ClickHouse系列4-CK的表引擎

一. 表引擎的使用

表引擎是 ClickHouse 的一大特色。可以说, 表引擎决定了如何存储表的数据。包括:
➢ 数据的存储方式和位置,写到哪里以及从哪里读取数据。
➢ 支持哪些查询以及如何支持。
➢ 并发数据访问。
➢ 索引的使用(如果存在)。
➢ 是否可以执行多线程请求。
➢ 数据复制参数。 表引擎的使用方式就是必须显式在创建表时定义该表使用的引擎,以及引擎使用的相关参数。

特别注意:
引擎的名称大小写敏感

二. TinyLog

以列文件的形式保存在磁盘上,不支持索引,没有并发控制。一般保存少量数据的小表, 生产环境上作用有限。可以用于平时练习测试用。

create table t_tinylog ( id String, name String) engine=TinyLog;

三. Memory

内存引擎,数据以未压缩的原始形式直接保存在内存当中,服务器重启数据就会消失。 读写操作不会相互阻塞,不支持索引。简单查询下有非常非常高的性能表现(超过 10G/s)。
一般用到它的地方不多,除了用来测试,就是在需要非常高的性能,同时数据量又不太大(上限大概 1 亿行)的场景。

四. MergeTree

ClickHouse 中最强大的表引擎当属 MergeTree(合并树)引擎及该系列(*MergeTree) 中的其他引擎,支持索引和分区,地位可以相当于 innodb 之于 Mysql。而且基于 MergeTree, 还衍生除了很多小弟,也是非常有特色的引擎。

建表语句

create table t_order_mt( id UInt32,
sku_id String,
total_amount Decimal(16,2), create_time Datetime
) engine =MergeTree
partition by toYYYYMMDD(create_time) primary key (id);

插入数据

insert into t_order_mt values (101,'sku_001',1000.00,'2020-06-01 12:00:00') ,
(102,'sku_002',2000.00,'2020-06-01 11:00:00'),
(102,'sku_004',2500.00,'2020-06-01 12:00:00'),
(102,'sku_002',2000.00,'2020-06-01 13:00:00'),
(102,'sku_002',12000.00,'2020-06-01 13:00:00'),
(102,'sku_002',600.00,'2020-06-02 12:00:00');

image.png

MergeTree 其实还有很多参数(绝大多数用默认值即可),但是三个参数是更加重要的, 也涉及了关于 MergeTree 的很多概念。

4.1 partition by 分区(可选)

  1. 作用
    学过 hive 的应该都不陌生,分区的目的主要是降低扫描的范围,优化查询速度

2)如果不填
只会使用一个分区。

3)分区目录
MergeTree 是以列文件+索引文件+表定义文件组成的,但是如果设定了分区那么这些文件就会保存到不同的分区目录中。

4)并行
分区后,面对涉及跨分区的查询统计,ClickHouse 会以分区为单位并行处理。

5)数据写入与分区合并 任何一个批次的数据写入都会产生一个临时分区,不会纳入任何一个已有的分区。写入后的某个时刻(大概 10-15 分钟后),ClickHouse 会自动执行合并操作(等不及也可以手动通过 optimize 执行),把临时分区的数据,合并到已有分区中。

optimize table xxxx final;

再次执行上面的插入操作

insert into t_order_mt values (101,'sku_001',1000.00,'2020-06-01 12:00:00') ,
(102,'sku_002',2000.00,'2020-06-01 11:00:00'),
(102,'sku_004',2500.00,'2020-06-01 12:00:00'),
(102,'sku_002',2000.00,'2020-06-01 13:00:00'),
(102,'sku_002',12000.00,'2020-06-01 13:00:00'),
(102,'sku_002',600.00,'2020-06-02 12:00:00');

查看数据并没有纳入任何分区
image.png

手动 optimize 之后,再次执行

optimize table t_order_mt final;

image.png

4.2 primary key 主键(可选)

ClickHouse 中的主键,和其他数据库不太一样,它只提供了数据的一级索引,但是却不是唯一约束。这就意味着是可以存在相同 primary key 的数据的。
主键的设定主要依据是查询语句中的 where 条件。 根据条件通过对主键进行某种形式的二分查找,能够定位到对应的 index granularity,避免了全表扫描。

index granularity: 直接翻译的话就是索引粒度,指在稀疏索引中两个相邻索引对应数 据的间隔。ClickHouse 中的 MergeTree 默认是 8192。官方不建议修改这个值,除非该列存在 大量重复值,比如在一个分区中几万行才有一个不同数据。

稀疏索引:
image.png
稀疏索引的好处就是可以用很少的索引数据,定位更多的数据,代价就是只能定位到索 引粒度的第一行,然后再进行进行一点扫描。

4.3 order by(必选)

order by 设定了分区内的数据按照哪些字段顺序进行有序保存。
order by 是 MergeTree 中唯一 一个必填项,甚至比 primary key 还重要,因为当用户不设置主键的情况,很多处理会依照 order by 的字段进行处理(比如后面会讲的去重和汇总)。

要求:主键必须是 order by 字段的前缀字段。
比如 order by 字段是 (id,sku_id) 那么主键必须是 id 或者(id,sku_id)

