小 T 导读：如果我们要做行情 tick 数据的存储，怎样的数据结构查找起来才会比较快？在加入 TDengine 之前，本文作者丁博在弘源泰平量化投资做量化工程师，曾经遇到过这一类存储行情 tick 数据的问题，本文会就此问题进行详细的技术解读。
文将以标准 CTP 行情接口（http://www.sfit.com.cn/5_1_DocumentDown.htm）为例，假设行情结构为 CThostFtdcDepthMarketDataField（https://mckelv.in/python-ctp-deps/struct_c_thost_ftdc_depth_market_data_field.html），展开说明。
内存存储方案
如果你的需求仅仅是盘中实时分析，且监控的 Instrument（CTP 接口对现货、期货、期权等合约的统称， 以下简称【合约】） 总数不多，则可以直接使用内存存储。通常只有超高频交易系统才必须这么做。内存存储也有很多可选方案，其中有两大方案较为通用。
两级 map 方案
第一级 map 的类型为 std::unordered_map，键为 InstrumentID， 值为第二级 map 的指针。第二级 map 的类型为 std::map，键为行情时间戳，值为行情结构体。（注：行情时间戳需要根据 UpdateTime 和 UpdateMillisec 两个字段构造一个类型为 long 的毫秒值）。 std::unordered_map 底层依赖的数据结构是哈希表，按 key 索引速度是最快的。std::map 底层的数据结构是二叉树搜索树，可以严格按照 key 的大小顺序迭代全部或某一段数据。 总体而言这个数据结构的优势是： 快速查找某个合约某个时间点或某个时间段返回的行情。这是后续做交易信号计算的基础。
#include "ThostFtdcUserApiStruct.h"#include "ThostFtdcUserApiDataType.h"#include <map>#include <unordered_map>using namespace std;int main(){ unordered_map<TThostFtdcInstrumentIDType, map<long, CThostFtdcDepthMarketDataField>*> tickData;}
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map + array
由于每种合约每天的标准行情 tick 总数都是固定的（个别交易所除外），因此我们可以提前初始化好一个数组来存行情。按每秒 2 个 tick 算（500 毫秒一个点），标准行情的长度可能是 28800。当收到行情通知时，行情时间距离哪个标准 tick 点最近就归为哪个 tick。比如行情时间是 9 点 50 分 20 秒 133 毫秒，那么可以当作 9 点 50 分 20 秒 0 毫秒的行情。如果出现前后两个 tick 时间大于 500 毫秒的情况，那就还需要补全中间空缺的行情，相当于边收行情边做标准化操作。这样做的优势是：
交易策略通常会依赖标准化的行情计算交易信号，收行情和标准化并作一步会更节省时间。
可以直接用数组下标索引对应时间的行情，查找的时间复杂度为 O(1)。
#include "ThostFtdcUserApiStruct.h"#include "ThostFtdcUserApiDataType.h"#include <unordered_map>#include <array>using namespace std;int main(){ unordered_map<TThostFtdcInstrumentIDType, array<CThostFtdcDepthMarketDataField, 28800>> tickData;}
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持久化存储方案
无论是否做超高频交易，持久化存储行情都是有必要的。通常持久化存储为的是进行盘后复盘分析, 因为在大数据量下，传统的存储方案（MongoDB、MySQL、直接存文件等等）很快就会遇到性能瓶颈（无论是读还是写），不适合做盘中的计算。近年来，时序数据库（Time-Series Database）异军突起，使得盘中盘后使用一种存储方案成为可能。特别是像 TDengine 这样带有缓存功能、消息队列功能和集群功能的时序数据库，用来存行情是非常合适。下面我将以 TDengine Database 为例为大家介绍持久化存储方案。
下载 TDengine Database Server
在下载阶段，不同的系统使用的安装包也有所不同，Ubuntu 系统用 deb 包， CentOS 系统用 RPM 包。下载地址为： All Downloads – TDengine。
安装并启动
Ubuntu
sudo dpkg -i TDengine-server-2.4.0.7-Linux-x64.deb
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CentOS
sudo rpm -ivh TDengine-server-2.4.0.7-Linux-x64.rpm
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安装成功后，如何启动 TDengine Database 的提示信息就会自动弹出，照着操作就可以。
建行情表
由于所有行情的结构都是一样的，因此只需要一张超级表进行行情建表即可，其中每个合约对应一张子表，InstrumentID 作为子表名，交易所代码作为一个行情标签。为了方便演示，下面的示例只包含了 4 个行情字段：
bo@RDBB:~$ taosWelcome to the TDengine shell from Linux, Client Version:2.4.0.12Copyright (c) 2020 by TAOS Data, Inc. All rights reserved.
