亿级消息系统的核心存储：Tablestore发布Timeline 2.0模型

背景

互联网快速发展的今天，社交类应用、消息类功能大行其道，占据了大量网络流量。大至钉钉、微信、微博、知乎，小至各类App的推送通知，消息类功能几乎成为所有应用的标配。根据场景特点，我们可以将消息类场景归纳成三大类：IM（钉钉、微信）、Feed流（微博、知乎）以及常规消息队列。因此，如何开发一个简便而又高效IM或Feed流功能，成为了很多架构师、开发人员不得不面对的问题。

Timeline 1.0版模型

针对消息类场景，表格存储团队针对JAVA语言打造了一个TableStore-Timeline 1.0版数据模型模型（简称Timeline模型）。基于场景经验与理解，将消息场景封装成一个数据模型，提供了表结构设计，读写方式等解决方案供需求者使用。用户只需依托模型API，直接忽略Timeline到底层存储系统之间的架构方案，直接基于接口实现业务逻辑。它能满足消息数据场景对消息保序、海量消息存储、实时同步等特殊需求。Timeline 1.0是定义在表格存储之上抽象出来的数据模型，具体内容参见《TableStore Timeline：轻松构建千万级IM和Feed流系统》。

全文检索、模糊查询需求

在表格存储的Timeline模型受到广泛使用的过程中，我们也逐渐发现消息类数据的全文检索、模糊查询这一很强需求。而原有模型的在线查询能力存在一定短板。随着表格存储支持了SearchIndex能力，使得Timeline模型支持在线全文检索、模糊查询成为了可能。所以我们基于原有的架构设计，重新打造了Timeline 2.0模型，引入了强大的查询能力与数据管理新方案。

项目代码目前已经开源在了GitHub上：Timeline@GitHub。

2.0时代到来

此次推出的Timeline模型2.0版，没有直接基于1.X版本直接改造。而是在兼容原有模型架构之上，定义、封装了新的使用接口。重新打造升级新的模型，增加了如下功能：

增加了Timeline Meta的管理能力；
基于多元索引功能，增加了Meta、Timeline的全文检索、多维组合查询能力；
支持SequenceId两种设置方式：自增列、手动设置；
支持多列的Timeline Identifier设置，提供Timeline的分组管理能力；
兼容Timeline 1.X模型，提供的TimelineMessageForV1样例可直接读、写1.X版本消息，用户也可仿照实现。

架构解析

Timeline做为表格存储直接支持的一种数据模型，以『简单』为设计目标，其存核心模块构成比较清晰明了。Timeline尽量提升用户的使用自由度，让用户能够根据自身场景需求选择更为合适的实现方案。模型的模块架构如上图，主要包括如下重要部分：

Store：存储库，类似数据库的表的概念，模型包含两类Store分别为Meta Store、Timeline Store。
Identifier：用于区分Timeline的唯一标识，用以标识单行Meta，以及相应的Timeline Queue。
Meta：用于描述Timeline的元数据，元数据描述采用free-schema结构，可自由包含任意列。
Queue：Queue为单Identifier对应的所有消息队列，一个Timeline下Message按照Queue单元存储。
SequenceId：Queue中消息体的序列号，需保证递增、唯一，模型支持自增列、自定义两种实现模式。
Message：Timeline内传递的消息体，是一个free-schema的结构，可自由包含任意列。
Index：基于SearchIndex实现的索引，针对不同Store分为Meta Index和Message Index两类，可对Meta或Message内的任意列自定义索引，提供灵活的多条件组合查询和搜索。

性能优势

Timeline 模型是基于Tablestore抽象、封装出的一类场景数据模型，因而具有Tablestore自身的所有优点。同时结合场景设计的接口，让用户更直观、清晰的实现业务逻辑，总结如下：

支撑海量数据存储：分布式架构，高可扩展，支持10PB级的消息。
低存储成本：表格存储提供低成本的存储方式，按量付费、资源包、预留Cu。
数据生命周期管理：不同类型（表级别）消息数据，可自定义不同生命周期。
极高的写入吞吐：具备极高的写入吞吐能力，可应对00M TPS的消息写入。
低延迟的读：查询消息延迟低，毫秒量级。
接口设计：可读性高，接口功能全面、清晰。

Maven地址

Timeline Lib

<dependency>
    <groupId>com.aliyun.openservices.tablestore</groupId>
    <artifactId>Timeline</artifactId>
    <version>2.0.0</version>
</dependency>