4.4 二级索引

目前在 ClickHouse 的官网上二级索引的功能在 v20.1.2.4 之前是被标注为实验性的,在 这个版本之后默认是开启的。

老版本使用二级索引前需要增加设置
是否允许使用实验性的二级索引(v20.1.2.4 开始,这个参数已被删除,默认开启)

set allow_experimental_data_skipping_indices=1;

创建测试表

create table t_order_mt2( id UInt32,
sku_id String,
total_amount Decimal(16,2), create_time Datetime,
INDEX a total_amount TYPE minmax GRANULARITY 5
) engine =MergeTree
primary key (id)
order by (id, sku_id);

其中 GRANULARITY N 是设定二级索引对于一级索引粒度的粒度。

插入数据

insert into t_order_mt2 values (101,'sku_001',1000.00,'2020-06-01 12:00:00') ,
(102,'sku_002',2000.00,'2020-06-01 11:00:00'),
(102,'sku_004',2500.00,'2020-06-01 12:00:00'),
(102,'sku_002',2000.00,'2020-06-01 13:00:00'),
(102,'sku_002',12000.00,'2020-06-01 13:00:00'),
(102,'sku_002',600.00,'2020-06-02 12:00:00');

对比效果
那么在使用下面语句进行测试,可以看出二级索引能够为非主键字段的查询发挥作用。

clickhouse-client --password --send_logs_level=trace <<< 'select * from test.t_order_mt2 where total_amount > toDecimal32(900., 2)';

image.png

4.5 数据 TTL

TTL 即 Time To Live,MergeTree 提供了可以管理数据表或者列的生命周期的功能。

4.5.1 列级别 TTL

创建测试表

create table t_order_mt3( id UInt32,
sku_id String,
total_amount Decimal(16,2) TTL create_time+interval 10 SECOND, create_time Datetime
) engine =MergeTree
partition by toYYYYMMDD(create_time) primary key (id);

插入数据

insert into t_order_mt3 values (106,'sku_001',1000.00,'2022-03-08 22:52:30'),
(107,'sku_002',2000.00,'2022-03-08 22:52:30'),
(110,'sku_003',600.00,'2022-03-09 12:00:00');

手动合并,查看效果 到期后,指定的字段数据归 0
image.png

4.5.2 表级 TTL

下面的这条语句是数据会在 create_time 之后 10 秒丢失

alter table t_order_mt3 MODIFY TTL create_time + INTERVAL 10 SECOND;

涉及判断的字段必须是 Date 或者 Datetime 类型,推荐使用分区的日期字段。 能够使用的时间周期:

  • SECOND
  • MINUTE
  • HOUR
  • DAY
  • WEEK
  • MONTH
  • QUARTER
  • YEAR
    image.png

五. ReplacingMergeTree

ReplacingMergeTree 是 MergeTree 的一个变种,它存储特性完全继承 MergeTree,只是 多了一个去重的功能。 尽管 MergeTree 可以设置主键,但是 primary key 其实没有唯一约束 的功能。如果你想处理掉重复的数据,可以借助这个ReplacingMergeTree。

去重时机
数据的去重只会在合并的过程中出现。合并会在未知的时间在后台进行,所以你无法预 先作出计划。有一些数据可能仍未被处理。

去重范围
如果表经过了分区,去重只会在分区内部进行去重,不能执行跨分区的去重。
所以 ReplacingMergeTree 能力有限, ReplacingMergeTree 适用于在后台清除重复的数 据以节省空间,但是它不保证没有重复的数据出现。

结论
➢ 实际上是使用 order by 字段作为唯一键
➢ 去重不能跨分区
➢ 只有同一批插入(新版本)或合并分区时才会进行去重
➢ 认定重复的数据保留,版本字段值最大的
➢ 如果版本字段相同则按插入顺序保留最后一笔

六. SummingMergeTree

对于不查询明细,只关心以维度进行汇总聚合结果的场景。如果只使用普通的 MergeTree的话,无论是存储空间的开销,还是查询时临时聚合的开销都比较大。

ClickHouse 为了这种场景,提供了一种能够“预聚合”的引擎 SummingMergeTree

创建表

create table t_order_smt( id UInt32,
sku_id String,
total_amount Decimal(16,2) , create_time Datetime
) engine =SummingMergeTree(total_amount) partition by toYYYYMMDD(create_time) primary key (id);

插入数据

insert into t_order_smt values (101,'sku_001',1000.00,'2020-06-01 12:00:00'),
(102,'sku_002',2000.00,'2020-06-01 11:00:00'),
(102,'sku_004',2500.00,'2020-06-01 12:00:00'),
(102,'sku_002',2000.00,'2020-06-01 13:00:00'),
(102,'sku_002',12000.00,'2020-06-01 13:00:00'),
(102,'sku_002',600.00,'2020-06-02 12:00:00');

查询数据

select * from t_order_smt;

image.png

通过结果可以得到以下结论:
➢ 以 SummingMergeTree()中指定的列作为汇总数据列
➢ 可以填写多列必须数字列,如果不填,以所有非维度列且为数字列的字段为汇总数 据列
➢ 以 order by 的列为准,作为维度列
➢ 其他的列按插入顺序保留第一行
➢ 不在一个分区的数据不会被聚合
➢ 只有在同一批次插入(新版本)或分片合并时才会进行聚合

设计聚合表的话,唯一键值、流水号可以去掉,所有字段全部是维度、度量或者时间戳

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