数果实时数仓探索

Vol.1

实时数仓的发展

在早期也有部分公司有实时计算的需求,但是数据量比较少,所以在实时方面无法形成完整的体系,实时数仓更多是以实时计算的形式存在,作为离线数仓的辅助,主要使用的技术也是Storm或Spark Streaming。基本所有的实时任务都是具体问题具体分析,来一个需求做一个,基本不考虑它们之间的关系。

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【示图:数仓开发模式】

随着产品和业务人员对实时数据需求的不断增多,这种开发模式出现的问题越来越多:

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指标越来越多,“摊大饼”的开发导致代码耦合问题严重。

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需求越来越多,有的需要明细数据,有的需要 OLAP 分析。

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每个需求都要申请资源,导致资源成本急速膨胀,资源不能集约有效利用。

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容错性低,由于是实时的数据处理,当线上环境出现问题或者要更新时,需要考虑如何确保数据不重不丢。

其实仔细分析这些问题,可以知道和离线数仓遇到的问题比较相似,数据量大了、作业多了之后产生了各种问题,离线数仓当时是怎么解决的?离线数仓通过分层架构使数据解耦,多个业务可以共用数据,实时数仓是否也可以用分层架构呢?当然是可以的,但是细节上和离线的分层还是有一些不同。

Vol.2

实时数仓的建设

实时数仓建设的方法论也是和离线数仓比较相似,毕竟二者遇到的问题比较类似,早期也是来一个需求,开发一个作业,当规模起来之后就需要考虑治理的问题。而分层则是一个不错的治理方式,通过合理的分层可以把不同粒度、不同来源的数据采用ER建模、维度建模的方式统一加工、清洗、汇总数据,形成基础的数仓公共层,并根据下游业务部门的具体需求建设数仓应用层。既满足了业务灵活多变的需求,又减少了重复建设导致的资源浪费和人力成本。

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【示图:实时数仓的分层架构】

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ods贴源层

在贴源层,它的数据主要来自于上游的数据源,并和这些数据源保持一致,而数据源主要有来自业务的DB数据、程序服务的日志、用户的埋点数据和一些结构化数据。需要注意的是这些数据源都是可实时产生数据的流式数据通道,比如DB数据往往是来自MySQL binlog,Oracle Logminer等管道,而不是定时执行SQL去获取一批数据的管道。 

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dwd明细层

在明细层,主要是为了解决重复建设的问题,需要按照主题构建统一的基础明细层,同时为了给下游提供直接可用的数据,还需要对这些进行清洗、过滤和扩维。

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dws汇总层

在汇总层,主要是对业务需求进行梳理得到共性维度、采用维度建模的方式建立明细宽表;同时对于一些固化统计需求,可以实现进行轻度汇总,形成汇总指标表,减轻下游的计算压力,并形成可复用的结果。

从上面看出,实时数仓和离线数仓的分层非常相似,甚至连命名都是相同的。但仔细对比可以发现他们存在很大的不同。

1、与离线数仓相比,实时数仓的存储是不同

在建立离线数仓时,整个存储都是在建立在Hive上,但在实时数仓中,同一份表数据,可能会同时存储在多个不同的地方,比如明细层、汇总层的数据会同时存放在Kafka和Hdfs中,但是像用户信息这些维表数据则会借助于MySQL、HBase或其他KV数据库存储。

2、与离线数仓相比,实时数仓的层次更少一些

从目前建设离线数仓的经验来看,离线数仓中ads应用层数据一般是在数仓内部,但实时数仓中,ads 应用层数据已经落入应用系统的存储介质中,可以把该层与数仓的表分离。

实时处理数据的时候,每建一个层次,数据必然会产生一定的延迟。举例,在统计跨天相关的订单事件中的数据时,可能会等到 00:00:05 或者 00:00:10 再统计,确保 00:00 前的数据已经全部接受到位了,再进行统计。所以,汇总层的层次太多的话,就会更大的加重人为造成的数据延迟。

Vol.3

实时数仓的架构

目前大部分企业已经基于Hive搭建了自己的离线数仓,而离线数仓明显无法满足实时计算、实时查询的需求,所以一般而言,为了同时满足实时和离线的需要,会采用经典的Lambda架构。Lambda架构的核心思想是把大数据系统拆分成三层:批量层,速度层和服务层。

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 批量层负责数据集存储以及全量数据集的预查询。

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速度层主要负责对增量数据进行计算,生成实时的计算结构。

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服务层用于响应用户的查询请求,它将离线计算层和实时计算层的结果进行合并,得到最后的结果,返回给用户。

Lambda体系架构通过批处理层提供了高延迟的精度,而速度层提供了低延迟近似值。但同时Lambda架构也有相应的缺点,他需要对同样的业务逻辑进行两次编程:一次为批量计算的系统,一次为流程处理的系统,两个系统走的是不同的计算代码,最后处理的结构容易不一致。为此有人提出了更先进的Kappa架构,不过由于目前的技术发展和篇幅原因,暂且不展开描述。

尽管Lambda架构有着上述缺点,仍然因为它的可行性、扩展性和鲁棒性,而被应用在各企业的数据仓库中。

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【示图:实时数仓的一种架构设计】

上述是一个典型的Lambda架构,利用Flink强大的实时计算能力,大部分的数据处理可以交由Flink完成,而为了数据的可靠性和容错,还会将数据保存在HDFS内作为备份,同时也可以供已有的离线数仓进行消费,减少离线任务的延时。在ads层则是根据业务需求可以将计算的结果存放不同的存储查询引擎中,比如借助于数果自研的时序数据加速引擎Tindex可以对Kafka和HDFS构建联合视图,达到同时查询实时和历史数据的效果;借助于数果的标签分析引擎Uindex可以实现标签数据的实时更新和实时查询。

Vol.4

实时数仓的未来

随着大数据技术的发展,特别是实时OLAP技术的迅速崛起,目前开源的OLAP引擎在性能,易用等方面有了很大的提升,如Doris、Presto等,加上数据湖技术的迅速发展,使得流批结合的方式变得简单,可以简化实时数仓的处理流程和架构设计。

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【示图:流批结合的实时数仓】

数据从日志统一采集到消息队列,再到实时数仓,作为基础数据流的建设是统一的。之后对于日志类实时特征,实时大屏类应用走实时流计算。对于Binlog类业务分析走实时OLAP批处理。

可以看到引入数据湖之后(图中的Hudi/Iceberg,可以简单理解为一种数据格式,本质上还是存储在HDFS),实时数仓在计算引擎和底层存储引入了一个中间层——数据湖,同时基于数据湖的ACID能力,可以解决传统离线数仓不支持高效修改的痛点,同时也简化了整体数据流水线处理的过程,降低了整个处理的延迟。但是目前数据湖的发展不是太成熟,相应的生态支持也比较少,所以应用的不多,不过社区比较活跃,而且大家也都看到了数据湖在数仓中的潜力,在日后应该会在实时数仓中占有一席之地。

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