从Spec编写深入了解 Druid

本文参考 Druid 官方文档。

Apache Druid 是一个集时间序列数据库、数据仓库和全文检索系统特点于一体的分析性数据平台（OLAP）。Druid 作为一个高可用、高性能和多特性的 OLAP 平台，使用场景丰富。

许多互联网公司基于 Druid 搭建 OLAP 数据分析和 BI 平台。如：

此前 Druid 系列文章已经详解过 Druid 的特性、使用场景、架构和实现原理。可以参考:

本文将指导读者完整定义一个完整 Spec，并指出关键注意事项。Spec 是 Druid 数据摄入的配置信息，使用 json 格式，使用 Druid 时可以通过界面配置，最后生成 Spec 文件，也可以直接编写 Spec 文件，然后上传配置。无论使用哪种方式，深入了解 Spec 的编写既是开始使用 Druid 的第一步，也是深入了解 Druid 各种概念，继而深入了解 Druid 原理的必经之路。

示例数据

假设我们有以下网络流量数据：

srcIP: 发送端 IP 地址
srcPort: 发送端端口号
dstIP: 接收端 IP 地址
dstPort: 接收端端口号
protocol: IP 协议号
packets: 传输的包的数量
bytes: 传输字节数
cost: 传输耗费的时间

{"ts":"2018-01-01T01:01:35Z","srcIP":"1.1.1.1", "dstIP":"2.2.2.2", "srcPort":2000, "dstPort":3000, "protocol": 6, "packets":10, "bytes":1000, "cost": 1.4}
{"ts":"2018-01-01T01:01:51Z","srcIP":"1.1.1.1", "dstIP":"2.2.2.2", "srcPort":2000, "dstPort":3000, "protocol": 6, "packets":20, "bytes":2000, "cost": 3.1}
{"ts":"2018-01-01T01:01:59Z","srcIP":"1.1.1.1", "dstIP":"2.2.2.2", "srcPort":2000, "dstPort":3000, "protocol": 6, "packets":30, "bytes":3000, "cost": 0.4}
{"ts":"2018-01-01T01:02:14Z","srcIP":"1.1.1.1", "dstIP":"2.2.2.2", "srcPort":5000, "dstPort":7000, "protocol": 6, "packets":40, "bytes":4000, "cost": 7.9}
{"ts":"2018-01-01T01:02:29Z","srcIP":"1.1.1.1", "dstIP":"2.2.2.2", "srcPort":5000, "dstPort":7000, "protocol": 6, "packets":50, "bytes":5000, "cost": 10.2}
{"ts":"2018-01-01T01:03:29Z","srcIP":"1.1.1.1", "dstIP":"2.2.2.2", "srcPort":5000, "dstPort":7000, "protocol": 6, "packets":60, "bytes":6000, "cost": 4.3}
{"ts":"2018-01-01T02:33:14Z","srcIP":"7.7.7.7", "dstIP":"8.8.8.8", "srcPort":4000, "dstPort":5000, "protocol": 17, "packets":100, "bytes":10000, "cost": 22.4}
{"ts":"2018-01-01T02:33:45Z","srcIP":"7.7.7.7", "dstIP":"8.8.8.8", "srcPort":4000, "dstPort":5000, "protocol": 17, "packets":200, "bytes":20000, "cost": 34.5}
{"ts":"2018-01-01T02:35:45Z","srcIP":"7.7.7.7", "dstIP":"8.8.8.8", "srcPort":4000, "dstPort":5000, "protocol": 17, "packets":300, "bytes":30000, "cost": 46.3}

将上面 JSON 内容保存到 $druid_root\quickstart\目录下的 ingestion-tutorial-data.json 文件中。

下面我们开始编写一个 Spect 将上面的数据写入 Druid。

在本教程中，我们将使用本地批处理indexing任务。如果使用其他任务类型，摄入规范的某些地方将会不一样，我们将在教程中指出。

下面将详细讲解 Spec 配置，你将了解以下内容：

定义 schema

Druid 摄入 spec 的核心元素是 dataSchema 。dataSchema 定义如何将输入的数据解析成 Druid 能够存储的列集合。

我们从一个空的dataSchema 开始，并按教程一步步添加字段。

在quickstart/ 目录下创建 ingestion-tutorial-index.json 文件，将以下内容写入文件：

"dataSchema" : {}

随着教程的进行，我们将不断的修改此 spec 文件。

数据源名称

数据源名称通过dataSchema 下的 dataSource 参数指定。dataSource 类似于 RDBMS 的 Table Name，写入的数据通过此名称查询，如：select * from $dataSource。

