【技术分享】Apache Trafodion事务和分析一体化引擎的挑战

本文整理自DTCC2016主题演讲内容，录音整理及文字编辑[email protected]田晓旭@老鱼。如需转载，请先联系本公众号获取授权！

演讲嘉宾

刘鹏翔

易鲸捷技术总监

领导EsgynDB和Apache Trafodion的行业应用方案的架构、开发和部署，有丰富的分布式海量并发和SQL-On-Hadoop的部署和调优经验，包括互联网、在线娱乐、银行、电信、车联网等。

分享内容

非常荣幸可以在这么大的一个舞台演讲，之前百度的前辈讲了很多业界对于数据处理的一些基本常识，这对我们是非常有帮助的。我们现在所做的事情和DTCC大会以及其他一些大数据会议的整体方向是一致的，收集数据、分享数据和分析数据。

Apache Trafodion 开源项目

我今天给大家讲的是一个开源项目——Apache Trafodion。最早的关系型数据库例如Oracle，它们典型的特点是SQL非常厉害，存储引擎一般固定在特定的硬件上。后来出现了Hadoop，使用通用的硬件去扩展分布式。传统关系型数据库的特点是又小又快，Hadoop的特点是又大又慢，这其中的小和慢都是相对来说的，小是指传统数据库不能有Hadoop那么大的数据量，而MapReduce批处理方案的速度也无法和传统数据库的处理速度相比。我们开发产品的着眼点就是设计一款产品让它可以做到又大又快。

这个产品是基于惠普研发了二十年的分布式存储引擎开发的。假设S1等于A减B，S2等于B减C，现在求S1加S2。如果存储引擎不够聪明，那就只能先算S1、S2，然后再去求解S。数据库做报表的时候一般要做join。但是join对于大多数的引擎都是难点。但是我们这个引擎一条query语句可以支持多达64个join，如果做不好会出现多重循环；另外我们能够支持多达64个嵌套查询。一般来说，Impala做三个表的join就已经很吃力了，会出现占内存、不稳定等等问题。但是我们很擅长这样的操作，我们将前面的predict逻辑往下推，基层的问题基层解决，绝不麻烦*。

Apache Trafodion功能及特点

首先利用HBase、HIVE做存储引擎，默认情况是HBase。之后，数据的操作和Oracle基本一致，我们95%的语言和Oracle是相似的，只是我们不支持PLSQL（我们支持Java版的SPJ）。 

支持ODBC、JDBC，支持关系型Schema，支持二级索引、多级索引、复合索引，支持SQL技术，支持自动化并行技术。

传统关系型数据库的数据是存在本地磁盘上，没有网络RPC协议的问题，但是分布式数据库必须明确哪些数据存储在哪个盘上，否则Cost-Based的代价算法会非常难做。只有数据均匀分散在所有的节点和磁盘上，并行技术才能被充分利用。就像十个能力相当的人做技术，那么大家应该是几乎同时完成，但是如果其中有一个人是小孩子，那么其他9个人完成之后，还需等待小孩子完成。我们的并行技术是自动化的，可以根据当前CPU的特点，比如核心的数量、内存的大小、磁盘的个数等等来自动决定。如果是一个短query，它可能一个线程就搞定，如果是长query话，也会自动分成多个线程。

上图是一个具体的结构，从上面客户端的角度看几乎完全是Oracle，只要有IP端口号、用户名、密码，默认的schema和表就可以直接访问了，我们兼容全部的JDBC、ODBC标准。从下面看，利用了HBase和HIVE做存储引擎，对于用户和运维人员来讲都是非常熟悉的。我们和HBase的关系是有一个RegionServer就有一个节点，我们没有中心节点、没有热点，也没有管理节点，大家连过来的时候是JDBC Connect，相当于门口保安发号。JDBC有一个二次握手，第一次是保安给你号，第二次是拿着你的号到相应的窗口，这个窗口按照某种算法排序一定是当前最优的。我们的SQL引擎技术在兼容性、通用性和易用性方面都非常好。Compiler是基于成本的优化器，它会根据历史查询和时空分布特点去制订执行计划。一旦你有索引或者key介入，那么执行计划就会产生变化，Compiler会自动重新为你设置执行计划。假设现在有四列，建立A、B、C、D四个索引，如果你用A做引导列的时候才能用到，但是常规数据库如果你用D甚至C加D都用不到。如果采用我们的引擎，你仅仅只有C跟D做条件的时候仍然可以利用这个Index。大数据有很多脏数据，一列数据里可能有30%是null，这样的数据去建索引会有很大的问题。但是，这对我们来说完全没有压力，我们不仅可以成功地建立索引，而且还可以利用到索引的速度，同时也不用手工清理。所以大数据的技术结合原有的存储引擎能力，才是我们的目标。

