StarRocks表设计——排序键和数据模型

爱吃辣条byte2024-02-18 16:48

该篇文章介绍StarRocks-2.5.4版本的数据模型相关内容，有误请指出~

目录

一、数据模型概述

[1.1 四种模型](#1.1 四种模型)

[1.2 排序键](#1.2 排序键)

[1.2.1 概述](#1.2.1 概述)

[1.2.2 分类](#1.2.2 分类)

[1.2.3 注意事项](#1.2.3 注意事项)

二、明细模型

[2.1 概述](#2.1 概述)

[2.2 适用场景](#2.2 适用场景)

[2.3 建表语句及说明](#2.3 建表语句及说明)

三、聚合模型

[3.1 概述](#3.1 概述)

[3.2 适用场景](#3.2 适用场景)

[3.3 聚合原理](#3.3 聚合原理)

[3.3 建表语句及说明](#3.3 建表语句及说明)

四、更新模型

[4.1 概述](#4.1 概述)

[4.2 适用场景](#4.2 适用场景)

[4.3 更新原理](#4.3 更新原理)

[4.4 建表语句及说明](#4.4 建表语句及说明)

五、主键模型

[5.1 概述](#5.1 概述)

[5.2 适用场景](#5.2 适用场景)

[5.3 更新原理](#5.3 更新原理)

[5.4 建表语句及说明](#5.4 建表语句及说明)

一、数据模型概述

在 StarRocks中，数据以表（Table）的形式进行逻辑上的描述。 一张表包括行（Row）和列（Column）。Row 即用户的一行数据，Column 用于描述一行数据中不同的字段。

Column可以分为两大类：Key和Value，从业务角度看，Key 和 Value分别对应维度列和指标列。StarRocks的key列是建表语句中指定的列，建表语句中的关键字**'duplicate key'、'aggregate key'、'unique key'、' primary key'后面的列就是Key列** ，除了 Key列剩下的就是Value列。

1.1 四种模型

  • Duplicate Key Model：明细模型
  • Aggregate Key Model：聚合模型
  • Unique Key Model：更新模型
  • Primary Key Model：主键模型

1.2 排序键

1.2.1 概述

StarRocks为了加速查询，底层的数据是按照指定的列排序存储的，这部分用于排序的列（可以是一列或多列），就称为排序键（Sort Key）。以排序列作为条件进行数据查找，会非常的高效。

直观来看，各个模型的排序键就是建表语句中duplicate key、aggregate key、unique key或primary key后面指定的列。但是四种模型的排序键还是有一些区别：

1.2.2 分类

  • **明细模型：**明细模型排序键写法比较灵活，可以指定部分的维度列为排序键。可以使用duplicate key()显式定义排序键。如果省略duplicate key(列1,列2......)时，默认选择表的前三列作为排序键。在建表语句中，排序键必须定义在其他列之前。指定排序键的时候，列的顺序要和建表语句中的相同，否则建表语句会报错。
sql 复制代码 
#建表语句：
create table if not exists test1 (
    event_time datetime not null comment "datetime of event",
    event_type int not null comment "type of event",
    user_id int comment "id of user",
    channel int comment ""
)
duplicate key(event_time, event_type,user_id)
distributed by hash(user_id) buckets 10;

#===如果使用duplicate key()显式定义排序键，单从建表不报错的角度，可以有四种组合：
event_time
event_time, event_type
event_time, event_type, user_id
event_time, event_type, user_id, channel


#===如果省略duplicate key(列1,列2......)，默认选择表的前三列作为排序键。
create table if not exists test1 (
    event_time datetime not null comment "datetime of event",
    event_type int not null comment "type of event",
    user_id int comment "id of user",
    channel int comment ""
)
distributed by hash(user_id) buckets 10;
#等价于：
create table if not exists test1 (
    event_time datetime not null comment "datetime of event",
    event_type int not null comment "type of event",
    user_id int comment "id of user",
    channel int comment ""
)
duplicate key(event_time, event_type,user_id)
distributed by hash(user_id) buckets 10;
  • 聚合表： 据按照排序键aggregate key聚合后排序，排序键需要满足唯一性约束，并且需要按建表顺序指定所有的维度列。
sql 复制代码 
#建表语句：
create table if not exists test2(
    site_id largeint not null comment "id of site",
    date date not null comment "time of event",
    city_code varchar(20) comment "city_code of user",
    pv bigint sum default "0" comment "total page views"
)
aggregate key(site_id, date, city_code)
distributed by hash(site_id)
properties (
"replication_num" = "3"
);