"dataSchema" : {
  "dataSource" : "ingestion-tutorial",
}

让我们将教程中的数据源命名为 ingestion-tutorial。

时间列

dataSchema 需要知道如何从输入的数据中提取主时间字段。Druid 的数据必须有时间字段，Druid 底层按时间分 segment 来存储数据，详情可以参考《Apache Druid 的集群设计与工作流程》。

我们数据中的时间戳列是"ts"，它是一个 ISO 8601 规范的时间戳，我们将配置此字段的 timestampSpec信息加到 dataSchema 下：

"dataSchema" : {
  "dataSource" : "ingestion-tutorial",
  "timestampSpec" : {
    "format" : "iso",
    "column" : "ts"
  }
}

列类型

现在，我们已经定义了时间列，让我们看一下其他列的定义。

Druid 支持以下列类型：String，Long，Float，Double。下面章节中我们将看到这些类型如何被使用。

在我们讲如何定义其他非时间列之前，先讨论一下 rollup。

Rollup

在摄入数据时，我们需要考虑是否需要 rollup。

如果开启 rollup，需要将输入数据列分成两种类型，维度(dimension)和指标(metric)。维度是 rollup 的 grouping 列（用于 group by，filtering），指标是被聚合计算的列。
如果不开启 rollup，所有列都被视为维度，将不会进行预聚合。

在此教程中，我们开启 rollup。在 dataSchema 的 granularitySpec中指定：

"dataSchema" : {
 "dataSource" : "ingestion-tutorial",
 "timestampSpec" : {
   "format" : "iso",
   "column" : "ts"
 },
 "granularitySpec" : {
   "rollup" : true
 }
}

选择维度和指标

在此教程中，我们按以下方式划分维度列和指标列：

Dimensions: srcIP, srcPort, dstIP, dstPort, protocol
Metrics: packets, bytes, cost

这些维度是一组属性，用以标识一组网络流量数据，而指标代表按此维度组合的网络流量的实际情况。

让我们看看如何在 spec 中定义维度和指标吧。

维度

维度由 dataSchema 中的 dimensionsSpec 参数指定。

"dataSchema" : {
  "dataSource" : "ingestion-tutorial",
  "timestampSpec" : {
    "format" : "iso",
    "column" : "ts"
  },
  "dimensionsSpec" : {
    "dimensions": [
      "srcIP",
      { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
      { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
      { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
      { "name" : "protocol", "type" : "string" }
    ]
  },
  "granularitySpec" : {
    "rollup" : true
  }
}

每个维度都有一个 name 和一个 type ，其中 type 可以是"long", "float", "double", or "string"。

注意，srcIP 是一个 "string" 维度。对于字符串维度，只需要指定维度的名称就可以了，因为它的类型默认为"string"。

也请注意， protocol 在输入数据中是数字类型，但我们以 "string" 列类型提取它，所以 Druid 在摄入数据时会将其强制由 long 类型转换成 string 类型。

Strings vs Numbers

数字类型的数据应该作为数字维度还是字符串维度？

数字维度相对于字符串维度有以下优势和劣势：

优势：数字需要更小的存储空间，并且在读取该列时需要更小的开销。
劣势：数字维度没有索引，所以按此列 filter 的操作会比字符串类型的维度(这种维度有索引)更慢。

指标

指标通过 dataSchema 中的 metricsSpec 参数指定：

"dataSchema" : {
  "dataSource" : "ingestion-tutorial",
  "timestampSpec" : {
    "format" : "iso",
    "column" : "ts"
  },
  "dimensionsSpec" : {
    "dimensions": [
      "srcIP",
      { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
      { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
      { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
      { "name" : "protocol", "type" : "string" }
    ]
  },
  "metricsSpec" : [
    { "type" : "count", "name" : "count" },
    { "type" : "longSum", "name" : "packets", "fieldName" : "packets" },
    { "type" : "longSum", "name" : "bytes", "fieldName" : "bytes" },
    { "type" : "doubleSum", "name" : "cost", "fieldName" : "cost" }
  ],
  "granularitySpec" : {
    "rollup" : true
  }
}

