Kylin
1、Kylin简介
1.1 kylin简介
Apache Kylin™是一个开源的、分布式的分析型数据仓库，提供Hadoop/Spark 之上的 SQL 查询接口及多维分析（OLAP）能力以支持超大规模数据，最初由 eBay 开发并贡献至开源社区。它能在亚秒内查询巨大的表。
Apache Kylin™ 令使用者仅需三步，即可实现超大数据集上的亚秒级查询。
- 定义数据集上的一个星形或雪花形模型
- 在定义的数据表上构建cube
- 使用标准 SQL 通过 ODBC、JDBC 或 RESTFUL API 进行查询，仅需亚秒级响应时间即可获得查询结果
1.2 Kylin架构
1）REST Server
REST Server是一套面向应用程序开发的入口点，旨在实现针对Kylin平台的应用开发工作。 此类应用程序可以提供查询、获取结果、触发cube构建任务、获取元数据以及获取用户权限等等。另外可以通过Restful接口实现SQL查询。
2）查询引擎（Query Engine）
当cube准备就绪后，查询引擎就能够获取并解析用户查询。它随后会与系统中的其它组件进行交互，从而向用户返回对应的结果。
3）路由器（Routing）
在最初设计时曾考虑过将Kylin不能执行的查询引导去Hive中继续执行，但在实践后发现Hive与Kylin的速度差异过大，导致用户无法对查询的速度有一致的期望，很可能大多数查询几秒内就返回结果了，而有些查询则要等几分钟到几十分钟，因此体验非常糟糕。最后这个路由功能在发行版中默认关闭。
4）元数据管理工具（Metadata）
Kylin是一款元数据驱动型应用程序。元数据管理工具是一大关键性组件，用于对保存在Kylin当中的所有元数据进行管理，其中包括最为重要的cube元数据。
其它全部组件的正常运作都需以元数据管理工具为基础。
Kylin的元数据存储在hbase中
5）Cube Build Engine
这套引擎的设计目的在于处理所有离线任务，其中包括shell脚本、Java API以及Map Reduce任务等等。任务引擎对Kylin当中的全部任务加以管理与协调，从而确保每一项任务都能得到切实执行并解决其间出现的故障。
1.3 Kylin特点
kylin主要特点包括支持SQL接口、支出超大规模数据集、亚秒级响应、可伸缩性、高吞吐率、BI工具继承等特点
1）标准SQL接口：Kylin是以标准的SQL作为对外服务的接口。
2）支持超大数据集：Kylin对于大数据的支撑能力可能是目前所有技术中最为领先的。早在2015年eBay的生产环境中就能支持百亿记录的秒级查询，之后在移动的应用场景中又有了千亿记录秒级查询的案例。
3）亚秒级响应：Kylin拥有优异的查询相应速度，这点得益于预计算，很多复杂的计算，比如连接、聚合，在离线的预计算过程中就已经完成，这大大降低了查询时刻所需的计算量，提高了响应速度。
4）可伸缩性和高吞吐率：单节点Kylin可实现每秒70个查询，还可以搭建Kylin的集群。
5）BI工具集成
Kylin可以与现有的BI工具集成，具体包括如下内容。
ODBC：与Tableau、Excel、PowerBI等工具集成
JDBC：与Saiku、BIRT等Java工具集成
RestAPI：与JavaScript、Web网页集成
Kylin开发团队还贡献了Zepplin的插件，也可以使用Zepplin来访问Kylin服务
2、kylin使用
- 创建工程
- 创建数据源
- 创建model
- new model
- 指定事实表
- 指定维度表
- 指定维度字段
- 指定度量字段
- 指定事实表分区字段（仅支持时间分区）
- 构建cube
3、cube
2.1、什么是 Cube
Cube 即多维立方体，也叫数据立方体。如下图所示，这是由三个维度（维度数可以超过3个，下图仅为了方便画图表达）构成的一个OLAP立方体，立方体中包含了满足条件的cell(子立方块)值，这些cell里面包含了要分析的数据，称之为度量值。
