Apache Doris在京东搜索实时OLAP中的应用实践

1、前言

本文讨论了京东搜索在实时流量数据分析方面，利用Apache Flink和Apache Doris进行的探索和实践。流式计算在近些年的热度与日俱增，从Google Dataflow论文的发表，到Apache Flink计算引擎逐渐站到舞台中央，再到Apache Druid等实时分析型数据库的广泛应用，流式计算引擎百花齐放。但不同的业务场景，面临着不同的问题，没有哪一种引擎是万能的。我们希望京东搜索业务在流计算的应用实践，能够给到大家一些启发，也欢迎大家多多交流，给我们提出宝贵的建议。

2、搜索业务形态

京东集团的新使命是“技术为本，致力于更高效和可持续的世界”。京东搜索作为电商平台的一个入口，为众多商家与用户提供连接的纽带。京东搜索发挥着导流的作用，给用户提供表达需求的入口；为了正确理解用户意图，将用户的需求进行高效的转化，线上同时运行着多个AB实验算法，遍及POP形态与自营形态的多个商品，而这些商品所属的品类、所在的组织架构以及品牌店铺等属性，都需要在线进行监控，以衡量转化的效果和承接的能力。

3、实时技术的挑战

目前搜索上层应用业务对实时数据的需求，主要包含三部分内容：

1、 搜索整体数据的实时分析。

2、 AB实验效果的实时监控。

3、 热搜词的Top榜单以反映舆情的变化。

这三部分数据需求，都需要进行深度的下钻，维度细化需要到SKU粒度。同时我们也承担着搜索实时数据平台的建设任务，为下游用户输出不同层次的实时流数据。

我们的用户包括搜索的运营、产品、算法以及采销人员。虽然不同用户关心的数据粒度不同、时间频率不同、维度也不同，但是我们希望能够建立统一的实时OLAP数据仓库，并提供一套安全、可靠的、灵活的实时数据服务。

目前每日新增的曝光日志达到几亿条记录，而拆分到SKU粒度的日志则要翻10倍，再细拆到AB实验的SKU粒度时，数据量则多达上百亿记录，多维数据组合下的聚合查询要求秒级响应时间，这样的数据量也给团队带来了不小的挑战。

4、实时技术架构演进

我们之前的方案是以Apache Storm引擎进行点对点的数据处理，这种方式在业务需求快速增长的阶段，可以快速的满足实时报表的需求。但是随着业务的不断发展、数据量逐渐增加以及需求逐渐多样化，弊端随之产生。例如灵活性差、数据一致性无法满足、开发效率较低、资源成本增加等。

为解决之前架构出现的问题，我们首先进行了架构升级，将storm引擎替换为Apache Flink，用以实现高吞吐、exactly once的处理语义。同时根据搜索数据的特点，将实时数据进行分层处理，构建出PV流明细层、SKU流明细层和AB实验流明细层，期望基于不同明细层的实时流，构建上层的实时OLAP层。

OLAP层的技术选型，需要满足以下几点：

1：数据延迟在分钟级，查询响应时间在秒级

2：标准SQL交互引擎，降低使用成本

3：支持join操作，方便维度增加属性信息

4：流量数据可以近似去重，但订单行要精准去重

5：高吞吐，每分钟数据量在千万级记录，每天数百亿条新增记录

6：前端业务较多，查询并发度不能太低

通过对比目前业界广泛使用的支持实时导入的OLAP引擎，我们在druid、ES、clickhouse和doris之间做了横向比较：

通过对比开源的几款实时OLAP引擎，我们发现doris和clickhouse能够满足我们的需求，但是clickhouse的并发度太低是个潜在的风险，而且clickhouse的数据导入没有事务支持，无法实现exactly once语义，对标准sql的支持也是有限的。

最终，我们选定doris作为聚合层，用于实时OLAP分析。对于流量数据，使用聚合模型建表；对于订单行，我们将聚合模型换成Uniq模型，保证同一个订单最终只会存储一条记录，从而达到订单行精准去重的目的。在flink处理时，我们也将之前的任务拆解，将反复加工的逻辑封装，每一次处理都生成新的topic流，明细层细分了不同粒度的实时流。新方案如下：

目前的技术架构中，flink的任务是非常轻的，state状态非常小，并没有使用KeyedState自定义状态，而OperatorState中只包含kafka的offset信息，这样保证任务的运行开销很小，稳定性大大提升。同时基于生产的数据明细层，我们直接使用了doris来充当聚合层的功能，将原本可以在flink中实现的窗口计算，下沉到doris中完成。利用doris的routine load消费实时数据，虽然数据在导入前是明细粒度，但是基于聚合模型，导入后自动进行异步聚合。而聚合度的高低，完全根据维度的个数与维度的基数决定。通过在base表上建立rollup，在导入时双写或多写并进行预聚合操作，这有点类似于物化视图的功能，可以将数据进行高度的汇总，以提升查询性能。