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create database marketdata;use marketdata;create stable tick( ts timestamp, updatetime binary(9), updatemillisec int, askprice1 double, bidprice1 double, askvolume1 int, bidvolume1 int) tags (exchangeid binary(9));
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taos> desc tick; Field | Type | Length | Note |================================================================================= ts | TIMESTAMP | 8 | | updatetime | BINARY | 9 | | updatemillisec | INT | 4 | | askprice1 | DOUBLE | 8 | | bidprice1 | DOUBLE | 8 | | askvolume1 | INT | 4 | | bidvolume1 | INT | 4 | | exchangeid | BINARY | 9 | TAG |Query OK, 8 row(s) in set (0.000378s)
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写入行情
#include "ThostFtdcUserApiStruct.h"#include "ThostFtdcUserApiDataType.h"#include "taos.h"#include "taoserror.h"#include <iostream>#include <sstream>using namespace std;void insertTickData(TAOS* taos, CThostFtdcDepthMarketDataField &tick) { stringstream sql; // 会自动创建子表tick.InstrumentID sql << "insert into " << tick.InstrumentID << " using tick tags(" << tick.ExchangeID << ") values(now, '" << tick.UpdateTime << "', " << tick.UpdateMillisec << "," << tick.AskPrice1 << "," << tick.BidPrice1 << "," << tick.AskVolume1 << "," << tick.BidVolume1 << ")"; TAOS_RES *res = taos_query(taos, sql.str().c_str()); if (res == nullptr || taos_errno(res) != 0) { cerr << "insertTitckData failed," << taos_errno(res) << ", " << taos_errstr(res) << endl; }}int main(){ TAOS *taos = taos_connect("localhost", "root", "taosdata", "marketdata", 6030); // 构造测试数据 CThostFtdcDepthMarketDataField tick; strcpy_s(tick.InstrumentID, "IH2209"); strcpy_s(tick.UpdateTime, "14:10:32"); strcpy_s(tick.ExchangeID, "DEC"); tick.UpdateMillisec = 500; tick.AskPrice1 = 123.8; tick.BidPrice1 = 123.4; tick.AskVolume1 = 10; tick.BidVolume1 = 9; // 写入测试数据 insertTickData(taos, tick); taos_close(taos);}
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查询最新的行情
TDengine 对每个表的最新数据都有缓存功能，无需再读磁盘，使用 last 函数就能快速获取。
#include "ThostFtdcUserApiStruct.h"#include "ThostFtdcUserApiDataType.h"#include "taos.h"#include "taoserror.h"#include <string>#include <iostream>using namespace std;CThostFtdcDepthMarketDataField* getLastTick(TAOS* taos, const char* instrumentID) { string sql("select last(*) from "); sql += instrumentID; TAOS_RES* res = taos_query(taos, sql.c_str()); if (res == nullptr || taos_errno(res) != 0) { cerr << "getLastTick failed," << taos_errno(res) << ", " << taos_errstr(res) << endl; return nullptr; } TAOS_ROW row = taos_fetch_row(res); if (row == nullptr) { return nullptr; } CThostFtdcDepthMarketDataField* tick = new CThostFtdcDepthMarketDataField(); //int64_t ts = *((int64_t*)row[0]); memcpy(tick->UpdateTime, row[1], 9); tick->UpdateMillisec = *(int*)row[2]; tick->AskPrice1 = *((double *)row[3]); tick->BidPrice1 = *((double*)row[4]); taos_free_result(res); return tick;}int main() { TAOS* taos = taos_connect("localhost", "root", "taosdata", "marketdata", 6030); CThostFtdcDepthMarketDataField* tick = getLastTick(taos, "IH2209"); cout << "askPrice1=" << tick->AskPrice1 << " bidPrice1=" << tick->BidPrice1 << endl; delete tick; taos_close(taos);}
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以上两个示例程序，展示了写入和查询的方法。结合 TDengine 内置的查询函数和按窗口聚合功能，可实现更多功能，比如：
使用 MAX、 FIRST、 MIN、 LAST 四个 SQL 函数计算 K 线上高、开、低、收四个价位。
使用 INTERVAL 和 SLIDING 查询子句和 AVG 函数计算移动均价。此处不再给出具体示例，可参考官方文档。
从实际业务出发的实践经验分享
除了上述内容外，TDengine Database 还有非常丰富的分析函数，如果你感兴趣的话建议参考官方文档。此外，在 TDengine 的实际应用中，也有很多客户的实践是关于量化投资场景中的数据处理。
以同花顺为例，其每天都需要接收海量交易所行情数据，以确保行情数据的数据准确，但由于该部分数据过于庞大，而且使用场景颇多，因此每天会产生很多的加工数据，在组合管理(PMS)上还会使用到历史行情数据。之前他们采用的是 Postgres+LevelDB 作为数据的存储方案，但仍旧痛点频发，随后通过对数据流、行情获取模块的分析，发现目前主要存在以下两个亟需解决的问题：
依赖多，稳定性较差：PMS 作为多品种的投后分析服务, 需要使用到各种日线数据、当天实时行情数据、当天分钟数据等，在数据获取方面需要依赖 Http 以及 Postgres、LevelDB 等数据库。过于多的数据获取链路会导致平台可靠性降低，同时依赖于其他各个服务，导致查询问题过于复杂。
性能不能满足需求： PMS 作为多品种投后分析，在算法分析层面需要大量的行情获取，而且对行情获取的性能也有较大的要求，当前所有行情会占据大量分析的性能。
从业务发展的角度来讲，存储方案的改造迫在眉睫，之后同花顺开始对 ClickHouse、InfluxDB、TDengine 等数据存储方案进行调研。由于行情数据是绑定时间戳的形式，所以显然时序数据库更适用于这个业务场景，在 InfluxDB 和 TDengine 之间，由于 TDengine 的写入速度远高于 InfluxDB，且集群版开源，同时还支持包含 C/C++、Java、Python、Go 和 RESTful 在内的多种数据接口，因此成为同花顺的最终选用方案。
改造之后的性能效果提升还是非常明显的，下图是同花顺做的一张改造前后性能对比图，可以更为直观地感受到效果提升：
同时改造后，稳定性也显著增强，改造前调用数据情况共 40W 次，共出现 0.01% 的异常，改造后出现异常降低至 0.001%。
在 TDengine Database 官网的 Case 合集中，还有弘源泰平量化、同心源基金等几篇聚焦投资量化场景下数据处理难题的客户案例，由于篇幅所限，便不在此一一列举了，有需要的朋友可以去官网查找文章进行参考。如果还有投资量化场景下其他的数据处理难题，也欢迎在文章下方进行留言，我们后续可以加微信进行详细讨论和沟通。
想了解更多 TDengine Database 的具体细节，欢迎大家在GitHub上查看相关源代码。
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