Kylin 实时流处理技术探秘. 笔记

有了解过 Kylin 的都知道其主要是在离线方面的处理，在实时方面的处理大家知之甚少，我希望把自己最近学到的分享给大家。



社区其实在 1.6 版本中已经提供了近实时的方案，其存在分钟级别的准备时间，在对实时要求比较迫切的场景，这种是不能容忍的，于此同时其实现方式是通过每一个批次数据创建一个 segment，一个 segment 对应一个 HBase Table，长期以往会导致大量的 HBase Table 存在和 MR Job 数据。基于以上的原因，Kylin 考虑实时流处理的技术研究与实现。

架构解析



实时流处理主要由 Streaming Receivers、Streaming Coordinator、Query Engine、Build Engine、Metadata Store 构成。

Streaming Receivers：用于消费 Kafka topic 中某个 partition 数据，可以由一个或多个 Streaming Receivers 消费同一个 partition，以保证 HA，Streaming Receivers 以集群的形式存在；

Streaming Coordinator：作为 Streaming Receivers 的协调器。指定 Streaming Receivers 负责消费 topic 数据；

Query Engine：数据查询引擎。提供数据查询能力。

Build Engine：构建引擎。负责将数据提交到历史数据中。

Metadata Store：元数据存储。存储一些元数据信息，例如 Receivers 分配信息、高可用信息等。

数据架构

从图中可以看出，数据从 Kafka 这类消息组件中流入内存中，当数据达到指定阈值或者一个固定时间（默认是一个小时）之后，会将内存数据刷写到硬盘中，过一段时间后会将磁盘数据，通过 MapReduce 任务，将数据同步到 HBase。



因而，如果要进行数据查询，需要聚合内存、硬盘和 HBase 三方的数据。



存储流程



实时数据会消费到 Streaming Receivers，通过 Streaming Coordinator 指定 Receivers 消费与 Cube 相关的 Topic 中 Partition 的数据，Receivers 会做 Base Cuboid 的构建，另外可以支持创建一些常用的 Cuboid，以提高查询的性能。过一段时间之后，会将数据从本地数据刷写到 HDFS 上，并通知 Coordinator ，待全部的 Replica Set 把 Cube Segment 的所有实时数据上传到 HDFS 后，Coordinator 触发 MapReduce Job 进行一个批量的构建。Job 会从 HDFS 中拉取实时数据进行构建，做一些合并工作并将 Cuboid 同步到 HBase 中，当同步完成之后，Coordinator 会通知实时集群将相应的数据删除。

数据查询

当 QueryServer 接受新查询后，会请求 Coordinator 查询的 Cube 是不是实时 Cube，会根据请求是否是实时 Cube 类型，进行分别处理。离线 Cube 会直接查询 HBase 中数据，实时 Cube 请求若数据不在实时数据中，就发 RPC 请求到 HBase，并且同时发查询请求到实时集群，将结果汇总到查询引擎做一个聚合，再返回给用户。



无论实时Cube 还是非实时 Cube 请求都会要通过Coordinator，QueryServer 是作为一个统一的请求入口，之后才是根据实时和非实时两种场景进行不同的处理。

实现细节

Fragment File 存储格式

在上文中已经提到内存数据会刷写到硬盘中， 而 Fragment File 就是相应持久化的文件模式。

Segmnet Name 由起始时间和结束时间组成。每一次增加 Fragment 文件都会生成一个 Fragment ID，这是一个递增的值。



Fragment 文件结构是一个列式结构，包括两个文件，Fragment 的数据文件，和 Metadata 文件。数据文件可以包含多个 Cuboid 的数据，默认只会构建一个 Base cuboid，如果有配置其它 mandatory cuboid 的话，会根据配置生成多个 Cuboid；这里的数据是多个 Cuboid 依次来保存的，每一个 Cuboid 内是以列式存储，相同列的数据存在一起。基本上现在的 OLAP 存储为了性能通常都是列式存储。每一个维度的数据包括这三部分：



• 第一部分是 Dictionary，是对维度值做字典的。

• 第二部分是值，经过编码的。

• 第三部分是倒排索引。



Metadata 文件里面存有重要的元数据，例如一些 Offset，包含这个维度的数据是从哪个位置开始是这个数据，数据长度是多少，Index，也就是反向索引的长度是多少等等，方便以后查询的时候比较快的定位到。元数据还包含一些压缩信息，指定了数据文件是用什么样的方法进行压缩的。

压缩

• 像时间相关的维度，它们的数据基本上都是类似的，或者是递增的。还有设计 Cube 的时候也有设计 Row Key，在 Row Key 的顺序排在第一位的，使用 run length 压缩效率会比较高，读取的时候效率也会比较高。

• 对其他的数据默认都会用 LZ4 的压缩方式，虽然其它压缩算法的压缩率可能比 LZ4 高，但是 LZ4 解压性能更好，我们选择 LZ4 是主要从查询方面去考虑的，所以从其他角度考虑可能会有一些其它结论。

高可用

高可用通过引入 Replica Set 概念来实现。一个 Replica Set 可以包含多个 Receiver，一个 Replica Set 的所有的 Receiver 是共享 Assignment 数据的，Replica Set 下面的 Receiver 消费相同的数据。一个 Replica Set 中存在一个 Leader 做额外的工作，这个工作，是指把这些实时的数据存到 HDFS，Leader 选举是用 Zookeeper 来做的。以上是实时集群如何实现 HA 的，可以防止宕掉了对查询和构建造成影响。

check point

check point 作为错误恢复、保证在服务重启的时候不会出现数据丢失的情况发生，其主要有两种方式来保证，一种是Local Check Point，以本地存储方式，每5分钟在本地做一个 check point，把消息的信息存到一个文件里，信息包含消费的 offset 信息，本地磁盘信息，例如最大的 Fragments ID 是多少；重新启动的时候根据这个去恢复。第二种是 Remote Check Point 方式，把一些消费状态信息存在 HBase 的 Segment 里面，保存历史的 Segment 信息的时候，会把这些消费信息存在 Segment 的元数据里面，构建这个 Segment 的时候，最早是消费到哪个数据的，信息存在那里。

小结测试题

1、Kylin 实时流数据涉及哪些位置？



本地内存、HDFS（硬盘）、HBase 三方面。



2、简要说说 Streaming Coordinator 作用有哪些？



1. 协调 Consumers 消费 Partition 数据

2. 通知 Build Engine 启动 MR Job 处理 HDFS 上存储的实时数据

3. 当实时数据存储到 HBase 之后，通知 Build Engine 删除 HDFS 上数据

4. 查询的时候，协调不同的查询类型，进行不同的处理逻辑



3、在进行构建的时候，Cuboid 方面是怎么处理的？



实时数据默认会被构建成 Base Cuboid，在 Receivers 中进行，但如果存在其他的 mandatory cuboid，也是支持进行配置。



4、为什么使用 LZ4 压缩格式？



为了查询效率比较高，进行了相应的妥协。



5、Fragment File 存有哪些信息？



Cube 名称、根据时间划分的 Segmnet Name、主要文件为 .data 和 .meta ，在data文件中存有倒排索引、经过编码后的值、字典，meta 文件存有元数据相关信息。



6、Fragment File 与 Segment 关系？



两者一一对应，Fragment File 由 cube Segment 而产生。



7、Partition 与 Segment 之间的关系？



两者没有直接关系，Partition 是决定 Receiver 个数，对数据进行 Base Cuboid 构建，之后存到硬盘上时才是 Segment File 的格式。



原文地址：https://www.infoq.cn/article/AafpvXOrZcYWUm-kIkVi



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