这是一个多级SQL架构，其中浅绿色的是DCS，相当于发号的保安。在你连接节点之前，你的IP和谁相连是无法得知的，只有在运行的时候才能知道的。假设你在10.10.10.1集群上配一个IP，DCS可能在第三个节点，有一个Leader，两个Follower，如果其中一个发生宕机，那么马上会有新的Leader产生，这样保证DCS Server始终是可用的。如果query语句太长，可以使用Ctrl+C，后台会帮助你终止，而且不会损坏元数据（不过一般仍然不建议直接kill）。

ESP是并行执行的服务，如果是简单的查询语句，例如 select * from table，那么直接去HBase中取数据就可以了，内存里面有账本，我们可以通过账本知道它存在HBase的哪个位置，然后通过二级帐本直接取到数据，不需经过ESP。如果是长query，是子查询，那么它就会启多层。

DTM是分布式事务管理，集中了很多项专利，最早是由惠普做的。

我们利用了HBase的协处理器，虽然HBase是不适合做事务的，但是我们有MVCC和SVCC的技术，这些都可以保证分布式事务的执行。

上图是混合式事务分析处理。一个企业的需求绝对不会只有上面列举的一个或几个，肯定是全有的。无论是流式数据，Hadoop还是传统数仓，都最少会分为三大阵营，流式处理阵营、Hadoop批处理阵营和分析阵营。上面端口、前端、后台以及汇总的数据都需要统一管理。我们实现了在一个平台上不离开Hadoop就把所有的数据都管理好。

我们和OLAP列式存储有很大的区别，我们是一个偏行的列式存储，是混合型架构，我们的引擎可以将数据按你的查询习惯进行有组织的存放。

混合型处理，为什么我们可以不离开Hadoop管理数据。首先前端的高并发接收是没有问题的，其次我们是乐观锁，不会因为一个死锁而影响其它。大家研究死锁的时候，我们死锁的问题早就解决掉了。

我们可以用一条query语句去select三种表，例如Select * from item_table a, tv_table t where a.price <1000 t.resolution>4000 and userLike() = true;使用混合型处理可以立马全部都查询出来。但是如果没有这个方法，要想实现HBase和HIVE表之间的互通是很麻烦的。所以，这是一个结构化、半结构化和非结构化统一处理的平台。

Apache Trafodion案例应用

由于底层存储引擎的限制，我们在OLAP方面不是很擅长，但是我们底层有HIVE ORC格式的支持，所以列式存储速度会比较快。Oracle由于体量限制搞不定的事，找我们肯定没问题。我们一个节点打不过Oracle，两个节点也打不过Oracle，四个节点就可以和Oracle打平，四个以上节点，我们就可以打赢Oracle。例如，Oracle用二十分钟左右执行的大报表关联，里面嵌入了有十几个表，但是我们只用十分钟就可以完成。

我们在联通做过测试实验，前面有大量的用户做查询，后面做总分析，业务办理应该是一个事务，要么全成功要么全失败。我们是一个大数据时代的混合型架构，兼具Hadoop和传统关系型数据库的特点，将结构化、半结构化和非结构化的数据放在统一的平台上做处理。我们和Hadoop上的所有生态不比单项，只论综合，我们是各方面均衡发展。企业级产品，首先是稳定性，其次是通用性。我们试图在大数据领域的版图里做最大的一块板，也就是存储板，致力于将企业级业务全部串联起来，开发一个百花齐放的架构。