- 立方体：由维度构建出来的多维空间，包含了所有要分析的基础数据，所有的聚合数据操作都在立方体上进行
- 维度：观察数据的角度。一般是一组离散的值，比如：
- 时间维度上的每一个独立的日期
- 商品维度上的每一件独立的商品
- 度量：即聚合计算的结果，一般是连续的值，比如：
- 销售额，销售均价
- 销售商品的总件数
- 事实表：是指存储有事实记录（明细数据）的表，如系统日志、销售记录等；事实表的记录在不断地动态增长，数据量大
- 维度表（维表）：保存了维度值，可以跟事实表做关联。常见的维度表如：
- 日期表
- 地点表
- 分类表
- Cuboid：对于每一种维度的组合，将度量做聚合运算，然后将运算的结果保存为一个物化视图，称为 Cuboid
2.2、创建数据模型
2.2.1、数据模型
常见的多维数据模型，如星型模型、雪花模型等。星型模型：有一张事实表、以及零个或多个维度表；事实表与维度表通过 主键/外键 相关联，维度表之间没有关联，就像很多星星围绕在一个恒星周围，顾命名为星型模型。
雪花模型：如果将星型模型中某些维度的表再做规范，抽取成更细的维度表，然后让维度表之间也进行关联，那么这种模型成为雪花模型（雪花模型可以通过一定的转换，变为星型模型）
4、cube构建原理
4.1 存储原理
4.3 构建算法
4.3.1 逐级构建算法（layer）
我们知道，一个N维的Cube，是由1个N维子立方体、N个(N-1)维子立方体、N*(N-1)/2个(N-2)维子立方体、......、N个1维子立方体和1个0维子立方体构成，总共有2^N个子立方体组成，在逐层算法中，按维度数逐层减少来计算，每个层级的计算（除了第一层，它是从原始数据聚合而来），是基于它上一层级的结果来计算的。比如，[Group by A, B]的结果，可以基于[Group by A, B, C]的结果，通过去掉C后聚合得来的；这样可以减少重复计算；当 0维度Cuboid计算出来的时候，整个Cube的计算也就完成了。
每一轮的计算都是一个MapReduce任务，且串行执行；一个N维的Cube，至少需要N次MapReduce Job。
优点：
1）此算法充分利用了MapReduce的优点，处理了中间复杂的排序和shuffle工作，故而算法代码清晰简单，易于维护；
2）受益于Hadoop的日趋成熟，此算法非常稳定，即便是集群资源紧张时，也能保证最终能够完成。
缺点：
1）当Cube有比较多维度的时候，所需要的MapReduce任务也相应增加；由于Hadoop的任务调度需要耗费额外资源，特别是集群较庞大的时候，反复递交任务造成的额外开销会相当可观；
2）由于Mapper逻辑中并未进行聚合操作，所以每轮MR的shuffle工作量都很大，导致效率低下。
3）对HDFS的读写操作较多：由于每一层计算的输出会用做下一层计算的输入，这些Key-Value需要写到HDFS上；当所有计算都完成后，Kylin还需要额外的一轮任务将这些文件转成HBase的HFile格式，以导入到HBase中去；
总体而言，该算法的效率较低，尤其是当Cube维度数较大的时候。
4.3.2 快速构建算法（inmem）
也被称作“逐段”(By Segment) 或“逐块”(By Split) 算法，从1.5.x开始引入该算法，该算法的主要思想是，每个Mapper将其所分配到的数据块，计算成一个完整的小Cube 段（包含所有Cuboid）。每个Mapper将计算完的Cube段输出给Reducer做合并，生成大Cube，也就是最终结果。如图所示解释了此流程。
与旧算法相比，快速算法主要有两点不同：
1） Mapper会利用内存做预聚合，算出所有组合；Mapper输出的每个Key都是不同的，这样会减少输出到Hadoop MapReduce的数据量，Combiner也不再需要；
2）一轮MapReduce便会完成所有层次的计算，减少Hadoop任务的调配。
5、cube构建优化
5.1 使用衍生维度（deriveddimension）
