干货 | 每天十亿级数据更新，秒出查询结果，ClickHouse在携程酒店的应用
作者简介
蔡岳毅，携程酒店大数据高级研发经理，负责酒店数据智能平台研发，大数据技术创新工作。喜欢探索研究大数据的开源技术框架。
一、背景
1）携程酒店每天有上千表，累计十多亿数据更新，如何保证数据更新过程中生产应用高可用；
2）每天有将近百万次数据查询请求，用户可以从粗粒度国家省份城市汇总不断下钻到酒店，房型粒度的数据，我们往往无法对海量的明细数据做进一步层次的预聚合，大量的关键业务数据都是好几亿数据关联权限，关联基础信息，根据用户场景获取不同维度的汇总数据；
3）为了让用户无论在app端还是pc端查询数据提供秒出的效果，我们需要不断的探索，研究找到最合适的技术框架。
对此，我们尝试过关系型数据库，但千万级表关联数据库基本上不太可能做到秒出，考虑过Sharding，但数据量大，各种成本都很高。热数据存储到ElasticSearch，但无法跨索引关联，导致不得不做宽表，因为权限，酒店信息会变，所以每次要刷全量数据，不适用于大表更新，维护成本也很高。Redis键值对存储无法做到实时汇总，也测试过Presto，GreenPlum，kylin，真正让我们停下来深入研究，不断的扩展使用场景的是ClickHouse。
二、ClickHouse介绍
ClickHouse是一款用于大数据实时分析的列式数据库管理系统，而非数据库。通过向量化执行以及对cpu底层指令集（SIMD）的使用，它可以对海量数据进行并行处理，从而加快数据的处理速度。
主要优点有：
1）为了高效的使用CPU，数据不仅仅按列存储，同时还按向量进行处理；
2）数据压缩空间大，减少io；处理单查询高吞吐量每台服务器每秒最多数十亿行；
3）索引非B树结构，不需要满足最左原则；只要过滤条件在索引列中包含即可；即使在使用的数据不在索引中，由于各种并行处理机制ClickHouse全表扫描的速度也很快；
4）写入速度非常快，50-200M/s，对于大量的数据更新非常适用；
ClickHouse并非万能的，正因为ClickHouse处理速度快，所以也是需要为“快”付出代价。选择ClickHouse需要有下面注意以下几点：
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）sql满足日常使用80%以上的语法，join写法比较特殊；最新版已支持类似sql的join，但性能不好；
4）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，因为ClickHouse底层会不断的做异步的数据合并，会影响查询性能，这个在做实时数据写入的时候要尽量避开；
5）Clickhouse快是因为采用了并行处理机制，即使一个查询，也会用服务器一半的cpu去执行，所以ClickHouse不能支持高并发的使用场景，默认单查询使用cpu核数为服务器核数的一半，安装时会自动识别服务器核数，可以通过配置文件修改该参数；
三、ClickHouse在酒店数据智能平台的实践
3.1 数据更新
我们的主要数据源是Hive到ClickHouse，现在主要采用如下两种方式：
1）Hive到MySql，再导入到ClickHouse
初期在DataX不支持hive到ClickHouse的数据导入，我们是通过DataX将数据先导入mysql，再通过ClickHouse原生api将数据从mysql导入到ClickHouse。
为此我们设计了一套完整的数据导入流程，保证数据从hive到mysql再到ClickHouse能自动化，稳定的运行，并保证数据在同步过程中线上应用的高可用。
2）Hive到ClickHouse
DataX现在支持hive到ClickHouse，我们部分数据是通过DataX直接导入ClickHouse。但DataX暂时只支持导入，因为要保证线上的高可用，所以仅仅导入是不够的，还需要继续依赖我们上面的一套流程来做ReName，增量数据更新等操作。
针对数据高可用，我们对数据更新机制做了如下设计：
3.1.1全量数据导入流程
全量数据的导入过程比较简单，仅需要将数据先导入到临时表中，导入完成之后，再通过对正式表和临时表进行ReName操作，将对数据的读取从老数据切换到新数据上来。
3.1.2增量数据的导入过程
增量数据的导入过程，我们使用过两个版本。
由于ClickHouse的delete操作过于沉重，所以最早是通过删除指定分区，再把增量数据导入正式表的方式来实现的。
这种方式存在如下问题：一是在增量数据导入的过程中，数据的准确性是不可保证的，如果增量数据越多，数据不可用的时间就越长；二是ClickHouse删除分区的动作，是在接收到删除指令之后内异步执行，执行完成时间是未知的。如果增量数据导入后，删除指令也还在异步执行中，会导致增量数据也会被删除。最新版的更新日志说已修复这个问题。
针对以上情况，我们修改了增量数据的同步方案。在增量数据从Hive同步到ClickHouse的临时表之后，将正式表中数据反写到临时表中，然后通过ReName方法切换正式表和临时表。
通过以上流程，基本可以保证用户对数据的导入过程是无感知的。