在定义指标时，必须指定当前列在 rollup 时应该执行的聚合类型。

这里，我们在 packets 和 bytes 两个指标列上定义了 long 类型的 sum 聚合，在 cost 列上定义了一个 double 的 sum 聚合。

注意 metricsSpec 与 dimensionSpec 和 parseSpec 的嵌套层级不一样。它和 dataSchema 中的 parser在同一嵌套层级。

注意，我们也定义了一个 count 聚合器。这个计数聚合器将统计原始数据摄入的行数。

No rollup

如果我们不使用 rollup，将在 dimensionsSpec 中指定所有列，如：

      "dimensionsSpec" : {
        "dimensions": [
          "srcIP",
          { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
          { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
          { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
          { "name" : "protocol", "type" : "string" },
          { "name" : "packets", "type" : "long" },
          { "name" : "bytes", "type" : "long" },
          { "name" : "srcPort", "type" : "double" }
        ]
      },

定义粒度

此时，我们已经完成了 parser 和 metricSpec 的定义，并几乎要完成 Spec 的 dataSchema 。

我们还需要在 granularitySpec 中设置一些额外的参数：

granularitySpec 类型：支持两种类型——uniform 和 arbitrary 。在本教程中，我们将使用 uniform，这样所有的 segment 将有统一的时间范围大小(本示例中，所有 segment 覆盖一个小时的数据量)。
segment 粒度：设置单个 segment 应该包含多大时间范围的数据，如：DAY，WEEK 。
时间列中时间戳的 buckting 粒度(称为查询粒度 queryGranularity )。

Segment 粒度

segment 粒度通过 granularitySpec 中的 segmentGranularity 属性配置。此文档中，我们将创建 hourly 粒度的 segment：

"dataSchema" : {
  "dataSource" : "ingestion-tutorial",
  "timestampSpec" : {
    "format" : "iso",
    "column" : "ts"
  },
  "dimensionsSpec" : {
    "dimensions": [
      "srcIP",
      { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
      { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
      { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
      { "name" : "protocol", "type" : "string" }
    ]
  },
  "metricsSpec" : [
    { "type" : "count", "name" : "count" },
    { "type" : "longSum", "name" : "packets", "fieldName" : "packets" },
    { "type" : "longSum", "name" : "bytes", "fieldName" : "bytes" },
    { "type" : "doubleSum", "name" : "cost", "fieldName" : "cost" }
  ],
  "granularitySpec" : {
    "type" : "uniform",
    "segmentGranularity" : "HOUR",
    "rollup" : true
  }
}

我们的输入数据包含两个小时的事件，所以此任务将生成两个 segment。

查询粒度

查询粒度通过 granularitySpec 中的 queryGranularity 属性配置。此教程中，我们使用 minute 级粒度：

"dataSchema" : {
  "dataSource" : "ingestion-tutorial",
  "timestampSpec" : {
    "format" : "iso",
    "column" : "ts"
  },
  "dimensionsSpec" : {
    "dimensions": [
      "srcIP",
      { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
      { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
      { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
      { "name" : "protocol", "type" : "string" }
    ]
  },
  "metricsSpec" : [
    { "type" : "count", "name" : "count" },
    { "type" : "longSum", "name" : "packets", "fieldName" : "packets" },
    { "type" : "longSum", "name" : "bytes", "fieldName" : "bytes" },
    { "type" : "doubleSum", "name" : "cost", "fieldName" : "cost" }
  ],
  "granularitySpec" : {
    "type" : "uniform",
    "segmentGranularity" : "HOUR",
    "queryGranularity" : "MINUTE",
    "rollup" : true
  }
}

为了查看查询粒度配置的效果，让我们从原始输入数据中查看这一行：

{"ts":"2018-01-01T01:03:29Z","srcIP":"1.1.1.1", "dstIP":"2.2.2.2", "srcPort":5000, "dstPort":7000, "protocol": 6, "packets":60, "bytes":6000, "cost": 4.3}

当使用 minute 粒度摄入这行数据时，Druid 将把这行数据的时间戳 floor 成 minute 桶的时间：

{"ts":"2018-01-01T01:03:00Z","srcIP":"1.1.1.1", "dstIP":"2.2.2.2", "srcPort":5000, "dstPort":7000, "protocol": 6, "packets":60, "bytes":6000, "cost": 4.3}