衍生维度用于在有效维度内将维度表上的非主键维度排除掉，并使用维度表的主键（其实是事实表上相应的外键）来替代它们。Kylin会在底层记录维度表主键与维度表其他维度之间的映射关系，以便在查询时能够动态地将维度表的主键“翻译”成这些非主键维度，并进行实时聚合。
虽然衍生维度具有非常大的吸引力，但这也并不是说所有维度表上的维度都得变成衍生维度，如果从维度表主键到某个维度表维度所需要的聚合工作量非常大，则不建议使用衍生维度。
5.2 使用聚合组（Aggregationgroup）
聚合组（Aggregation Group）是一种强大的剪枝工具。聚合组假设一个Cube的所有维度均可以根据业务需求划分成若干组（当然也可以是一个组），由于同一个组内的维度更可能同时被同一个查询用到，因此会表现出更加紧密的内在关联。每个分组的维度集合均是Cube所有维度的一个子集，不同的分组各自拥有一套维度集合，它们可能与其他分组有相同的维度，也可能没有相同的维度。每个分组各自独立地根据自身的规则贡献出一批需要被物化的Cuboid，所有分组贡献的Cuboid的并集就成为了当前Cube中所有需要物化的Cuboid的集合。不同的分组有可能会贡献出相同的Cuboid，构建引擎会察觉到这点，并且保证每一个Cuboid无论在多少个分组中出现，它都只会被物化一次。
对于每个分组内部的维度，用户可以使用如下三种可选的方式定义，它们之间的关系，具体如下。
1）强制维度（Mandatory），如果一个维度被定义为强制维度，那么这个分组产生的所有Cuboid中每一个Cuboid都会包含该维度。每个分组中都可以有0个、1个或多个强制维度。如果根据这个分组的业务逻辑，则相关的查询一定会在过滤条件或分组条件中，因此可以在该分组中把该维度设置为强制维度。
2）层级维度（Hierarchy），每个层级包含两个或更多个维度。假设一个层级中包含D1，D2…Dn这n个维度，那么在该分组产生的任何Cuboid中， 这n个维度只会以（），（D1），（D1，D2）…（D1，D2…Dn）这n+1种形式中的一种出现。每个分组中可以有0个、1个或多个层级，不同的层级之间不应当有共享的维度。如果根据这个分组的业务逻辑，则多个维度直接存在层级关系，因此可以在该分组中把这些维度设置为层级维度。
3）联合维度（Joint），每个联合中包含两个或更多个维度，如果某些列形成一个联合，那么在该分组产生的任何Cuboid中，这些联合维度要么一起出现，要么都不出现。每个分组中可以有0个或多个联合，但是不同的联合之间不应当有共享的维度（否则它们可以合并成一个联合）。如果根据这个分组的业务逻辑，多个维度在查询中总是同时出现，则可以在该分组中把这些维度设置为联合维度。
5.3 RowKey优化
Kylin会把所有的维度按照顺序组合成一个完整的Rowkey，并且按照这个Rowkey升序排列Cuboid中所有的行。
设计良好的Rowkey将更有效地完成数据的查询过滤和定位，减少IO次数，提高查询速度，维度在rowkey中的次序，对查询性能有显著的影响。
Row key的设计原则如下：
1）被用作where过滤的维度放在前边。
2）基数大的维度放在基数小的维度前边
5.4 并发粒度优化
当Segment中某一个Cuboid的大小超出一定的阈值时，系统会将该Cuboid的数据分片到多个分区中，以实现Cuboid数据读取的并行化，从而优化Cube的查询速度。
具体的实现方式如下：构建引擎根据Segment估计的大小，以及参数“kylin.hbase.region.cut”的设置决定Segment在存储引擎中总共需要几个分区来存储，如果存储引擎是HBase，那么分区的数量就对应于HBase中的Region数量。kylin.hbase.region.cut的默认值是5.0，单位是GB，也就是说对于一个大小估计是50GB的Segment，构建引擎会给它分配10个分区。用户还可以通过设置kylin.hbase.region.count.min（默认为1）和kylin.hbase.region.count.max（默认为500）两个配置来决定每个Segment最少或最多被划分成多少个分区。