TableStore Java SDK

Timeline模型在TableStore Java SDK >= 4.12.1作为基本数据模型直接提供，表格存储老用户可升级SDK直接使用

<dependency>
  <groupId>com.aliyun.openservices</groupId>
  <artifactId>tablestore</artifactId>
  <version>4.12.1</version>
</dependency>

入手指南

初始化

初始化Factory

用户将SyncClient作为参数，初始化StoreFactory，通过工厂创建Meta数据、Timeline数据的管理Store。错误重试的实现依赖SyncClient的重试策略，用户通过设置SyncClient实现重试。如有特殊需求，可自定义策略（只需实现RetryStrategy接口）。

/**
 * 重试策略设置
 * Code: configuration.setRetryStrategy(new DefaultRetryStrategy());
 * */
ClientConfiguration configuration = new ClientConfiguration();

SyncClient client = new SyncClient(
        "http://instanceName.cn-shanghai.ots.aliyuncs.com",
        "accessKeyId",
        "accessKeySecret",
        "instanceName", configuration);

TimelineStoreFactory factory = new TimelineStoreFactoryImpl(client);

初始化MetaStore

构建meta表的Schema（包含Identifier、MetaIndex等参数），通过Store工厂创建并获取Meta的管理Store；配置参数包含：Meta表名、索引，表名、主键字段、索引名、索引类型等参数。

TimelineIdentifierSchema idSchema = new TimelineIdentifierSchema.Builder()
        .addStringField("timeline_id").build();

IndexSchema metaIndex = new IndexSchema();
metaIndex.addFieldSchema( //配置索引字段、类型
        new FieldSchema("group_name", FieldType.TEXT).setIndex(true).setAnalyzer(FieldSchema.Analyzer.MaxWord)
        new FieldSchema("create_time", FieldType.Long).setIndex(true)
);

TimelineMetaSchema metaSchema = new TimelineMetaSchema("groupMeta", idSchema)
        .withIndex("metaIndex", metaIndex); //设置索引

TimelineMetaStore timelineMetaStore = serviceFactory.createMetaStore(metaSchema);

初始化TimelineStore

构建timeline表的Schema配置，包含Identifier、TimelineIndex等参数，通过Store工厂创建并获取Timeline的管理Store；配置参数包含：Timeline表名、索引，表名、主键字段、索引名、索引类型等参数。
消息的批量写入，基于Tablestore的DefaultTableStoreWriter提升并发，用户可以根据自己需求设置线程池数目。

TimelineIdentifierSchema idSchema = new TimelineIdentifierSchema.Builder()
        .addStringField("timeline_id").build();

IndexSchema timelineIndex = new IndexSchema();
timelineIndex.setFieldSchemas(Arrays.asList(//配置索引的字段、类型
        new FieldSchema("text", FieldType.TEXT).setIndex(true).setAnalyzer(FieldSchema.Analyzer.MaxWord),
        new FieldSchema("receivers", FieldType.KEYWORD).setIndex(true).setIsArray(true)
));

TimelineSchema timelineSchema = new TimelineSchema("timeline", idSchema)
        .autoGenerateSeqId() //SequenceId 设置为自增列方式
        .setCallbackExecuteThreads(5) //设置Writer初始线程数为5
        .withIndex("metaIndex", timelineIndex); //设置索引

TimelineStore timelineStore = serviceFactory.createTimelineStore(timelineSchema);

Meta管理

Meta管理提供了增、删、改、单行读、多条件组合查询等接口。其中多条件组合查询功能基于多元索引，只有设置了IndexSchema的MetaStore才支持组合查询功能。索引类型支持LONG、DOUBLE、BOOLEAN、KEYWORD、GEO_POINT等类型，属性包含Index、Store和Array，其含义与多元索引相同。

TimelineIdentifer是区分Timeline的唯一标识，重复的Identifier会被覆盖。

/**
 * 接口使用参数
 * */
TimelineIdentifier identifier = new TimelineIdentifier.Builder()
        .addField("timeline_id", "group")
        .build();
TimelineMeta meta = new TimelineMeta(identifier)
        .setField("filedName", "fieldValue");

/**
 * 创建Meta表（如果设置索引则会创建索引）
 * */
timelineMetaStore.prepareTables();

/**
 * 插入Meta数据
 * */
timelineMetaStore.insert(meta);

/**
 * 根据id读取单行Meta数据
 * */
timelineMetaStore.read(identifier);

