來(lái)解決這種效率奇慢的查詢,比如:
1 加個(gè)索引
2 加個(gè)分區(qū)
3 ETL 先算好聚合數(shù)據(jù)
4 。。。
解決方案總是有的。在這里我們來(lái)看看另一種玩法,列式存儲(chǔ)。
上圖中,表格中的數(shù)據(jù),就是典型的row-based data page 行式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)頁(yè)。一行相鄰一行的存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)上,一列肩并著一列存儲(chǔ)在一行上。而 Columnar Storage Layout 就是列式存儲(chǔ), 每一個(gè)列的數(shù)據(jù)都被存在一個(gè)數(shù)據(jù)文件中,比如date_key 按照順序存儲(chǔ)在 date_key file 中,Product_sk 也一樣,按照二維表中的順序,存儲(chǔ)在 product_sk 文件中。每個(gè)列式存儲(chǔ)文件中,對(duì)應(yīng)行號(hào)上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),都是表結(jié)構(gòu)中相應(yīng)行號(hào)的列數(shù)據(jù)。即要獲取原表結(jié)構(gòu)中,第20行的數(shù)據(jù),那么要分別從這些列式存儲(chǔ)的文件中,取得各自的第20行數(shù)據(jù),集合起來(lái)!
考慮以下場(chǎng)景,比如我們就要分析 2013年,每個(gè)月,某兩個(gè)品種,69,31 的銷量:
SELECT
getMonth(date_Key) AS Month
- getProductName(product_sk) AS Product
- SUM(quantity) AS Quantity
FROM FctSalesOrdinary
GROUP BY getMonth(date_Key), getProductName(product_sk)
在這里,讓我們做出這些假設(shè):
1 date_key是存在一個(gè)數(shù)據(jù)文件里面的,product_sk 是存在另一個(gè)數(shù)據(jù)文件里面的。2013年整年的銷售數(shù)據(jù)有 200W 條,每個(gè)文件的段能存儲(chǔ)100W,(按照 SQL Server 的存儲(chǔ)容量來(lái)計(jì)算),這樣就總共抓取 2個(gè)段, 按照每次讀取一個(gè)segment的機(jī)制,連續(xù)讀取 2個(gè)連續(xù)段就只有一次讀取,因此磁頭讀取不需要再次尋址。
2 假設(shè)2013年***條數(shù)據(jù)在源數(shù)據(jù)表中,是第100萬(wàn)條數(shù)據(jù),2013年***一條數(shù)據(jù)是第299萬(wàn)條數(shù)據(jù)。
按照上面的圖解釋,我們讀取2013年數(shù)據(jù)的時(shí)候,讀取product_sk的字段,即讀取 第100萬(wàn)條數(shù)據(jù)到 299萬(wàn)條數(shù)據(jù),然后根據(jù)product_sk做限制。比起row-based data page(行式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)頁(yè)),其他字段store,promotion,customer字段統(tǒng)統(tǒng)舍去,少讀了很多的無(wú)效數(shù)據(jù)。
列式存儲(chǔ)還帶有一個(gè)壓縮的選項(xiàng)。因?yàn)槊總€(gè)列式存儲(chǔ)文件都是存儲(chǔ)的同質(zhì)數(shù)據(jù),那么對(duì)這些同質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,會(huì)有很好的壓縮效率。壓縮帶來(lái)的好處是,減少了吞吐量,使得內(nèi)存容下了更多的數(shù)據(jù),并且還可以有效使用 CPU L1 Cache, 這種技術(shù)稱為 vectorized processing.
*參考The Design and Implementation of Modern Column-Oriented Database systems.
為什么列式存儲(chǔ)更適合分析性數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù):
1. 分析決定了一定是讀取大范圍連續(xù)屬性的數(shù)據(jù)。不是隨機(jī)讀,而是順序讀,速度快很多
2. 請(qǐng)求基本上是采取多個(gè)維度同時(shí)讀的方式,而不會(huì)讀取所有的列。這樣很多row-based data page (行式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)頁(yè))都會(huì)舍去不必要的相鄰列的數(shù)據(jù)。
3. 列式存儲(chǔ)的機(jī)制:一個(gè)數(shù)據(jù)文件中單獨(dú)存儲(chǔ)的是整個(gè)列的數(shù)據(jù),按照segment來(lái)分段,一次至少讀取一個(gè)段。一個(gè)段中可以存儲(chǔ)大量的同質(zhì)數(shù)據(jù)。
目前支持列式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有:
- Greenplum
- PostgreSQL
- MariaDB
- Microsoft Azure SQL Data Warehouse
- Microsoft SQL Server 2012 及以上
- BIRT Analytics ColumnarDB
- IBM Db2
- Oracle Database/Exadata
- SAP HANA
- TeraData
- Apache HBase
- ClickHouse
- Apache Parquet
以上是我們常用的數(shù)據(jù)庫(kù)品牌,還有一些小眾數(shù)據(jù)庫(kù),比如 MonetDB,kdb+ 等也支持。所以趁早用起來(lái)吧