3.2 数据导入过程的监控与预警
由于数据量大，数据同步的语句经常性超时。为保证数据同步的每一个过程都是可监控的，我们没有使用ClickHouse提供的JDBC来执行数据同步语句，所有的数据同步语句都是通过调用ClickHouse的RestfulAPI来实现的。
调用RestfulAPI的时候，可以指定本次查询的QueryID。在数据同步语句超时的情况下，通过轮询来获得某QueryID的执行进度。这样保证了整个查询过程的有序运行。在轮询的过程中，会对异常情况进行记录，如果异常情况出现的频次超过阈值，JOB会通过短信给相关人员发出预警短信。
3.3 服务器分布与运维
现在主要根据场景分国内，海外/供应商，实时数据，风控数据4个集群。每个集群对应的两到三台服务器，相互之间做主备，程序内部将查询请求分散到不同的服务器上做负载均衡。
假如某一台服务器出现故障，通过配置界面修改某个集群的服务器节点，该集群的请求就不会落到有故障的服务器上。如果在某个时间段某个特定的数据查询量比较大，组建虚拟集群，将所有的请求分散到其他资源富于的物理集群上。
下半年计划把每个集群的两台机器分散到不同的机房，可以继续起到现有的主备，负载均衡的作用还能起到dr的作用。同时为了保障线上应用的高可用，我们会实现自动健康检测机制，针对突发异常的服务器自动拉出我们的虚拟集群。
我们会监控每台服务器每天的查询量，每个语句的执行时间，服务器CPU，内存相关指标，以便于及时调整服务器上查询量比较高的请求到其他服务器。
四、ClickHouse使用探索
我们在使用ClickHouse的过程中遇到过各种各样的问题，总结出来供大家参考。
1）关闭Linux虚拟内存。在一次ClickHouse服务器内存耗尽的情况下，我们Kill掉占用内存最多的Query之后发现，这台ClickHouse服务器并没有如预期的那样恢复正常，所有的查询依然运行的十分缓慢。
通过查看服务器的各项指标，发现虚拟内存占用量异常。因为存在大量的物理内存和虚拟内存的数据交换，导致查询速度十分缓慢。关闭虚拟内存，并重启服务后，应用恢复正常。
2）为每一个账户添加join_use_nulls配置。ClickHouse的SQL语法是非标准的，默认情况下，以Left Join为例，如果左表中的一条记录在右表中不存在，右表的相应字段会返回该字段相应数据类型的默认值，而不是标准SQL中的Null值。对于习惯了标准SQL的我们来说，这种返回值经常会造成困扰。
3）JOIN操作时一定要把数据量小的表放在右边，ClickHouse中无论是Left Join 、Right Join还是Inner Join永远都是拿着右表中的每一条记录到左表中查找该记录是否存在，所以右表必须是小表。
4）通过ClickHouse官方的JDBC向ClickHouse中批量写入数据时，必须控制每个批次的数据中涉及到的分区的数量，在写入之前最好通过Order By语句对需要导入的数据进行排序。无序的数据或者数据中涉及的分区太多，会导致ClickHouse无法及时的对新导入的数据进行合并，从而影响查询性能。
5）尽量减少JOIN时的左右表的数据量，必要时可以提前对某张表进行聚合操作，减少数据条数。有些时候，先GROUP BY再JOIN比先JOIN再GROUP BY查询时间更短。
6）ClickHouse版本迭代很快，建议用去年的稳定版，不能太激进，新版本我们在使用过程中遇到过一些bug，内存泄漏，语法不兼容但也不报错，配置文件并发数修改后无法生效等问题。
7）避免使用分布式表，ClickHouse的分布式表性能上性价比不如物理表高，建表分区字段值不宜过多，太多的分区数据导入过程磁盘可能会被打满。
8）服务器CPU一般在50%左右会出现查询波动，CPU达到70%会出现大范围的查询超时，所以ClickHouse最关键的指标CPU要非常关注。我们内部对所有ClickHouse查询都有监控，当出现查询波动的时候会有邮件预警。
9）查询测试Case有：6000W数据关联1000W数据再关联2000W数据sum一个月间夜量返回结果：190ms；2.4亿数据关联2000W的数据group by一个月的数据大概390ms。但ClickHouse并非无所不能，查询语句需要不断的调优，可能与查询条件有关，不同的查询条件表是左join还是右join也是很有讲究的。
五、总结
酒店数据智能平台从去年7月份试点，到现在80%以上的业务都已接入ClickHouse。满足每天十多亿的数据更新和近百万次的数据查询，支撑app性能98.3%在1秒内返回结果，pc端98.5%在3秒内返回结果。
从使用的角度，查询性能不是数据库能相比的，从成本上也是远低于关系型数据库成本的，单机支撑40亿以上的数据查询毫无压力。与ElasticSearch，Redis相比ClickHouse可以满足我们大部分使用场景。
我们会继续更深入的研究ClickHouse，跟进最新的版本，同时也会继续保持对外界更好的开源框架的研究，尝试，寻找到更合适我们的技术框架。
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