简介：《实时数仓入门训练营》由阿里云研究员王峰、阿里云高级产品专家刘一鸣等实时计算 Flink 版和 Hologres 的多名技术/产品一线专家齐上阵，合力搭建此次训练营的课程体系，精心打磨课程内容，直击当下同学们所遇到的痛点问题。由浅入深全方位解析实时数仓的架构、场景、以及实操应用，7 门精品课程帮助你 5 天时间从小白成长为大牛！
本文整理自直播《Hologres 数据导入/导出实践-王华峰(继儒)》
视频链接:https://developer.aliyun.com/learning/course/807/detail/13891
内容简要：
一、Hologres生态介绍
二、Hologres实时读写接口介绍
三、Hologres实时读写场景介绍
四、Demo演示
五、常见问题及未来展望
Hologres生态介绍
（一）Hologres生态
Hologres是一款兼容PostgreSQL协议的实时交互式分析产品，也已经打通了大数据生态。以最常见的几个开源组件来说，如Apache Flink、Spark、Hive、Kafka等，Hologres都已经有了相关的Connector实现并进行了开源。
对于实时链路，用户依托Flink或者Spark，就可以将上游的比如埋点或业务数据等，以非常高的性能以及毫秒级的延迟导入Hologres。对于离线链路，Hologres也支持把外部系统的数据以非常简便的操作导入，反过来也支持再将数据备份回外部系统，比如阿里云的MaxComputer、OSS等。
当数据导入Hologres之后，因为Hologres本身兼容PostgreSQL协议，所以能使用各种现成的查询工具，无缝连接Hologres进行数据的展示、查询等。
（二）Dataworks数据集成支持输入
除了刚才提到的大数据场景之外，使用阿里云的Dataworks数据集成功能，我们还能将用户存储在传统数据库中的数据导入Hologres，实现方便高效的数据库整库实时镜像。
如上图所示，当下Dataworks数据集成支持将MySQL的Binlog，SQLServer的CDC，Oracle的CDC实时镜像同步至Hologres。此外，Dataworks也支持将Kafka，还有阿里云Datahub的数据同步至Hologres。
另外值得一提的是，Datahub这个产品自身也提供了直接将数据实时同步到Hologres的功能，这个功能叫Datahub Connector。使用这个功能用户就无需经过Flink或者其他组件，可以直接将数据导入到Hologres，对于无需ETL的数据同步是一个比较快捷的方式。
Hologres实时读写接口介绍
Hologres实时读写实现原理
上图为整个Hologres实时读写实现原理架构图。
从上往下看，最上游是应用端，也就是会读写Hologres的各种客户端，比如说数据集成，Apache Flink、Spark等等。这些客户端通常会使用SQL接口，将读写数据的请求发送给Hologres，这些请求会经过一个负载均衡服务器，然后这些请求就会路由分发到一个叫做Frontend的节点。一个Hologres实例通常有多个Frontend节点，这样就可以支持非常高的QPS请求。Frontend节点主要是负责SQL的Parse、优化等功能。
经过一系列的处理之后，Frontend就会将用户的SQL请求转换成一个物理执行计划，然后这些物理执行计划就会被分发到后端的一个执行节点，执行真正的物理读写请求，最终写入的数据会持久化至分布式文件系统，比如阿里的Pangu系统或者开源的HDFS。
这里要特别强调的是，正常的SQL解析，然后通过Query的优化器优化生成最优执行计划，通常这部分的链路开销是比较大的，对于高QPS的读写场景，这往往会成为一个性能的瓶颈。
所以对于一些常见的SQL场景，这里我们列了几个 SQL，如下所示。
Fixed Plan
比如Insert into table values ()，就是简单地插入一行或者几行。还有Insert into table values () on conflict do update，就是对数据进行几行的更新。Select * from table where pk = xxx和Delete from table where pk = xxx是根据主键去进行数据的查找或者删除。
对于这些常见的SQL，Hologres的Frontend做了一定的短路优化，略去了很多不必要的优化逻辑，直接生成最优的一个执行计划，并发送给后端的执行节点，这样就能提升整体的请求吞吐。
下面我们看一下，当物理执行计划发送到后端之后是如何处理的。
