clickhouse MergeTree系列引擎
在所有的表引擎中，最为核心的当属MergeTree系列表引擎，这些表引擎拥有最为强大的性能和最广泛的使用场合。对于非MergeTree系列的其他引擎而言，主要用于特殊用途，场景相对有限。而MergeTree系列表引擎是官方主推的存储引擎，支持几乎所有ClickHouse核心功能。
MergeTree表引擎
MergeTree在写入一批数据时，数据总会以数据片段的形式写入磁盘，且数据片段不可修改。为了避免片段过多，ClickHouse会通过后台线程，定期合并这些数据片段，属于相同分区的数据片段会被合成一个新的片段。这种数据片段往复合并的特点，也正是合并树名称的由来。
MergeTree作为家族系列最基础的表引擎，主要有以下特点：
- 存储的数据按照主键排序：允许创建
稀疏索引，从而加快数据查询速度 - 支持分区，可以通过
PRIMARY KEY语句指定分区字段。 - 支持数据副本
- 支持
数据采样
建表语法
CREATE TABLE [IF NOT EXISTS] [db.]table_name [ON CLUSTER cluster]
(
name1 [type1] [DEFAULT|MATERIALIZED|ALIAS expr1] [TTL expr1],
name2 [type2] [DEFAULT|MATERIALIZED|ALIAS expr2] [TTL expr2],
...
INDEX index_name1 expr1 TYPE type1(...) GRANULARITY value1,
INDEX index_name2 expr2 TYPE type2(...) GRANULARITY value2
) ENGINE = MergeTree()
ORDER BY expr
[PARTITION BY expr]
[PRIMARY KEY expr]
[SAMPLE BY expr]
[TTL expr [DELETE|TO DISK 'xxx'|TO VOLUME 'xxx'], ...]
[SETTINGS name=value, ...]
- ENGINE：
ENGINE = MergeTree()，MergeTree引擎没有参数 - ORDER BY：排序字段。比如
ORDER BY (Col1, Col2)，值得注意的是，如果没有指定主键，默认情况下sorting key(排序字段)即为主键。如果不需要排序，则可以使用ORDER BY tuple()语法，这样的话，创建的表也就不包含主键。这种情况下，ClickHouse会按照插入的顺序存储数据。必选。 - PARTITION BY：分区字段，可选。
- PRIMARY KEY：指定主键，如果排序字段与主键不一致，可以单独指定主键字段。否则默认主键是排序字段。可选。
- SAMPLE BY：采样字段，如果指定了该字段，那么主键中也必须包含该字段。比如
SAMPLE BY intHash32(UserID) ORDER BY (CounterID, EventDate, intHash32(UserID))。可选。 - TTL：数据的存活时间。在
MergeTree中，可以为某个列字段或整张表设置TTL。当时间到达时，如果是列字段级别的TTL，则会删除这一列的数据；如果是表级别的TTL，则会删除整张表的数据。可选。 - SETTINGS：额外的参数配置。可选。
建表示例
CREATE TABLE emp_mergetree
(
emp_id UInt16 COMMENT '员工id',
name String COMMENT '员工姓名',
work_place String COMMENT '工作地点',
age UInt8 COMMENT '员工年龄',
depart String COMMENT '部门',
salary Decimal32(2) COMMENT '工资'
) ENGINE = MergeTree() ORDER BY emp_id PARTITION BY work_place;
INSERT INTO emp_mergetree VALUES (1,'tom','上海',25,'技术部',20000),(2,'jack','上海',26,'人事部',10000);
INSERT INTO emp_mergetree VALUES (3,'bob','北京',33,'财务部',50000),(4,'tony','杭州',28,'销售事部',50000);
-- 按work_place进行分区
select * from emp_mergetree;
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 20000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
查看一下数据存储格式，可以看出，存在三个分区文件夹，每一个分区文件夹内存储了对应分区的数据。
[root@mypc01 ~]# ll /data/clickhouse/clickhousedata/data/default/emp_mergetree/
总用量 16
drwxr-x---. 2 root root 4096 1月 13 11:31 1c89a3ba9fe5fd53379716a776c5ac34_3_3_0
drwxr-x---. 2 root root 4096 1月 13 11:31 40d45822dbd7fa81583d715338929da9_1_1_0
drwxr-x---. 2 root root 4096 1月 13 11:31 a6155dcc1997eda1a348cd98b17a93e9_2_2_0
drwxr-x---. 2 root root 6 1月 13 11:31 detached
-rw-r-----. 1 root root 1 1月 13 11:31 format_version.txt
进入一个分区目录查看
-rw-r-----. 1 root root 27 1月 13 11:31 age.bin
-rw-r-----. 1 root root 48 1月 13 11:31 age.mrk2
-rw-r-----. 1 root root 591 1月 13 11:31 checksums.txt
