简介：实时化是大数据未来最重要的方向之一。
作者｜爱奇艺大数据团队
数据作为互联网时代的基础生产资料，在各大公司企业拥有举足轻重的地位。数据的价值在互联网公司的体现，大致而言可以分成三类：
- 发掘数据中的信息来指导决策，如产品运营、用户增长相关的 BI 报表
- 依托数据优化用户体验和变现效率，如信息分发场景下的个性化推荐、效果广告等
- 基于数据统计的业务监控，如监控大盘、安全风控等
在这些体现大数据价值的业务场景上，存在一个普遍的规律，即数据产生的价值，随着时间的推移而衰减。因此，随着公司业务的发展，传统的 T+1 式（隔日）的离线大数据模式越来越无法满足新兴业务的发展需求。开展实时化的大数据业务，是企业深入挖掘数据价值的一条必经之路。
爱奇艺大数据团队自 2014 年开始引入Kafka、Storm、Spark Streaming 等实时化技术，2017 年引入 Apache Flink 实时计算框架，逐步建设了一套打通数据采集、加工、分发、分析、应用等完整数据流程的实时大数据体系。这套实时大数据体系支持了峰值超过 3000 万 QPS 的实时数据处理，支持了如春晚直播、青春有你、尖叫之夜等大型活动的实时计算需求。本文将介绍爱奇艺实时大数据体系的主要架构、平台功能以及发展过程中的一些思考。
一、传统实时 ETL 模式的问题
在实时技术发展初期，大团队为各业务提供的是单纯的日志数据的实时解析服务。通过 Flink ETL 程序，将用户端上报日志、后台服务器日志、数据库 binlog 日志，解析成 key-value 组装的 json 形态的结构化数据，发送到 Kafka 中供各业务使用。其中，ETL 逻辑可以由外部配置平台注入，方便在解析逻辑修改时可以动态加载，减少 Flink 任务的重启频率。这个实时 ETL 的体系如下图所述：
随着实时大数据业务的发展，它的弊端不断出现：
- 实时数据大量重复生产，各业务烟囱式开发，数据难以复用
- 数据治理水平低下，数据生产者不知道数据在被谁消费
- 稳定性差，不能抵御 Flink 和 Kafka 故障
为了解决这些问题，爱奇艺大数据团队开始建设实时大数据体系，推出管理 Kafka 的流数据服务平台、基于 Flink 的实时数据生产平台、基于 Kafka 的实时数仓等组件，打通实时数据流程。
二、实时数仓与传统数仓的区别
在传统的 BI 体系中，基于离线大数据构建数据仓库的过程，大部分是 T+1 的隔日离线计算。即每天凌晨开始从原始日志数据构建数仓，将多层级的离线计算任务，通过工作流系统进行串联。数仓构建任务失败后可以有由工作流系统触发任务重跑。一般来说，离线数仓构建任务的失败重跑，只影响数据生产出来的时间，不影响数据的完整性、正确性。
在设计离线数仓模型和对应的计算任务时，一般会从以下几个角度去兼顾平衡：
- 数据膨胀的成本约束（Hive 存储）
- 计算资源的成本约束（YARN 队列）
- 开发的人力成本约束
- 用户体验，包含数据的时效性以及数仓表使用的便捷性
在实时数仓中，这几个约束条件发生了巨大的变化：
基于这些变化，构建实时数仓的时候，切记不能照搬离线数仓的分层模型和构建逻辑，需要结合实时大数据业务的需求，按照实时业务的特点进行构建。实时数仓的构建，核心有以下几个特点：
1、重视数仓的水平拆分。在离线数仓中，数据的载体是 Hive 表，借助 Hive 的分区字段和谓词下推机制，我们可以在各个层级构建一些稍大的表，而将关键的维度字段设置成分区，使用户在查大表的时候达到查小表的效果。在实时数仓中，数据的载体是 Kafka 队列，如果向用户提供一个大流，需要用户在消费数据实时过滤出其中的一小部分数据进行使用，那么对 Kafka 的带宽资源和 Flink 的计算资源都是极大的浪费。因此，我们需要尽量将常用的维度进行水平拆分构建，例如“移动端用户行为”“PC 端用户行为”可以拆分到两个流供用户使用。
