Druid 大数据分析之概况

一、概述

    随着互联网快速发展，数据量增长快，达到TB、PB，以交通车流量为例，如湖南省每月的车辆流量至少达到4亿，这个数据量远不止如此。数据量如此大，如何满足后期分析，传统面向OLTP型数据库（ORACLE、MYSQL等）无法要求，渐渐开始转向OLAP，如GreenPlum等，虽然很多OLAP数据库吸收分布式计算思想，数据达到20亿以上后，进行Count、聚合等操作性能仍然达不到客户实时分析要求。

     虽然相关大数据框架及组件已经很流行：Hadoop（离线分析）、Spark、storm、Hive、Impala、Hbase等，Hadoop生态系统大庞大，Spark一站式安装部署，但是满足实时分析还需借助其它组件、开发要求很高。

    Druid是一个用于大数据实时查询和分析的高容错、高性能开源分布式系统，旨在快速处理大规模的数据，并能够实现快速查询和分析。尤其是当发生代码部署、机器故障以及其他产品系统遇到宕机等情况时，Druid仍能够保持100%正常运行。创建Druid的最初意图主要是为了解决查询延迟问题，当时试图使用Hadoop来实现交互式查询分析，但是很难满足实时分析的需要。而Druid提供了以交互方式访问数据的能力，并权衡了查询的灵活性和性能而采取了特殊的存储格式。

     如下图所示，类似基于时间序列的数据库系统，Druid今年排情况：



 

 

二、Druid 数据

     Druid是一个开源的数据存储设计的事件数据的OLAP查询，提供一个高层次的概述如何存储数据和Druid集群的体系结构。

     我们先看看示例数据：


 
     数据集由三个不同的组件组成：

     1. 时间序列化列：以时间序列进行数据分片，所有查询以时间为中心轴。
     
     2. 维度列：Druid基于列式存储，查询结果展示列，常用于数据过滤，如示例数据集有四个维度:出

                        版商，广告商，性别和国家。 

     3. 聚合列：通常用于计算值，操作方法如：COUNT、SUM等。   

 

三、Druid 聚合

   上述例子数据集中的单条信息作用不大，因为这样的数据万亿。然而这种类型的数据研究概述可以产生经济效益。Druid使用我们称之为“聚合”的过程对这些原始数据聚合操作，类似（伪代码）如下：

 

GROUP BY timestamp, publisher, advertiser, gender, country
  :: impressions = COUNT(1),  clicks = SUM(click),  revenue = SUM(price)

 

   在实践中我们看到聚合数据可以大大减少需要被存储的数据的大小（高达100倍）。减少存储确实是以成本为代价的，聚合数据后无法查询单个数据的能力；另一种解决方式减少聚合粒度，尽量满足查询数据的最小粒度。因此Druid通过queryGranularity方法(或属性granularity)定义这个粒度查询数据，最低支持为毫秒。

 通过上述伪代码聚合后的数据：


 

 

四、Druid 分片数据

 Druid的分片称之为Segment（即段），通常按时间对数据进行分片。如对示例数据进行压缩，我们可以创建两个段，按每小时分片。

  段是保存时间间隔内数据，段包含按列存储的数据以及这些列的索引，Druid查询索引扫描段。段由数据源、间隔、版本的唯一标识，和一个可选的分区号。段命名规范如：

datasource_interval_version_partitionnumber

例如：


 
 

 

五、Druid 索引数据

   Druid查询速度取决于如何存储数据。从搜索基础架构借用想法，Druid创建只读数据快照，查询分析存储在高度优化的数据结构。

    Druid是一个列存储，每列被单独存储。Druid查询相当好，是因为只查询所需的列。不同的列还可以采用不同的压缩方式，不同的列也可以有与它们相关的不同的索引。

   Druid 索引数据在数据分片级别上。

 

六、Druid 数据加载

   Druid有两方式获取数据，实时和批量，Druid实时获取很费劲，确切的说Druid不能保证实时获取。批量获取可以保证批量创建段及相应数据。Druid通常采用实时管道获取实时数据（最近数据），采用批管道获取副本数据。

 

七、Druid 数据查询

    Druid的本地查询语言是JSON通过HTTP，虽然社区在众多的语言中提供了查询库，包括SQL查询贡献库；Druid设计用于单表操作，目前不支持联接。许多产品准备在ETL集成，数据加载到Druid之前需要规范化。

 

八、Druid 集群

  Druid是由不同角色的系统构建而成的一个整体系统，它的名字来自在许多角色扮演游戏中的Druid类：它是一个shape-shifter，可以在一个群组中采取许多不同的形式来满足各种不同的角色。Druid的整体架构中目前包括以下节点类型：

   1. Historical 

   对“historical”数据（非实时）进行处理存储和查询的地方。historical节点响应从broker节点发来的查询，并将结果返回给broker节点。它们在Zookeeper的管理下提供服务，并使用Zookeeper监视信号加载或删除新数据段。

   2. Realtime

   实时摄取数据，它们负责监听输入数据流并让其在内部的Druid系统立即获取，Realtime节点同样只响应broker节点的查询请求，返回查询结果到broker节点。旧数据会被从Realtime节点转存至Historical节点。

   3. Coordinator

   监控historical节点组，以确保数据可用、可复制，并且在一般的“最佳”配置。它们通过从MySQL读取数据段的元数据信息，来决定哪些数据段应该在集群中被加载，使用Zookeeper来确定哪个historical节点存在，并且创建Zookeeper条目告诉historical节点加载和删除新数据段。

   4. Broker 

   接收来自外部客户端的查询，并将这些查询转发到Realtime和Historical节点。当Broker节点收到结果，它们将合并这些结果并将它们返回给调用者。由于了解拓扑，Broker节点使用Zookeeper来确定哪些Realtime和Historical节点的存在。

    5. Indexer

    节点会形成一个加载批处理和实时数据到系统中的集群，同时会对存储在系统中的数据变更（也称为索引服务）做出响应。这种分离让每个节点只关心自身的最优操作。通过将Historical和Realtime分离，将对进入系统的实时流数据监控和处理的内存分离。通过将Coordinator和Broker分离，把查询操作和维持集群上的“好的”数据分布的操作分离。

数据流和各个节点的关系如下图:



        相关节点和集群管理所依赖的其他组件（Zookeeper）如下：