Hologres后端的整体存储引擎是基于Log Structured Merge Tree(LSM)来实现的，这里LSM能够把随机写变成顺序写，大大提升了数据写入的吞吐。
写请求首先会被写到Write Ahead Log，也就是传统的WAL文件中，一旦写入成功了，我们就认为这条记录永久写入成功了。之后，我们会把WAL日志Apply到Mem Table里面，Apply完成后，数据就对外可见了，可以进行查询，这中间的延迟通常在毫秒以内。
当Mem Table写满了之后，我们会有一个异步的线程，将Mem Table刷盘持久化，整体流程是一个比较标准化的LSM实现。
这里有别于其他LSM实现的存储系统，比如HBase，Hologres后端采用了全异步的实现，基于协程省去了操作系统内核线程开销，大大提升了系统CPU的利用率，使得Hologres的读写性能非常优异。
我们再回过头来看一下上面应用端的数据写入接口，现在Flink、Spark和Dataworks读写Hologres其实都使用了一个叫做Holo-Client的SDK。
Holo-Client基于Jdbc实现，对读写holo最佳实践的封装，可以减轻数据集成开发工作量。
我们也对一些特定场景的SQL做了一定的优化，例如：
- 数据写入
1）攒批，基于jdbc reWriteBatchedInserts的实现原理；
2）数据合并，相同主键的INSERT/DELETE在一个批次中会合并减少请求量；
3）自动提交，支持基于批行数、批字节大小和最长提交间隔自动提交。 - 数据点查
1）提供异步点查接口；
2）QPS高时自动转入攒批模式。 - 数据Copy
提供并发CopyIn的简易接口。 - 异常处理
对holo返回异常归类，正确在holo升级、扩容等场景下重试等待实例恢复。
我们非常推荐用户之后如果有读写holo的场景，就使用Holo-client这个SDK。
Hologres实时读写场景介绍
介绍完Hologres的读写接口的实现原理之后，接下来看一下基于Hologres读写接口能实现的几种常见的读写场景。
（一）实时写入场景
第一种是最简单的实时写入场景，如上所示。
这里我们使用了一个Blink SQL的实例，其实就是生成一个随机数据源，然后将数据导入至Hologres。对于实时写入的场景，Hologres支持行存和列存这两种格式，还支持根据主键进行去重，这是相较于很多其他 OLAP系统的一个非常大的亮点。
另外，Hologres的实时写入还支持整行数据更新或者数据的局部更新。对于性能而言，Hologres导入即可见，拥有非常低的延迟，通常延迟在毫秒以内。经过我们自己的测试，以TPCH PartSupp表为例，我们后端单Core能达到2万左右的RPS，而且该性能可以随着实例的资源进行线性扩展。
（二）实时宽表Merge场景
然后接下来我们介绍一下实时宽表Merge的场景，这里其实是使用了holo的整行局部更新的功能。
以上图为例，比如用户想将多个数据源的数据合并成一张宽表写入至Hologres。我们希望整张表最终有A|B|C|D|E|F六个列，然后有一部分数据，比如说A|B|C|D这四个列是在一个数据源里面，然后A|B|E|F是在另外一个数据源里，我们希望把这两个数据源的数据合并写入至Hologres的一张宽表。
常见的一种实现是我们会使用Flink的Join功能，就是使用两个流同时消费上述数据源，然后在Flink里面进行两个流的Join，进行数据的打宽，最后写入到Hologres里面。
但是这种场景的一个问题是Flink的Join开销通常非常大，因为它需要缓存非常多的状态，这对于整个作业的维护是一个非常大的开销。
下面我们来看一下Hologres是如何解决这个问题的。
上文提到Hologres自身支持整合数据的局部更新功能，如上图所示，我们可以直接用两个流来直接写Hologres，而无需进行再做Flink内的Join。一个流比如A|B|C|D可以直接写Hologres，另外一个流A|B|E|F也可以直接写Hologres。因为这两个流的数据有相同的主键，所以当两行数据用相同的主键写入到Hologres的时候，Hologres内部会进行一个Merge，最终达到数据打宽的功能，省去了用户自己去写Flink Join，以及维护这么一个复杂作业的问题。
（三）实时维表Join场景
介绍完实时写入Hologres场景之后，下面我们来看一下实时读的场景。
实时读通常分为两种，第一种就是我们常见的Flink的实时维表Join场景，维表Join就是一个点查的实现。
这里Hologres的行存表通常可以替换HBase来实现Flink的维表功能，提供非常高的吞吐以及非常低的延迟。
（四）Hologres Binlog场景
