Apache Hudi使用简介
[TOC]
数据实时处理和实时的数据
实时分为处理的实时和数据的实时
即席分析是要求对数据实时的处理，马上要得到对应的结果
Flink、Spark Streaming是用来对实时数据的实时处理，数据要求实时，处理也要迅速
数据不实时，处理也不及时的场景则是我们的数仓T+1数据
而本文探讨的Apache Hudi，对应的场景是数据的实时，而非处理的实时。它旨在将Mysql中的时候以近实时的方式映射到大数据平台，比如Hive中。
业务场景和技术选型
传统的离线数仓，通常数据是T+1的，不能满足对当日数据分析的需求
而流式计算一般是基于窗口，并且窗口逻辑相对比较固定。
而笔者所在的公司有一类特殊的需求，业务分析比较熟悉现有事务数据库的数据结构，并且希望有很多即席分析，这些分析包含当日比较实时的数据。惯常他们是基于Mysql从库，直接通过Sql做相应的分析计算。但很多时候会遇到如下障碍
- 数据量较大、分析逻辑较为复杂时，Mysql从库耗时较长
- 一些跨库的分析无法实现
因此，一些弥合在OLTP和OLAP之间的技术框架出现，典型有TiDB。它能同时支持OLTP和OLAP。而诸如Apache Hudi和Apache Kudu则相当于现有OLTP和OLAP技术的桥梁。他们能够以现有OLTP中的数据结构存储数据，支持CRUD，同时提供跟现有OLAP框架的整合(如Hive，Impala)，以实现OLAP分析
Apache Kudu，需要单独部署集群。而Apache Hudi则不需要，它可以利用现有的大数据集群比如HDFS做数据文件存储，然后通过Hive做数据分析，相对来说更适合资源受限的环境
Apache hudi简介
使用Aapche Hudi整体思路
Hudi 提供了Hudi 表的概念，这些表支持CRUD操作。我们可以基于这个特点，将Mysql Binlog的数据重放至Hudi表，然后基于Hive对Hudi表进行查询分析。数据流向架构如下
file
Hudi表数据结构
Hudi表的数据文件，可以使用操作系统的文件系统存储，也可以使用HDFS这种分布式的文件系统存储。为了后续分析性能和数据的可靠性，一般使用HDFS进行存储。以HDFS存储来看，一个Hudi表的存储文件分为两类。
file
- 包含
_partition_key相关的路径是实际的数据文件，按分区存储，当然分区的路径key是可以指定的，我这里使用的是_partition_key - .hoodie 由于CRUD的零散性，每一次的操作都会生成一个文件，这些小文件越来越多后，会严重影响HDFS的性能，Hudi设计了一套文件合并机制。 .hoodie文件夹中存放了对应的文件合并操作相关的日志文件。
数据文件
Hudi真实的数据文件使用Parquet文件格式存储
file
.hoodie文件
Hudi把随着时间流逝，对表的一系列CRUD操作叫做Timeline。Timeline中某一次的操作，叫做Instant。Instant包含以下信息
- Instant Action 记录本次操作是一次数据提交（COMMITS），还是文件合并（COMPACTION），或者是文件清理（CLEANS）
- Instant Time 本次操作发生的时间
- state 操作的状态，发起(REQUESTED)，进行中(INFLIGHT)，还是已完成(COMPLETED)
.hoodie文件夹中存放对应操作的状态记录
file
Hudi记录Id
hudi为了实现数据的CRUD，需要能够唯一标识一条记录。hudi将把数据集中的唯一字段(record key ) + 数据所在分区 (partitionPath) 联合起来当做数据的唯一键
COW和MOR
基于上述基础概念之上，Hudi提供了两类表格式COW和MOR。他们会在数据的写入和查询性能上有一些不同
Copy On Write Table
简称COW。顾名思义，他是在数据写入的时候，复制一份原来的拷贝，在其基础上添加新数据。正在读数据的请求，读取的是是近的完整副本，这类似Mysql 的MVCC的思想。
image
上图中，每一个颜色都包含了截至到其所在时间的所有数据。老的数据副本在超过一定的个数限制后，将被删除。这种类型的表，没有compact instant，因为写入时相当于已经compact了。
- 优点 读取时，只读取对应分区的一个数据文件即可，较为高效
- 缺点 数据写入的时候，需要复制一个先前的副本再在其基础上生成新的数据文件，这个过程比较耗时。且由于耗时，读请求读取到的数据相对就会滞后
Merge On Read Table