在明细层采用kafka直接对接到doris，还有一个好处就是这种方式天然的支持数据回溯。数据回溯简单说就是当遇到实时数据的乱序问题时，可以将“迟到”的数据进行重新计算，更新之前的结果。这是因为我们导入的是明细数据，延迟的数据无论何时到达都可以被写入到表中，而查询接口只需要再次进行查询即可获得最新的计算结果。最终方案的数据流图如下：

5、技术取舍

实时数据处理的技术实现，需要在低延迟、准确性和成本之间进行取舍。我们采用doris作为实时仓库的聚合层，其实也是在多方面进行了取舍。例如：

1、routine load的导入任务，为了达到更高的写入吞吐量，我们将实时导入任务的最大时间间隔设置了30s，即增加了导入延迟，换来了更大的吞吐

2、为了降低开发成本，节省计算资源，我们通过建立rollup来支持快速的查询需求，但是却增加了存储压力以及写入时的IO压力

3、PV、UV等流量指标在聚合时采用的是HLL计算，降低了精度，换来了更短的查询响应时间

以上几点取舍，是结合业务场景与需求的要求而决定的，并非绝对的情况。所以，面对实时数据大规模、无界、乱序等特点，实时流计算的选型，最终考虑的就是如何取舍。

6、Doris在大促期间的优化

上文提到我们在doris中建立了不同粒度的聚合模型，包括PV粒度、SKU粒度以及AB实验粒度。我们这里以每日生产数据量最大的曝光AB实验模型为例，阐述在doris中如何支持大促期间每日新增百亿条记录的查询的。

AB实验的效果监控，业务上需要10分钟、30分钟、60分钟以及全天累计等四个时间段，同时需要根据渠道、平台和一二三级品类等维度进行下钻分析，观测的指标则包含曝光PV、UV、曝光SKU件次、点击PV、点击UV等基础指标，以及CTR等衍生指标。

在数据建模阶段，我们将曝光实时数据建立聚合模型，其中K空间包含日期字段、分钟粒度的时间字段、渠道、平台、一二三级品类等，V空间则包含上述的指标列，其中UV和PV进行HLL近似计算，而SKU件次则采用SUM函数，每到来一条记录则加1。由于AB实验数据都是以AB实验位作为过滤条件，因此将实验位字段设置为分桶字段，查询时能够快速定位tablet分片。值得注意的是，HLL的近似度在目前PV和UV的基数下，实际情况误差在0.8%左右，符合预期。

目前doris的集群共30+台BE，存储采用的是支持NVMe协议的SSD硬盘。AB实验曝光topic的分区数为40+，每日新增百亿条数据。在数据导入阶段，我们主要针对导入任务的三个参数进行优化：最大时间间隔、最大数据量以及最大记录数。当这3个指标中任何一个达到设置的阈值时，任务都会触发导入操作。为了更好的了解任务每次触发的条件，达到10分钟消费6亿条记录的压测目标，我们通过间隔采样的方法，每隔3分钟采样一次任务的情况，获取Statistic信息中的receivedBytes、cimmittedTaskNum、loadedRows以及taskExecuteTimeMs数值。通过对上述数值在前后2个时间段的差值计算，确定每个任务触发的条件，并调整参数，以在吞吐和延迟之间进行平衡，最终达到压测的要求。

为了实现快速的多维数据查询，基于base表建立了不同的rollup，同时每个rollup的字段顺序，也要遵循过滤的字段尽可能放到前面的原则，充分利用前缀索引的特性。这里并不是rollup越多越好，因为每个rollup都会有相应的物理存储，每增加一个rollup，在写入时就会增加一份IO。最终我们在此表上建立了2个rollup，在要求的响应时间内尽可能多的满足查询需求。

7、总结与展望

京东搜索是在今年5月份引入doris的，第一个应用的上线到现在已经运行半年时间。目前集群版本是0.11.33，规模是30+台BE，线上同时运行着10+ 个routine load任务，每日新增数据条数在200亿+，已经成为京东体量最大的doris用户。 从结果看，用doris替换flink的窗口计算，既可以提高开发效率，适应维度的变化，同时也可以降低计算资源，用doris充当实时数据仓库的聚合层，并提供统一的接口服务，保证了数据的一致性和安全性。

我们在使用中也遇到了查询相关的、任务调度相关的bug，也在推动京东OLAP平台升级到0.12版本。接下来待版本升级后，我们计划使用bitmap功能来支持UV等指标的精准去重操作，并将推荐实时业务应用doris实现。除此之外，为了完善实时数仓的分层结构，为更多业务提供数据输入，我们也计划使用适当的flink窗口开发聚合层的实时流，增加数据的丰富度和完整度。

作者：李哲，京东搜推数据开发工程师，曾就职于美团点评，主要从事离线数据开发、流计算开发以及OLAP多维查询引擎的应用开发。