2、重视维度退化。在离线数仓中，一个维度放在事实表里还是放在维度表里是一件可权衡的事情。一些不太常用的维度可以保留在维度表里，让用户查询使用时再进行 Join。而在实时数仓里，用户在使用数据时如果需要进行“实时流 Join 维度表”的操作，涉及实时计算中比较复杂的流与外部表 Join 的操作，对应的 Flink 代码开发和优化难度都较高。因此，在建设实时数仓时应该尽量帮助数据下游方减少这些代价，提前将会用到的维度退化到数仓的事实流中，将实时流变成一个宽流，避免下游业务方在使用数据时，自行去处理流 Join 外部表的这类复杂场景。
3、重视层级缩短。在实时数仓的构建过程中，数据在多层级 Kafka 中传递，数据处理的链路越长，数据的延迟越大、稳定性越差。因此，在实时数仓中，要尽可能引导用户使用短链路生产的实时数据。我们建议，实时数仓下游使用的数据，在数仓构建中经过的 Kafka 层级最好控制在4层以内，例如在 ODS 层、DWD 层之后，最多再加工一次就可以交付用户使用。在很多实时报表的场景上，我们可以选择将 DWD 层的实时数据灌入 OLAP 体系（如 Druid、Clickhouse），将用户的数据清洗过滤聚合需求转移到 OLAP 层，减少实时数据在数仓层的加工处理。
三、流数据服务平台
实时数仓的载体是 Kafka 服务，然而，Kafka 作为一个分布式消息队列，它原生的组织和管理方式仍然是一个资源型服务，向用户交付的是 Kafka 集群。这种管理组织方式对于开展实时大数据业务而言，有一些显著的缺点，例如难以注册和管理数据的输入和输出，无法构建数据血缘链路和高可用体系等等。
为了更好地支持实时数仓等业务的开展，爱奇艺大数据团队建设了流数据服务平台，以一种面向数据的角度，重新组织和管理 Kafka 服务。
流数据服务平台，自下而上分为三层：
1、运维管理层：负责 Kafka、Pulsar、RocketMQ 等消息队列集群的资源和运维管理，包括资产登记、容量管理、集群监控、自动化运维、工单审批体系等。
2、流数据管理层：负责登记和管理所有流数据的元信息，面向用户提供数据地图（检索寻找数据）、数据质量监控（生产延迟、消费积压等等）、数据血缘追踪、一键HA切换集群等功能。
3、客户端 SDK 层：封装原生 Kafka Client，向用户提供 Flink、Spark、Java 等场景下的 Kafka SDK，将读写操作全部封装在 SDK 中，对用户屏蔽 Kafka 集群版本和地址信息，由 SDK 通过心跳向配置中心获取数据地址。同时 SDK 还具备生产消费任务的自动登记注册、Kafka 切换时触发任务重启等功能。
依托流数据服务平台，我们大幅提升了 Kafka 的运维管理和服务提供能力：
- 基于 SDK 的访问控制模式，极大提高了实时大数据的治理水平。用户看到和访问的都是流数据，无需再关心 Kafka 集群和地址等信息。
- 在 Kafka 集群发生故障灾难时，运维人员可以简单的在后台切换数据流对应的 Kafka 集群，生产消费两侧的流任务同时重启，即可将故障的 Kafka 从链路中摘除，替换成备用的 Kafka 集群。
- 流数据服务平台能根据 SDK 上报的信息，分析并绘制数据血缘，用于数据链路排障、数据热度分析、数仓模型优化。
- 依托流数据的元数据中心，提供数据地图的产品，供用户方便的查询检索数据及其 Schema 相关信息，提高流数据的复用性。
附图：Kafka 故障时，通过 SDK 使读写两侧流量请快速切换到备集群
四、实时数据生产分发平台
Kafka 服务的高度治理化是实时数仓工作的基础，下一步要建设的是构建实时数仓的工具平台，通过平台降低用户开发管理实时数据处理任务的成本。
爱奇艺大数据团队建设了实时数据生产分发平台 Talos。Talos 平台兼具实时数据处理和数据集成分发功能，支持用户通过自定义数据处理逻辑，将实时数据加工处理后分发到下游数据流或其他异构存储中。