#排序键必须满足唯一性约束，并且需要按建表顺序指定所有的维度列
#上述的排序键是site_id, date, city_code,指标键是pv 


#  上述的建表语句可以简写为：
create table if not exists test2(
    site_id largeint not null comment "id of site",
    date date not null comment "time of event",
    city_code varchar(20) comment "city_code of user",
    pv bigint sum default "0" comment "total page views"
)
distributed by hash(site_id)
properties (
"replication_num" = "3"
);
  • 更新模型： 更新模型的排序键（也称主键）只有一种写法，就是在unique key()的括号中指定，并且排序键需要满足唯一性约束。
sql 复制代码 
#建表语句：
create table if not exists test3(
    create_time date not null comment "create time of an order",
    order_id bigint not null comment "id of an order",
    order_state int comment "state of an order",
    total_price bigint comment "price of an order"
)
unique key(create_time, order_id)
distributed by hash(order_id) buckets 8
properties (
"replication_num" = "3"
); 


#上述代码，排序键是create_time, order_id
将经常使用的过滤字段订单创建时间create_time、订单编号order_id 作为主键(也是排序键)，其余列订单状态 order_state和订单总价total_price作为指标列

更新模型和主键模型的排序键只有一种写法，就是在UNIQUE KEY()的括号中指定。以table04为例，建表时排序键语句为UNIQUE KEY(create_time, order_id)，则用于排序的列就是create_time和order_id。更新模型/主键模型的排序键必需显式指定，不能省略不写。

  • **主键模型：**主键模型的排序键在primary key()括号中指定，并且排序键需要满足唯一性约束。

1.2.3 注意事项

  • 在建表语句中，排序键必须定义在其他列之前
  • 指定排序键的时候，列的顺序要和建表语句中的相同，否则建表语句会报错
  • 在创建表时，可以将一个或多个列定义为排序键。排序键在建表语句中的出现次序，为数据存储时多重排序的次序
  • 排序键不要包含过多的列。如果选择了大量的列用于排序，那么排序的开销会导致数据导入的时间和资源使用增加
  • 排序键的选择需要结合查询业务场景，建表时可以将经常作为查询条件的列指定为排序键。当排序键涉及多个列的时候，我们要将区分度高、经常查询的列建议放在前面。

二、明细模型

2.1 概述

明细模型是StarRocks中最常用的数据模型，适用于既没有聚合需求，又没有主键唯一性约束的原始数据的存储。在该模型下，即便导入两条完全相同的数据，StarRocks也会将数据原封不动的保存进表。

2.2 适用场景

明细模型通常用于追加式的数据写入，比较适合：

  • 查询方式灵活，不需要局限于预聚合的分析方式
  • 旧数据不会更新，只会追加新的数据

2.3 建表语句及说明

sql 复制代码 
#  建表语句如下
create table if not exists detail (
    event_time datetime not null comment "datetime of event",
    event_type int not null comment "type of event",
    user_id int comment "id of user",
    device_code int comment "device code",
    channel int comment ""
)
duplicate key(event_time, event_type)
distributed by hash(user_id)
properties (
"replication_num" = "3"
);

#使用duplicate keY(event_time, event_type,user_id )显式的说明采用明细模型
#指定event_time、event_type和user_id 作为排序键
#user_id作为分桶键，全表只有一个分区

建表说明：

  • 建表时必须使用distributed by hash子句指定分桶键，否则建表失败

  • 在建表语句中，排序键必须定义在其他列之前，上述建表语句中排序键为 event_time和 event_type

  • 明细模型中的排序键可以为部分或全部维度列;

  • 在省略duplicate key(列1,列2......)时，默认选择表的前三列作为排序键

sql 复制代码 
#  上述的建表语句可以简写为：
create table if not exists detail (
    event_time datetime not null comment "datetime of event",
    event_type int not null comment "type of event",
    user_id int comment "id of user",
    device_code int comment "device code",
    channel int comment ""
)
distributed by hash(user_id)
properties (
"replication_num" = "3"
);

三、聚合模型

3.1 概述

建表时定义排序键（维度列key）和指标列（指标列value） ，并为指标列指定聚合函数。聚合模型会在数据导入时将维度列相同的数据，根据指标列设定的聚合函数进行聚合，最终表格中只会保留聚合后的数据。