/**
 * 更新Meta数据
 * */
meta.setField("fieldName", "newValue");
timelineMetaStore.update(meta);

/**
 * 根据id删除单行Meta数据
 * */
timelineMetaStore.delete(identifier);

/**
 * 通过SearchParameter参数检索
 * */
SearchParameter parameter = new SearchParameter(
        field("fieldName").equals("fieldValue")
);
timelineMetaStore.search(parameter);

/**
 * 通过SearchQuery参数检索（SearchQuery是SDK原生类型，支持所有多元索引检索条件）
 * */
TermQuery query = new TermQuery();
query.setFieldName("fieldName");
query.setTerm(ColumnValue.fromString("fieldValue"));

SearchQuery searchQuery = new SearchQuery().setQuery(query);
timelineMetaStore.search(searchQuery);

/**
 * 删除Meta表（如果存在索引，同时删除索引）
 * */
timelineMetaStore.dropAllTables();

Timeline管理

Timeline管理提供了消息模糊查询、多条件组合查询接口。消息的全文检索依托多元索引，用户只需将相应字段索引类型设置为TEXT，即可通过Search接口实现消息的全文检索。Timeline管理包含消息表的创建、检索、删除等。

/**
 * 接口使用参数
 * */
SearchParameter searchParameter = new SearchParameter(
        field("text").equals("fieldValue")
);

TermQuery query = new TermQuery();
query.setFieldName("text");
query.setTerm(ColumnValue.fromString("fieldValue"));
SearchQuery searchQuery = new SearchQuery().setQuery(query).setLimit(10);

/**
 * 创建Meta表（如果设置索引则会创建索引）
 * */
timelineStore.prepareTables();

/**
 * 通过SearchParameter参数检索
 * */
timelineStore.search(searchParameter);

/**
 * 通过SearchQuery参数检索（SearchQuery是SDK原生类型，支持所有多元索引检索条件）
 * */

timelineStore.search(searchQuery);

/**
 * 将Writer队列中未发的请求主动触发，同步等待直到所有消息完成存储
 * */
timelineStore.flush();

/**
 * 关闭Writer与Writer中的线程池
 * */
timelineStore.close();

/**
 * 删除Timeline表（如果存在索引，同时删除索引）
 * */
timelineStore.dropAllTables();

Queue管理

Queue是单个消息队列的抽象概念，对应一个Store下单个Identifier的所有消息。通过Queue实例管理相应Identifer的消息队列，支持基本的增、删、改、单行查、范围查等接口。

/**
 * 接口使用参数
 * */
TimelineIdentifier identifier = new TimelineIdentifier.Builder()
        .addField("timeline_id", "group")
        .build();
long sequenceId = 1557133858994L;
TimelineMessage message = new TimelineMessage().setField("text", "Timeline is fine.");
ScanParameter scanParameter = new ScanParameter().scanBackward(Long.MAX_VALUE, 0);
TimelineCallback callback = new TimelineCallback() {
    @Override
    public void onCompleted(TimelineIdentifier i, TimelineMessage m, TimelineEntry t) {
        // do something when succeed.
    }

    @Override
    public void onFailed(TimelineIdentifier i, TimelineMessage m, Exception e) {
        // do something when failed.
    }
};

/**
 * 单个Identifier对应的消息队列
 * */
timelineQueue = timelineStore.createTimelineQueue(identifier);

/**
 * 存储消息
 * */
//同步
timelineQueue.store(message);
timelineQueue.store(sequenceId, message);
//异步，支持callback
timelineQueue.storeAsync(message, callback);
timelineQueue.storeAsync(sequenceId, message, callback);
//异步批量
timelineQueue.batchStore(message);
timelineQueue.batchStore(sequenceId, message);
//异步批量，支持callback
timelineQueue.batchStore(message, callback);
timelineQueue.batchStore(sequenceId, message, callback);

/**
 * 单行读取、获取最新一行、获取最新SequenceId
 * */
timelineQueue.get(sequenceId);
timelineQueue.getLatestTimelineEntry();
timelineQueue.getLatestSequenceId();

/**
 * 根据SequenceId更新消息
 * */
message.setField("text", "newValue");
timelineQueue.update(sequenceId, message);
timelineQueue.updateAsync(sequenceId, message, callback);

/**
 * 根据SequenceId删除消息
 * */
timelineQueue.delete(sequenceId);

/**
 * 根据范围参数、Filter获取批量消息
 * */
timelineQueue.scan(scanParameter);

本文作者：潭潭

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