-rw-r-----. 1 root root 138 1月 13 11:31 columns.txt
-rw-r-----. 1 root root 1 1月 13 11:31 count.txt
-rw-r-----. 1 root root 39 1月 13 11:31 depart.bin
-rw-r-----. 1 root root 48 1月 13 11:31 depart.mrk2
-rw-r-----. 1 root root 28 1月 13 11:31 emp_id.bin
-rw-r-----. 1 root root 48 1月 13 11:31 emp_id.mrk2
-rw-r-----. 1 root root 14 1月 13 11:31 minmax_work_place.idx
-rw-r-----. 1 root root 31 1月 13 11:31 name.bin
-rw-r-----. 1 root root 48 1月 13 11:31 name.mrk2
-rw-r-----. 1 root root 7 1月 13 11:31 partition.dat
-rw-r-----. 1 root root 4 1月 13 11:31 primary.idx
-rw-r-----. 1 root root 30 1月 13 11:31 salary.bin
-rw-r-----. 1 root root 48 1月 13 11:31 salary.mrk2
-rw-r-----. 1 root root 33 1月 13 11:31 work_place.bin
-rw-r-----. 1 root root 48 1月 13 11:31 work_place.mrk2
-
checksums.txt：校验文件，使用二进制格式存储。它保存了余下各类文件(primary. idx、count.txt等)的
size大小及size的哈希值，用于快速校验文件的完整性和正确性。 -
columns.txt：列信息文件，使用
明文格式存储。用于保存此数据分区下的列字段信息，例如[root@node1 ~]# cat /data/clickhouse/clickhousedata/data/default/emp_mergetree/1c89a3ba9fe5fd53379716a776c5ac34_3_3_0/columns.txt columns format version: 1 6 columns: `emp_id` UInt16 `name` String `work_place` String `age` UInt8 `depart` String `salary` Decimal(9, 2) -
count.txt：计数文件，使用明文格式存储。用于记录
当前数据分区目录下数据的总行数 -
primary.idx：一级索引文件，使用二进制格式存储。用于存放
稀疏索引，一张MergeTree表只能声明一次一级索引，即通过ORDER BY或者PRIMARY KEY指定字段。借助稀疏索引，在数据查询的时能够排除主键条件范围之外的数据文件，从而有效减少数据扫描范围，加速查询速度。 -
列.bin：数据文件，使用压缩格式存储，默认为
LZ4压缩格式，用于存储某一列的数据。由于MergeTree采用列式存储，所以每一个列字段都拥有独立的.bin数据文件，并以列字段名称命名。 -
列.mrk2：列字段标记文件，使用二进制格式存储。标记文件中保存了
.bin文件中数据的偏移量信息 -
partition.dat与minmax_[Column].idx：如果指定了分区键，则会额外生成partition.dat与minmax索引文件，它们均使用二进制格式存储。partition.dat用于保存当前分区下分区表达式最终生成的值，即分区字段值；而minmax索引用于记录当前分区下分区字段对应原始数据的最小和最大值。比如当使用EventTime字段对应的原始数据为2020-09-17、2020-09-30，分区表达式为PARTITION BY toYYYYMM(EventTime)，即按月分区。partition.dat中保存的值将会是2019-09，而minmax索引中保存的值将会是2020-09-17 2020-09-30。
注意点
- 多次插入数据，会生成多个分区文件
-- 新插入两条数据
INSERT INTO emp_mergetree VALUES (5,'robin','北京',35,'财务部',50000),(6,'lilei','北京',38,'销售事部',50000);
-- 查询结果
select * from emp_mergetree;
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name──┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 5 │ robin │ 北京 │ 35 │ 财务部 │ 50000.00 │
│ 6 │ lilei │ 北京 │ 38 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴───────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 20000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
可以看出，新插入的数据新生成了一个数据块，并没有与原来的分区数据在一起，我们可以执行optimize命令，执行合并操作
-- 执行合并操作
node1 :) OPTIMIZE TABLE emp_mergetree PARTITION '北京';
-- 再次执行查询
select * from emp_mergetree;
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 20000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name──┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