3.2 适用场景

  • 分析统计和汇总数据，例如：用户的访问总时长、访问总次数
  • 不需要查询原始的明细数据

3.3 聚合原理

数据的聚合，在StarRocks中有如下三个阶段发生， 聚合模型的实现方式是读时合并（merge on read)。

ps： 这种实现方式的表简称为Mor 表，Mor 表是指在导入数据时，不会对数据进行合并，而是在查询时动态合并数据 。这种方式可以提高导入速度，但是会增加查询开销。虽然写入时处理简单高效，但是查询时需要在线聚合多版本。并且由于 Merge 算子的存在，谓词和索引无法下推，严重影响了查询性能。

  • 每一批次数据导入的 ETL 阶段：每一个批次的数据形成一个版本version，在一个版本中，同一个排序键的数据内部进行聚合
  • 底层BE进行数据 Compaction 的阶段：BE 会对已导入的多版本的文件定期合并成一个大版本文件
  • 数据查询阶段：对于查询涉及到的数据，所有版本的同一排序键的数据进行聚合，然后再返回查询最终结果

3.3 建表语句及说明

sql 复制代码 
#分析某一段时间内，来自不同城市的用户，访问不同网页的总次数
create table if not exists aggregate_tbl (
    site_id largeint not null comment "id of site",
    date date not null comment "time of event",
    city_code varchar(20) comment "city_code of user",
    pv bigint sum default "0" comment "total page views"
)
aggregate key(site_id, date, city_code)
distributed by hash(site_id)
properties (
"replication_num" = "3"
);


#排序键必须满足唯一性约束，并且需要按建表顺序指定所有的维度列
#上述的排序键是site_id, date, city_code

建表说明：

  • 建表时必须使用distributed by hash子句指定分桶键，否则建表失败。
  • 排序键： 在建表语句中，排序键必须定义在其他列之前。排序键可以通过aggregate key显式定义，上述建表语句中排序键为site_id、date和city_code ，指标列是pv。
  • 如果不通过aggregate key显示定义排序键，则默认除指标列之外的列均为排序键。
sql 复制代码 
#  上述的建表语句可以简写为：
create table if not exists aggregate_tbl (
    site_id largeint not null comment "id of site",
    date date not null comment "time of event",
    city_code varchar(20) comment "city_code of user",
    pv bigint sum default "0" comment "total page views"
)
distributed by hash(site_id)
properties (
"replication_num" = "3"
);

  • 指标列：通过在列名后指定聚合函数，定义该列为指标列，一般为需要汇总统计的数据。

  • 聚合函数：指标列使用的聚合函数，例如sum，max等。

  • 查询时，排序键的过滤在多版本的聚合之前进行，而指标列的过滤在多版本的聚合之后。因此建表可以将频繁使用的过滤字段作为排序键，这样在对数据聚合之前，就可以先过滤一批数据，提升查询性能。

四、更新模型

4.1 概述

建表时，支持定义主键和指标列，查询时返回主键相同的一组数据中的最新数据。

明细模型会将所有写入的数据保留，聚合模型是对写入的数据进行聚合处理 ，而更新模型的特点是只保留相同主键下最新导入的数据 。在更新模型中，排序键 构成表的唯一性约束，成为我们常说的"主键"。

4.2 适用场景

实时和频繁更新的业务场景，例如电商场景中，订单状态经常变化，每天的订单更新量可能会突破上亿。

4.3 更新原理

更新模型本质上是聚合模型的一个特例， 更新模型的指标列指定的聚合函数为replace ，返回具有相同主键的一组数据中的最新数据。聚合模型的实现方式是读时合并（merge on read) ,Unique模型新的实现方式也是读时合并（merge on read）。

ps： 这种实现方式的表简称为Mor 表，Mor 表是指在导入数据时，不会对数据进行合并，而是在查询时动态合并数据 。这种方式可以提高导入速度，但是会增加查询开销。虽然写入时处理简单高效，但是查询时需要在线聚合多版本。并且由于 Merge 算子的存在，谓词和索引无法下推，严重影响了查询性能。

4.4 建表语句及说明

sql 复制代码 
#在电商订单分析场景中，经常按照日期对订单状态进行统计分析
create table if not exists orders (
    create_time date not null comment "create time of an order",
    order_id bigint not null comment "id of an order",
    order_state int comment "state of an order",
    total_price bigint comment "price of an order"
)
unique key(create_time, order_id)
distributed by hash(order_id) buckets 8
properties (
"replication_num" = "3"
); 

#既能够满足实时更新订单状态的需求，又能够在查询中进行快速过滤

#将经常使用的过滤字段订单创建时间create_time、订单编号order_id 作为主键，其余列订单状态 order_state和订单总价total_price作为指标列

