clickhouse系列学习笔记——（一）clickhouse简介

一 clickhouse-简介

​ ClickHouse是俄罗斯的Yandex于2016年开源的一个用于联机分析(OLAP:Online Analytical Processing)的列式数据库管理系统(DBMS:Database Management System) , 主要用于在线分析处理查询（OLAP），能够使用SQL查询实时生成分析数据报告。 ClickHouse的全称是Click Stream，Data WareHouse，简称ClickHouse

实时数据 ,事件,快

​ ClickHouse是一个完全的列式分布式数据库管理系统(DBMS)，允许在运行时创建表和数据库，加载数据和运行查询，而无需重新配置和重新启动服务器，支持线性扩展，简单方便，高可靠性，容错。它在大数据领域没有走 Hadoop 生态，而是采用 Local attached storage 作为存储，这样整个 IO 可能就没有 Hadoop 那一套的局限。它的系统在生产环境中可以应用到比较大的规模，因为它的线性扩展能力和可靠性保障能够原生支持 shard + replication 这种解决方案。它还提供了一些 SQL 直接接口，有比较丰富的原生 client。

补充OLAP概念

OLAP基础概念篇 https://blog.csdn.net/qq_37933018/article/details/111535904

OLAP开源组件篇https://blog.csdn.net/qq_37933018/article/details/111537128

1 优点

1. 灵活的MPP架构,支持线性扩展，简单方便，高可靠性

2. 多服务器分布式处理数据 ,完备的DBMS系统

3. 底层数据列式存储,支持压缩,优化数据存储,优化索引数据 优化底层存储

4. 容错跑分快：比Vertica快5倍，比Hive快279倍，比MySQL快800倍,其可处理的数据级别已达到10亿级别

5. 功能多：支持数据统计分析各种场景，支持类SQL查询，异地复制部署

   海量数据存储,分布式运算,快速闪电的性能,几乎实时的数据分析 ,友好的SQL语法,出色的函数支持

2 缺点

1. 不支持事务，不支持真正的删除/更新
2. 不支持高并发，官方建议qps为100，可以通过修改配置文件增加连接数，但是在服务器足够好的情况下
3. 不支持二级索引
4. 不擅长多表join *** 大宽表
5. 元数据管理需要人为干预 ***
6. 尽量做1000条以上批量的写入，避免逐行insert或小批量的insert，update，delete操作

3 应用场景

1.绝大多数请求都是用于读访问的, 要求实时返回结果
2.数据需要以大批次（大于1000行）进行更新，而不是单行更新；或者根本没有更新操作
3.数据只是添加到数据库，没有必要修改
4.读取数据时，会从数据库中提取出大量的行，但只用到一小部分列
5.表很“宽”，即表中包含大量的列
6.查询频率相对较低（通常每台服务器每秒查询数百次或更少）
7.对于简单查询，允许大约50毫秒的延迟
8.列的值是比较小的数值和短字符串（例如，每个URL只有60个字节）
9.在处理单个查询时需要高吞吐量（每台服务器每秒高达数十亿行）
10.不需要事务
11.数据一致性要求较低 [原子性 持久性 一致性 隔离性]
12.每次查询中只会查询一个大表。除了一个大表，其余都是小表
13.查询结果显著小于数据源。即数据有过滤或聚合。返回结果不超过单个服务器内存大小

4 核心概念

1) 数据分片

数据分片是将数据进行横向切分，这是一种在面对海量数据的场 景下，解决存储和查询瓶颈的有效手段，是一种分治思想的体现。 ClickHouse支持分片，而分片则依赖集群。每个集群由1到多个分片组成，而每个分片则对应了ClickHouse的1个服务节点。分片的数量上限 取决于节点数量（1个分片只能对应1个服务节点）。ClickHouse并不像其他分布式系统那样，拥有高度自动化的分片功能。ClickHouse提供了本地表（Local Table）与分布式表（Distributed Table）的概念。一张本地表等同于一份数据的分片。而分布式表本身不存储任何数据，它是本地表的访问代理，其作用类似分库中间件。借助分布式表，能够代理访问多个数据分片，从而实现分布式查询。这种设计类似数据库的分库和分表，十分灵活。例如在业务系统上线的初期，数据体量并不高，此时数据表并不需要多个分片。所以使用单个节点的本地表（单个数据分片）即可满足业务需求，待到业务增长、数据量增大的时候，再通过新增数据分片的方式分流数据，并通过分布式表实现分布式查询。这就好比一辆手动挡赛车，它将所有的选择权都交到了使用者的手中!