上图是高可用的数据双活中心，主要的业务对象是电商、银行、金融市场等等。只要你的网络足够好，它就可以支持跨机房甚至跨城市。如果A集群切过来，B集群写完之后，才会返回成功，如果失败了，那么也会在应用程序里面配一个列表，秒级切换，不会丢失数据。例如，我在北京和上海各有一个集群，分别为A集群和B集群，它们互相朝对方写，他们两个都写完了，就直接返回。如果中间中断的话，B集群有全部的数据，北京和上海写的一条都不会丢。这样就彻底解决了冷热分离，读写分离，负载均衡的问题，因为我们没有中心点，所以是集群意义上的HA，是一个企业级服务的集群。

Apache Trafodion发展历程

Trafodion最早是由天腾公司的Jim Gray研发的。后来，天腾被康柏并购，康柏又被惠普并购，所以这个技术就随着并购被保存在惠普内部。那么，惠普在卖硬件的时候，是分布式数据库卖的多还是固定卖的多？当然分布式。它的第二代产品叫NonStop SQL，现在美国75%的电信银行还在使用，50%的ATM用的数据库系统也是这个，第二代产品主要是做交易的。这之后的产品是HP NewView SQL，是一个分布式的数仓。2010年之后有一个新的技术叫Seaquest，是用来做SQL on Linux，我们做128个节点的并行执行，每天有800个TB的数据进来，两千多个数据源，然后做ETL清洗全部算出来。第四代产品就是Trafodion，是一个企业级的产品，经历了二十多年的打磨，现在已经是较为成熟的数据库技术。

Apache Trafodion是一款开源的SQL引擎技术，大家如果想研究这个数据库技术，可以去http://trafodion.incubator.apache.org 网站查看。

目前，Trafodion这个企业级的产品全部开源给了Apache社区，大家如果有兴趣可以去社区下载，Trafodion的所有功能大家都可以去尝试，它的安装复杂度和HBase比较像，基础安装比较容易，但是高级的东西还是需要大家花一点时间去研究。

查询引擎解决事务和分析的挑战

支持分区，Salt将数据平均分散、消除热点，Division始终把最热的数据放在前面。如果把时间作为数据温度的判定标准，那么你的查询结果一定是最近的事件。无论你采用哪种划分方式，它都可以保证最新的数据在每个结点的上层。

统计数据，我们会做类似于人口普查抽样的100万条数据摸底，彻底了解数据分布情况。

Where条件查询是我们的强项，传统的查询方法一般是很暴力的，通常是在全盘扫描之后查看Where条件是否符合。但是我们完全不一样，先对Where条件进行匹配，缩小范围。Where条件越多，定位越快。然后，再加上index技术就组成了我们长期优化的技术。

多层并发，经过多层ESP然后返回结果。

缓存管理，查询语句在第一次执行的时候可能会慢一点，但是到后面，执行速度会越来越快。我们这里缓存的不是结果而是执行计划，它会根据你的结构自动智能判断，然后缓存。

多合一引擎任务艰巨、势在必行

多合一引擎是一个艰巨的任务，但是我们现在已经将它做到了企业化，我们对自己的产品是很有信心的，也相信多合一引擎是未来的发展趋势，如果大家有兴趣的话，可以来社区和我们交流，一起贡献力量。

关于DTCC

中国数据库技术大会（DTCC）是目前国内数据库与大数据领域最大规模的技术盛宴，于每年春季召开，迄今已成功举办了七届。大会云集了国内外顶尖专家，共同探讨MySQL、NoSQL、Oracle、缓存技术、云端数据库、智能数据平台、大数据安全、数据治理、大数据和开源、大数据创业、大数据深度学习等领域的前瞻性热点话题与技术，吸引IT人士参会5000余名，为数据库人群、大数据从业人员、广大互联网人士及行业相关人士提供了极具价值的交流平台。