实时读的第二种场景是Hologres Binlog场景。Binlog和MySQL的Binlog是一个类似的概念，使用Hologres Binlog我们就能实时消费Hologres单表的Change log，可以对每行数据的更新进行追踪记录。
现在实时计算 Flink 版的Hologres CDC Source，能实现表的实时镜像同步，甚至使用Flink + Hologres，能够实现ODS到DWD表的实时 ETL。
Hologres的Binlog功能默认是不开启的。
上图是一个例子，列出了如何使用Hologres的Binlog，这里是一个建表的DDL。
可以看到我们有额外两个表的属性，一个叫做binlog.level，设置为replica，代表这张表会开启Hologres的Binlog功能，’binlog.ttl’就是代表Binlog数据的一个生命周期，下面我们使用Hologres Binlog看看能达到一个什么样的效果。
由于Hologres是一个强Schema的数仓，所以我们甚至能够用SQL接口来查询Hologres的Binlog。如上所示，这里我们通过提供几个隐藏列：hg\_binlog\_lsn，hg\_binlog\_event\_type，hg\_binlog\_timestamp\_us，就能查询到Hologres的Binlog。
这里hg\_binlog\_lsn就是代表了每条Binlog生成的LSN序列号，然后hg\_binlog\_event\_type是代表了Binlog的消息类型，它是代表Delete还是Insert的，或者是Before Update，或者是说After Update。这里的hg\_binlog\_timestamp\_us代表这条Binlog生成的时间。
有了这几个隐藏列之后，用户就可以非常方便地使用SQL来进行Binlog的查询，进行数据的Debug。
Demo演示
（一）实时计算 Flink 版实时读写Hologres Demo
介绍完Hologres的读写场景之后，我们通过实际操作的Demo来看一下如何使用Flink来实时读写Hologres。
如上图所示，首先，我们这里有两张Hologres的表，这两张表都会开启Binlog。我们假设这两者会有实时的写入，然后我们会写另外一个Flink任务去实施消费这两张表的Binlog，进行这两张表Binlog的Merge，甚至进行一定的group by计算操作，最终将这两张表的数据同步写入之后关Hologres的另一张结果表。
接下来进入演示，首先我们看一下Hologres建表的DDL，如下所示。
a表的建表DDL
b表的建表DDL
这两张表有两个相同的字段，分别叫id和create\_time，之后会进行一个数据的聚合。每张表还会有一个不同的值，value\_from\_a是表a所特有的，value\_from\_b是表b所特有的。
结构表
最后我们会有一张结构表，这张结果表有a和b两张表共有的两个列，分别从a和b两张表得到了另外两个列a和b，我们希望将a和b的数据进行一个实时聚合，写入到Sink表里面。
我们看一下整个Flink的SQL。
这里首先是分别声明了两张Hologres的source表，需要实时的消费Hologres两张表的Binlog。
需要注意的是，我们这里需要开启‘binlog’=‘true’这个参数来让Flink进行消费Hologres的Binlog以及开启CDC模式。
结果表
然后我们来看一下结果表的声明，如上所示。
在这里需要注意的是，我们需要设置一个‘ignoreDelete’=‘false’，这样防止我们会忽略包括Delete或者beforeUpdate这种类型的数据，导致数据的不一致。
我们看一下整个Flink计算逻辑的SQL，如上所示。
这里的逻辑其实比较简单，其实只是将两张表的结果union起来，然后进行一个group by id和create\_time进行实时的sum，写入到Hologres的结果表。
这里的作业上线之后，我们可以直接启动运行该作业。
在启动的过程中，我们可以看一下当前Hologres这几张表的状态。
可以看到当前Hologres这几张表都是一张空表，我们会对这几张表进行更新，然后看一下数据的同步的过程。
首先往a表插入一条数据，可以看到a表的数据已经实时同步到结果表中。
接下来对b表数据进行一个更新。
可以看到这两个流的数据已经实时更新到结果表，并进行了准确的数据聚合。
接下来我们再更新a表。
可以看到对于源表a的实时更新，已经正确地反映到了结果表当中，Flink非常正确地计算出了两个流的结果。
我们甚至可以看一下这张sink表的binlog数据，因为我们这张结构表也同样开启了binlog的功能，如下所示。