Talos 平台上，用户可以通过简单拖拽生成 DAG 图的方式构建自己的数据处理逻辑，也可以通过 SQL 算子来表达处理逻辑。对于实时计算的新手用户，使用 DAG 图可以直观看到数据的处理逻辑和含义。在调试任务时，Talos 平台支持查看数据在 DAG 图中每一步的变化值，非常有利于排查复杂数据处理逻辑中的问题，解决了传统 Flink SQL 任务调试不便的痛点。
附图：通过拖拽算子形成 DAG 图的方式构建数据处理逻辑
在爱奇艺的实时数仓体系中，实时数据的接入、处理、分发任务都通过 Talos 平台构建和维护，数仓建设者只需要关心数仓模型的定义和设计，无需撰写 Flink 代码，也不用关心 Flink 实时计算任务的提交管理和运维监控等工作，极大的简化了数仓的开发和维护成本。
五、实时分析平台
在实时大数据的下游业务场景中，实时报表和实时分析是最普遍的一种需求场景。传统的 Kafka->Flink SQL/Spark SQL->MySQL 的实时报表模式只适用于一些指标固定的实时报表，欠缺灵活性。
爱奇艺大数据团队基于 Druid+Spark/Flink 建设了一套实时分析平台（Realtime Analytics Platform，简称 RAP）, 打通了实时数仓到实时分析的链路，大幅简化了实时报表的生产和使用成本。
在 RAP 平台中，我们将实时数仓中生成的 Kafka 流，通过 Druid 的 Kafka Index Service (简称 KIS) 直接导入 Druid。用户通过平台提供的 Web 向导配置，自动建立 OLAP模型、查询统计条件，即可生产对应的实时报表。同时，平台也提供了如 Ad-hoc 分析、实时指标报警、实时数据发布、Grafana 图表输出等功能，方便用户快速接入使用。
更多关于 RAP 平台的介绍，可以阅读《爱奇艺大数据实时分析平台的建设与实践》。
六、爱奇艺实时大数据的主要应用
依托以上这些平台建设，实时大数据技术在爱奇艺各个业务线都实现了落地。主要有三种典型的应用场景，即实时监控、实时数据分析、在线学习训练等。
在实时监控场景中，用户可以依托实时大盘进行指标观察，或者将关键指标配置成实时监控报警，也可以将实时日志流灌入 Elasticsearch 等系统中进行实时日志查询等。
在实时数据分析场景中，比较典型的是实时运营。通过实时大数据体系，为运营部门提供更实时的运营效果数据，从而可以及时调整内容运营策略，进行流量资源再分配，助力用户增长。
除了 BI 报表和分析类场景外，实时数据在效果广告、信息流推荐等场景上也有大量落地，帮助推荐、广告等团队实现近线/在线机器学习、模型快速迭代、AB 测试结果的实时观察统计等。
七、未来展望
随着公司业务的发展，实时大数据的需求场景逐渐多样化，爱奇艺实时大数据体系会朝着以下几个方向继续迭代：
- 流批一体：在存储和计算两个方向上探索流批一体的应用场景，逐渐替代传统 MapReduce/Spark 离线任务的数仓构建，围绕 Flink 引擎构建流批一体的数仓体系。
- 湖仓一体：打通实时流灌入数据湖（Iceberg）的数据通路，依托实时更新的数据湖体系，支持更多更丰富的 OLAP 业务场景
- ETL->ELT：引导实时数仓的架构变迁，将实时数据构建环节中的部分计算转移到实时数仓下游的 OLAP 体系和数据湖中，依托 OLAP 引擎的强大性能来满足用户的过滤/聚合等需求，将实时数仓的链路做短，提升实时数据的质量和稳定性、降低延迟。
- BI+AI：打通实时数据生产->实时特征生产->在线模型训练->线上推理的链路，方便用户一站式的实现从数据准备到AI算法模型训练的相关工作。
毫无疑问，实时化一定是大数据未来最重要的方向之一。爱奇艺大数据团队会沿着上述这些方向继续探索和发展，通过技术创新去支持和孵化更多落地的业务场景，继续推动爱奇艺的数据和产品向着实时化的方向发展。
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