2) 列式存储

1）如前所述，分析场景中往往需要读大量行但是少数几个列。在行存模式下，数据按行连续存储，所有列的数据都存储在一个bloCK中，不参与计算的列在IO时也要全部读出，读取操作被严重放大。而列存模式下，只需要读取参与计算的列即可，极大的减低了IO cost，加速了查询。

2）同一列中的数据属于同一类型，压缩效果显著。列存往往有着高达十倍甚至更高的压缩比，节省了大量的存储空间，降低了存储成本。

3）更高的压缩比意味着更小的data size，从磁盘中读取相应数据耗时更短。

4）自由的压缩算法选择。不同列的数据具有不同的数据类型，适用的压缩算法也就不尽相同。可以针对不同列类型，选择最合适的压缩算法。

5）高压缩比，意味着同等大小的内存能够存放更多数据，系统cache效果更好。

官方数据显示，通过使用列存，在某些分析场景下，能够获得100倍甚至更高的加速效应。

3) 向量化

ClickHouse不仅将数据按列存储，而且按列进行计算。传统OLTP数据库通常采用按行计算，原因是事务处理中以点查为主，SQL计算量小，实现这些技术的收益不够明显。但是在分析场景下，单个SQL所涉及计算量可能极大，将每行作为一个基本单元进行处理会带来严重的性能损耗：
1）对每一行数据都要调用相应的函数，函数调用开销占比高；
2）存储层按列存储数据，在内存中也按列组织，但是计算层按行处理，无法充分利用CPU cache的预读能力，造成CPU Cache miss严重；
3）按行处理，无法利用高效的SIMD指令；
ClickHouse实现了向量执行引擎（Vectorized execution engine），对内存中的列式数据，一个batch调用一次SIMD指令（而非每一行调用一次），不仅减少了函数调用次数、降低了cache miss，而且可以充分发挥SIMD指令的并行能力，大幅缩短了计算耗时。向量执行引擎，通常能够带来数倍的性能提升。
(SIMD全称Single Instruction Multiple Data，单指令多数据流，能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集。以同步方式，在同一时间内执行同一条指令。)

4) 表

上层数据的视图展示概念 ,包括表的基本结构和数据

5) 分区

ClickHouse支持PARTITION BY子句，在建表时可以指定按照任意合法表达式进行数据分区操作，比如通过toYYYYMM()将数据按月进行分区、toMonday()将数据按照周几进行分区、对Enum类型的列直接每种取值作为一个分区等。数据以分区的形式统一管理和维护一批数据!

6) 副本

数据存储副本,在集群模式下实现高可用 , 简单理解就是相同的数据备份，在CK中通过复制集，我们实现保障了数据可靠性外，也通过多副本的方式，增加了CK查询的并发能力。这里一般有2种方式：（1）基于ZooKeeper的表复制方式；（2）基于Cluster的复制方式。由于我们推荐的数据写入方式本地表写入，禁止分布式表写入，所以我们的复制表只考虑ZooKeeper的表复制方案。

7) 引擎

不同的引擎决定了表数据的存储特点,位置和表数据的操作行为:

1. 决定表存储在哪里以及以何种方式存储

2. 支持哪些查询以及如何支持

3. 并发数据访问

4. 索引的使用

5. 是否可以执行多线程请求

6. 数据复制参数

7. 并发操作 insert into tb_x select * from tb_x ;

表引擎决定了数据在文件系统中的存储方式，常用的也是官方推荐的存储引擎是MergeTree系列，如果需要数据副本的话可以使用ReplicatedMergeTree系列，相当于MergeTree的副本版本。读取集群数据需要使用分布式表引擎Distribute。