建表说明：

  • 建表时必须使用distributed by hash子句指定分桶键，否则建表失败
  • 在建表语句中，排序键（该模型中的排序键也称作主键）必须定义在其他列之前，上述建表语句中排序键（主键）为 create_time, order_id
  • 主键必须满足唯一性约束
  • 查询时，排序键（主键）的过滤在多版本的聚合之前进行，而指标列的过滤在多版本的聚合之后。因此建表可以将频繁使用的过滤字段作为排序键，这样在对数据聚合之前，就可以先过滤一批数据，提升查询性能。

五、主键模型

5.1 概述

建表时，支持定义主键和指标列，查询时返回主键相同的一组数据中的最新数据。主键模型和更新模型的区别在于：更新模型的实现方式是读时合并（merge on read)， 简称Mor 。 Primary 模型实现方式是写时合并（merge on write)， 简称Mow。聚合模型和更新模型都不支持update功能，主键模型通过Delete+Insert的策略，实现update功能。

ps： （更新模型） Mor 表 是指在导入数据时，不会对数据进行合并，而是在查询时动态合并数据 。这种方式可以提高导入速度，但是会增加查询开销虽然写入时处理简单高效，但是查询时需要在线聚合多版本。并且由于 Merge 算子的存在，谓词和索引无法下推，严重影响了查询性能。

（主键模型） Mow表 是指在导入数据时，会对数据进行合并，保证每个 key 值只有一条记录，即数据在导入阶段就将被覆盖和被更新的数据进行标记删除，同时将新的数据写入新的文件。在查询的时候， 所有被标记删除的数据都会在文件级别被过滤掉，读取出来的数据就都是最新的数据，消除掉了读时合并中的数据聚合过程。这种方式可以提高查询速度，但是会增加导入开销。相对于更新模型，主键模型在查询时不需要执行聚合操作，并且支持谓词和索引下推。

5.2 适用场景

主键模型适用于实时和频繁更新的场景，例如：

  • 实时对接事务型数据至 StarRocks：事务型数据库中，除了插入数据 外，一般还会涉及较多更新和删除数据的操作
  • 支持部分列更新轻松实现多流 JOIN：主键模型的部分列更新功能就很好地满足这种需求，不同业务直接各自按需更新与业务相关的列即可，并且继续享受主键模型的实时同步增删改数据及高效的查询性能

5.3 更新原理

主键模型采用了 Delete+Insert 的策略，保证同一个主键下仅存在一条记录，这样就完全避免了 Merge 操作。主键模型实现方式是**写时合并（merge on write)，**即数据在导入阶段就将被覆盖和被更新的数据进行标记删除，同时将新的数据写入新的文件。在查询的时候， 所有被标记删除的数据都会在文件级别被过滤掉，读取出来的数据就都是最新的数据，消除掉了读时合并中的数据聚合过程。写时合并（merge on write)的实现方式如下：

  • StarRocks 收到对某记录的更新操作时，会通过主键索引找到该条记录的位置，并对其标记为删除（旧记录标记删除Delete），再插入一条新的记录。相当于把Update改写为 Delete+Insert。

  • StarRocks 收到对某记录的删除操作时，会通过主键索引找到该条记录的位置，对其标记为删除（旧记录标记删除）。

5.4 建表语句及说明

sql 复制代码 
# 需要实时分析用户情况，将user_id 作为主键，其余为指标列。建表语句如下：
create table users (
    user_id bigint not null,
    name string not null,
    email string null,
    address string null,
    age tinyint null,
    sex tinyint null,
    last_active datetime,
    property0 tinyint not null,
    property1 tinyint not null,
    property2 tinyint not null,
    property3 tinyint not null
) primary key (user_id)
distributed by hash(user_id) buckets 4
properties (
    "replication_num" = "3",
    "enable_persistent_index" = "true"
);

#分区列和分桶列必须在主键中，该表中的分桶键（分桶列）是user_id，全表只有一个分区

建表说明：

  • 建表时必须使用distributed by hash子句指定分桶键，否则建表失败
  • 在建表语句中，主键必须定义在其他列之前
  • 主键通过primary key定义，本示例中主键为user_id
  • 主键必须满足唯一性约束
  • 分区列和分桶列必须在主键中

参考文章：

数据模型 - Apache Doris

第2.2章：StarRocks表设计--数据模型_starrocks 自增主键-CSDN博客

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