定义时间范围

对于批量任务，必须定义时间范围。在时间范围之外的输入数据将不被摄入。

这个时间范围也在 granularitySpec 中指定：

"dataSchema" : {
  "dataSource" : "ingestion-tutorial",
  "timestampSpec" : {
    "format" : "iso",
    "column" : "ts"
  },
  "dimensionsSpec" : {
    "dimensions": [
      "srcIP",
      { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
      { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
      { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
      { "name" : "protocol", "type" : "string" }
    ]
  },
  "metricsSpec" : [
    { "type" : "count", "name" : "count" },
    { "type" : "longSum", "name" : "packets", "fieldName" : "packets" },
    { "type" : "longSum", "name" : "bytes", "fieldName" : "bytes" },
    { "type" : "doubleSum", "name" : "cost", "fieldName" : "cost" }
  ],
  "granularitySpec" : {
    "type" : "uniform",
    "segmentGranularity" : "HOUR",
    "queryGranularity" : "MINUTE",
    "intervals" : ["2018-01-01/2018-01-02"],
    "rollup" : true
  }
}

定义任务类型

现在我们已经完成了 dataSchema 的定义。接下来要做的就是将我们创建的 dataSchema 放入一个数据摄入任务中，并指定输入的源。

dataSchema 适用于所有类型的任务，但每种任务类型都有自生的规范格式。在本教程中，我们使用本地批量数据摄入任务类型(the native ingestion task)：

{
  "type" : "index_parallel",
  "spec" : {
    "dataSchema" : {
      "dataSource" : "ingestion-tutorial",
      "timestampSpec" : {
        "format" : "iso",
        "column" : "ts"
      },
      "dimensionsSpec" : {
        "dimensions": [
          "srcIP",
          { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
          { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
          { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
          { "name" : "protocol", "type" : "string" }
        ]
      },
      "metricsSpec" : [
        { "type" : "count", "name" : "count" },
        { "type" : "longSum", "name" : "packets", "fieldName" : "packets" },
        { "type" : "longSum", "name" : "bytes", "fieldName" : "bytes" },
        { "type" : "doubleSum", "name" : "cost", "fieldName" : "cost" }
      ],
      "granularitySpec" : {
        "type" : "uniform",
        "segmentGranularity" : "HOUR",
        "queryGranularity" : "MINUTE",
        "intervals" : ["2018-01-01/2018-01-02"],
        "rollup" : true
      }
    }
  }
}

定义输入源

现在，让我们来定义我们自己的输入源，它在 ioConfig 对象中指定。每种任务类型都有自己的 ioConfig 类型。为了读取输入数据，我们需要指定一个 inputSource。我们之前保存的网络流量数据需要从一个本地文件读取，其配置如下：

    "ioConfig" : {
      "type" : "index_parallel",
      "inputSource" : {
        "type" : "local",
        "baseDir" : "quickstart/",
        "filter" : "ingestion-tutorial-data.json"
      }
    }

定义数据格式

因为我们的数据是 JSON 字符串形式的，我们使用 inputFormat json 格式化数据（还支持 csv、protobuf 等数据类型）：

    "ioConfig" : {
      "type" : "index_parallel",
      "inputSource" : {
        "type" : "local",
        "baseDir" : "quickstart/",
        "filter" : "ingestion-tutorial-data.json"
      },
      "inputFormat" : {
        "type" : "json"
      }
    }

{
  "type" : "index_parallel",
  "spec" : {
    "dataSchema" : {
      "dataSource" : "ingestion-tutorial",
      "timestampSpec" : {
        "format" : "iso",
        "column" : "ts"
      },
      "dimensionsSpec" : {
        "dimensions": [
          "srcIP",
          { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
          { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
          { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
          { "name" : "protocol", "type" : "string" }
        ]
      },
      "metricsSpec" : [
        { "type" : "count", "name" : "count" },
        { "type" : "longSum", "name" : "packets", "fieldName" : "packets" },
        { "type" : "longSum", "name" : "bytes", "fieldName" : "bytes" },
        { "type" : "doubleSum", "name" : "cost", "fieldName" : "cost" }
      ],
      "granularitySpec" : {
        "type" : "uniform",
        "segmentGranularity" : "HOUR",
        "queryGranularity" : "MINUTE",
        "intervals" : ["2018-01-01/2018-01-02"],
        "rollup" : true
      }
    },
    "ioConfig" : {
      "type" : "index_parallel",
      "inputSource" : {
        "type" : "local",
        "baseDir" : "quickstart/",
        "filter" : "ingestion-tutorial-data.json"
      },
      "inputFormat" : {
        "type" : "json"
      }
    }
  }
}