│ 5 │ robin │ 北京 │ 35 │ 财务部 │ 50000.00 │
│ 6 │ lilei │ 北京 │ 38 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴───────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
执行上面的合并操作之后，会新生成一个该分区的文件夹，原理的分区文件夹不变。
- 在
MergeTree中主键并不用于去重，而是用于索引，加快查询速度
-- 插入一条相同主键的数据
INSERT INTO emp_mergetree VALUES (1,'sam','杭州',35,'财务部',50000);
-- 会发现该条数据可以插入，由此可知，并不会对主键进行去重
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 20000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name──┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
│ 5 │ robin │ 北京 │ 35 │ 财务部 │ 50000.00 │
│ 6 │ lilei │ 北京 │ 38 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴───────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ sam │ 杭州 │ 35 │ 财务部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
ReplacingMergeTree表引擎
上文提到MergeTree表引擎无法对相同主键的数据进行去重，ClickHouse提供了ReplacingMergeTree引擎，可以针对相同主键的数据进行去重，它能够在合并分区时删除重复的数据。值得注意的是，ReplacingMergeTree只是在一定程度上解决数据重复问题，但是并不能完全保障数据不重复。
建表语法
CREATE TABLE [IF NOT EXISTS] [db.]table_name [ON CLUSTER cluster]
(
name1 [type1] [DEFAULT|MATERIALIZED|ALIAS expr1],
name2 [type2] [DEFAULT|MATERIALIZED|ALIAS expr2],
...
) ENGINE = ReplacingMergeTree([ver])
[PARTITION BY expr]
[ORDER BY expr]
[PRIMARY KEY expr]
[SAMPLE BY expr]
[SETTINGS name=value, ...]
- [ver]：可选参数，列的版本，可以是UInt、Date或者DateTime类型的字段作为版本号。该参数决定了数据去重的方式。
- 当没有指定[ver]参数时，保留最新的数据；如果指定了具体的值，保留最大的版本数据。
建表示例
CREATE TABLE emp_replacingmergetree
(
emp_id UInt16 COMMENT '员工id',
name String COMMENT '员工姓名',
work_place String COMMENT '工作地点',
age UInt8 COMMENT '员工年龄',
depart String COMMENT '部门',
salary Decimal32(2) COMMENT '工资'
) ENGINE = ReplacingMergeTree() ORDER BY emp_id PRIMARY KEY emp_id PARTITION BY work_place;
-- 插入数据
INSERT INTO emp_replacingmergetree VALUES (1,'tom','上海',25,'技术部',20000),(2,'jack','上海',26,'人事部',10000);
INSERT INTO emp_replacingmergetree VALUES (3,'bob','北京',33,'财务部',50000),(4,'tony','杭州',28,'销售事部',50000);
select * from emp_replacingmergetree;
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 20000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
注意点
当我们再次向该表插入具有相同主键的数据时，观察查询数据的变化
INSERT INTO emp_replacingmergetree VALUES (1,'tom','上海',25,'技术部',50000);
-- 查询数据，由于没有进行合并，所以存在主键重复的数据
select * from emp_replacingmergetree;
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 20000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
-- 执行合并操作
optimize table emp_replacingmergetree final;
-- 再次查询，相同主键的数据，保留最近插入的数据，旧的数据被清除
select * from emp_replacingmergetree;
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 50000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
从上面的示例中可以看出，ReplacingMergeTree是支持对数据去重的，那么是根据什么进行去重呢？答案是：ReplacingMergeTree在去除重复数据时，是以ORDERBY排序键为基准的，而不是PRIMARY KEY。我们在看一个示例：