可以看到，我们拿到这张表所有的变更记录，和我们预期的效果保持了一致。
以上就是Flink实时读写Hologres的Demo。
（二）Dataworks实时同步Hologres Demo
接下来我们看一下使用Dataworks将PolarDB的数据实时同步到Hologres的Demo演示。
首先我们进入到数据集成，数据同步要进行一个数据源的添加，点击数据源添加。
接着新增数据源，选择Hologres，填充完所有的信息之后，我们就可以进行一个数据的添加。
新增数据源
接下来进行数据同步的演示。
如上所示，首先这里已经有了一个 PolarDB的数据库，以及预先创建好了一张user\_details表，可以看到这里已经有三条查询结果记录，之后我们希望把这张表的数据同步到Hologres当中。
然后我们返回到数据集成，点击一键实时同步至Hologres，如下所示。
在基本配置中，数据源选择预先创建好的数据源PolarDB，之后选择需要同步的表user\_details，然后点击下一步。
之后，我们会需要选择目标Hologres的数据源，添加后进行刷新，可以刷新出user\_details这张表，然后可以配置这张表是否需要自动建表，还是用已经有的表，这里选择我们自动建表，然后点击下一步。
在DDL消息处理规则中，我们可以配置各种各样的策略处理，根据需求配置好规则后选择下一步。
接下来进行运行资源配置。对Dataworks数据进行实时同步，我们通常需要一个独享资源组，在这里我们已经完成了独享资源组的购买，然后选择各个同步功能所需要的资源组，完成配置并点击立即执行，等待作业的启动。
可以看到PolarDB的数据已经实时同步到Hologres这张结构表当中。
接下来可以对这张表再进行一定的更新，我们往这张user\_details表里面重新插入一条1004数据，数据插入成功后可以看一下Hologres结构表。
从后台可以看到，1004这条数据已经实时同步至Hologres，如下所示。
通过上方的演示可以看到，使用Dataworks实时同步Hologres功能，我们可以非常便捷地将数据库中的数据同步到Hologres。
常见问题及未来展望
（一）实时计算 Flink 版 Hologres Connector常见问题
经过上述提到的关于Hologres应用场景以及几个Demo，接下来看一下在使用过程中通常会遇到什么问题。
Q: 作业启动失败，无法连接Hologres。
A: Hologres实例需要与Flink集群在同一Region，且使用VPC Endpoint。
Q: 实时写入结果表数据不符合预期。
A: 通常是由回撤引起，需要正确设置ignoreDelete参数。
Q: 实时写入性能慢。
A: 当前高QPS场景的列存表局部更新开销较大，建议换成整行更新或者行存写入。
Q: 维表查询性能较差，且Hologres实例CPU负载高。
A: 通常是由于使用了列存表作为维表，建议切换至行存表。
Q: 实时消费Binlog报错。
A: 通常是由于表没有开启Binlog导致，需要重建表。
（二）未来展望
接下来看一下整个Hologres在实时读写链路上的一个未来的规划和展望。
- Flink One-To-Many 维表Join
这是一个即将上线的功能，我们会在Flink实现一对多的维表Join功能，就不需要强制使用Hologres表的主键进行维表查询。
但需要注意的是，这种场景下面通常性能不会特别好，因为难以避免的查询会导致整表的扫描，使得延迟比较高，所以还是建议用户尽可能使用一对一的点查场景。
- 基于JDBC实时消费Hologres Binlog
当前Hologres Binlog实现是使用了内置接口，暂时没有对外透出。之后，我们会实现基于JDBC的接口实现让用户实时消费Hologres Binlog。
- Dataworks数据集成实时消费Hologres Binlog
当前数据集成并不支持消费Hologres数据，之后我们会支持使用Dataworks的数据集成，能够实时消费Hologres Binlog，这样就能将Hologres的数据实时镜像地同步到其他的数据库当中。
- 无连接限制的SQL读写
由于PostgreSQL的模型限制，当前Hologres整个实例的连接数有一定的限制，之后我们会提供一个无连接限制的SQL读写的功能。
上文提到Hologres的一些 connector和Holo-Client，都已经开源到Github上面，有需求的用户可以访问下方链接进行使用。
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