其他调整

每一个摄取任务都有 tuningConfig 配置项，它允许用户调整各种摄取参数。

举例来说，让我们添加一个tuningConfig，以设置本次批量摄取任务的目标 segment 大小：

    "tuningConfig" : {
      "type" : "index_parallel",
      "maxRowsPerSegment" : 5000000
    }

最终 spec

现在我们已经定义完成了一个摄取规范，它现在看起来如下所示：

{
  "type" : "index_parallel",
  "spec" : {
    "dataSchema" : {
      "dataSource" : "ingestion-tutorial",
      "timestampSpec" : {
        "format" : "iso",
        "column" : "ts"
      },
      "dimensionsSpec" : {
        "dimensions": [
          "srcIP",
          { "name" : "srcPort", "type" : "long" },
          { "name" : "dstIP", "type" : "string" },
          { "name" : "dstPort", "type" : "long" },
          { "name" : "protocol", "type" : "string" }
        ]
      },
      "metricsSpec" : [
        { "type" : "count", "name" : "count" },
        { "type" : "longSum", "name" : "packets", "fieldName" : "packets" },
        { "type" : "longSum", "name" : "bytes", "fieldName" : "bytes" },
        { "type" : "doubleSum", "name" : "cost", "fieldName" : "cost" }
      ],
      "granularitySpec" : {
        "type" : "uniform",
        "segmentGranularity" : "HOUR",
        "queryGranularity" : "MINUTE",
        "intervals" : ["2018-01-01/2018-01-02"],
        "rollup" : true
      }
    },
    "ioConfig" : {
      "type" : "index_parallel",
      "inputSource" : {
        "type" : "local",
        "baseDir" : "quickstart/",
        "filter" : "ingestion-tutorial-data.json"
      },
      "inputFormat" : {
        "type" : "json"
      }
    },
    "tuningConfig" : {
      "type" : "index_parallel",
      "maxRowsPerSegment" : 5000000
    }
  }
}

提交任务并查询数据

在包根目录下，运行下面命令：

bin/post-index-task --file quickstart/ingestion-tutorial-index.json --url http://localhost:8081

脚本执行完成后，我们来查询数据。

让我们运行 bin/dsql 并发送一个 select * from "ingestion-tutorial"; 语句，查询已经被写入的数据：

$ bin/dsql
Welcome to dsql, the command-line client for Druid SQL.
Type "\h" for help.
dsql> select * from "ingestion-tutorial";

┌──────────────────────────┬───────┬──────┬───────┬─────────┬─────────┬─────────┬──────────┬─────────┬─────────┐
│ __time                   │ bytes │ cost │ count │ dstIP   │ dstPort │ packets │ protocol │ srcIP   │ srcPort │
├──────────────────────────┼───────┼──────┼───────┼─────────┼─────────┼─────────┼──────────┼─────────┼─────────┤
│ 2018-01-01T01:01:00.000Z │  6000 │  4.9 │     3 │ 2.2.2.2 │    3000 │      60 │ 6        │ 1.1.1.1 │    2000 │
│ 2018-01-01T01:02:00.000Z │  9000 │ 18.1 │     2 │ 2.2.2.2 │    7000 │      90 │ 6        │ 1.1.1.1 │    5000 │
│ 2018-01-01T01:03:00.000Z │  6000 │  4.3 │     1 │ 2.2.2.2 │    7000 │      60 │ 6        │ 1.1.1.1 │    5000 │
│ 2018-01-01T02:33:00.000Z │ 30000 │ 56.9 │     2 │ 8.8.8.8 │    5000 │     300 │ 17       │ 7.7.7.7 │    4000 │
│ 2018-01-01T02:35:00.000Z │ 30000 │ 46.3 │     1 │ 8.8.8.8 │    5000 │     300 │ 17       │ 7.7.7.7 │    4000 │
└──────────────────────────┴───────┴──────┴───────┴─────────┴─────────┴─────────┴──────────┴─────────┴─────────┘
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