CREATE TABLE emp_replacingmergetree1 (emp_id UInt16 COMMENT '员工id',name String COMMENT '员工姓名',work_place String COMMENT '工作地点',age UInt8 COMMENT '员工年龄',depart String COMMENT '部门',salary Decimal32(2) COMMENT '工资')ENGINE=ReplacingMergeTree() ORDER BY (emp_id,name) PRIMARY KEY emp_id PARTITION BY work_place;
----
ORDER BY (emp_id,name) -- 注意排序key是两个字段
PRIMARY KEY emp_id -- 主键是一个字段
-- 插入数据
INSERT INTO emp_replacingmergetree1 VALUES (1,'tom','上海',25,'技术部',20000),(2,'jack','上海',26,'人事部',10000);
INSERT INTO emp_replacingmergetree1 VALUES (3,'bob','北京',33,'财务部',50000),(4,'tony','杭州',28,'销售事部',50000);
再次向该表中插入相同emp_id和name的数据，并执行合并操作，再观察数据
-- 插入数据
INSERT INTO emp_replacingmergetree1 VALUES (1,'tom','上海',25,'技术部',50000),(1,'sam','上海',25,'技术部',20000);
-- 执行合并操作
optimize table emp_replacingmergetree1 final;
-- 再次查询，可见相同的emp_id和name数据被去重，而形同的主键emp_id不会去重
-- ReplacingMergeTree在去除重复数据时，是以ORDERBY排序键为基准的，而不是PRIMARY KEY
select * from emp_replacingmergetree1;
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ sam │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 20000.00 │
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 50000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
至此，我们知道了ReplacingMergeTree是支持去重的，并且是按照ORDERBY排序键为基准进行去重的。细心的你会发现，上面的重复数据是在一个分区内的，那么如果重复的数据不在一个分区内，会发生什么现象呢？我们再次向上面的emp_replacingmergetree1表插入不同分区的重复数据
-- 插入数据
INSERT INTO emp_replacingmergetree1 VALUES (1,'tom','北京',26,'技术部',10000);
-- 执行合并操作
optimize table emp_replacingmergetree1 final;
-- 再次查询
-- 发现 1 │ tom │ 北京 │ 26 │ 技术部 │ 10000.00
-- 与 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 50000.00
-- 数据重复，因为这两行数据不在同一个分区内
-- 这是因为ReplacingMergeTree是以分区为单位删除重复数据的。
-- 只有在相同的数据分区内重复的数据才可以被删除，而不同数据分区之间的重复数据依然不能被剔除
select * from emp_replacingmergetree1;
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart───┬───salary─┐
│ 4 │ tony │ 杭州 │ 28 │ 销售事部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴──────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ sam │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 20000.00 │
│ 1 │ tom │ 上海 │ 25 │ 技术部 │ 50000.00 │
│ 2 │ jack │ 上海 │ 26 │ 人事部 │ 10000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
┌─emp_id─┬─name─┬─work_place─┬─age─┬─depart─┬───salary─┐
│ 1 │ tom │ 北京 │ 26 │ 技术部 │ 10000.00 │
│ 3 │ bob │ 北京 │ 33 │ 财务部 │ 50000.00 │
└────────┴──────┴────────────┴─────┴────────┴──────────┘
总结
- 如何判断数据重复
ReplacingMergeTree在去除重复数据时，是以ORDERBY排序键为基准的，而不是PRIMARY KEY。
- 何时删除重复数据
在执行分区合并时，会触发删除重复数据。optimize的合并操作是在后台执行的，无法预测具体执行时间点，除非是手动执行。
- 不同分区的重复数据不会被去重
ReplacingMergeTree是以分区为单位删除重复数据的。只有在相同的数据分区内重复的数据才可以被删除，而不同数据分区之间的重复数据依然不能被剔除。
- 数据去重的策略是什么
如果没有设置[ver]版本号，则保留同一组重复数据中的最新插入的数据；如果设置了**[ver]版本号**，则保留同一组重复数据中ver字段取值最大的那一行。
- optimize命令使用
一般在数据量比较大的情况，尽量不要使用该命令。因为在海量数据场景下，执行optimize要消耗大量时间