简称MOR。新插入的数据存储在delta log 中。定期再将delta log合并进行parquet数据文件。读取数据时，会将delta log跟老的数据文件做merge，得到完整的数据返回。当然，MOR表也可以像COW表一样，忽略delta log，只读取最近的完整数据文件。下图演示了MOR的两种数据读写方式
image
- 优点 由于写入数据先写delta log，且delta log较小，所以写入成本较低
- 缺点 需要定期合并整理compact，否则碎片文件较多。读取性能较差，因为需要将delta log 和 老数据文件合并
基于hudi的代码实现
我在github上放置了基于Hudi的封装实现，对应的源码地址为 https://github.com/wanqiufeng/hudi-learn。
binlog数据写入Hudi表
- binlog-consumer分支使用Spark streaming消费kafka中的Binlog数据，并写入Hudi表。Kafka中的binlog是通过阿里的Canal工具同步拉取的。程序入口是CanalKafkaImport2Hudi，它提供了一系列参数，配置程序的执行行为
| 参数名 | 含义 | 是否必填 | 默认值 |
|---|---|---|---|
--base-save-path |
hudi表存放在HDFS的基础路径，比如hdfs://192.168.16.181:8020/hudi_data/ | 是 | 无 |
--mapping-mysql-db-name |
指定处理的Mysql库名 | 是 | 无 |
--mapping-mysql-table-name |
指定处理的Mysql表名 | 是 | 无 |
--store-table-name |
指定Hudi的表名 | 否 | 默认会根据--mapping-mysql-db-name和--mapping-mysql-table-name自动生成。假设--mapping-mysql-db-name 为crm，--mapping-mysql-table-name为order。那么最终的hudi表名为crm__order |
--real-save-path |
指定hudi表最终存储的hdfs路径 | 否 | 默认根据--base-save-path和--store-table-name自动生成，生成格式为'--base-save-path'+'/'+'--store-table-name' ，推荐默认 |
--primary-key |
指定同步的mysql表中能唯一标识记录的字段名 | 否 | 默认id |
--partition-key |
指定mysql表中可以用于分区的时间字段，字段必须是timestamp 或dateime类型 | 是 | 无 |
--precombine-key |
最终用于配置hudi的hoodie.datasource.write.precombine.field
|
否 | 默认id |
--kafka-server |
指定Kafka 集群地址 | 是 | 无 |
--kafka-topic |
指定消费kafka的队列 | 是 | 无 |
--kafka-group |
指定消费kafka的group | 否 | 默认在存储表名前加'hudi'前缀，比如'hudi_crm__order' |
--duration-seconds |
由于本程序使用Spark streaming开发，这里指定Spark streaming微批的时长 | 否 | 默认10秒 |
一个使用的demo如下
/data/opt/spark-2.4.4-bin-hadoop2.6/bin/spark-submit --class com.niceshot.hudi.CanalKafkaImport2Hudi \
--name hudi__goods \
--master yarn \
--deploy-mode cluster \
--driver-memory 512m \
--executor-memory 512m \
--executor-cores 1 \
--num-executors 1 \
--queue hudi \
--conf spark.executor.memoryOverhead=2048 \
--conf "spark.executor.extraJavaOptions=-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=\tmp\hudi-debug" \
--conf spark.core.connection.ack.wait.timeout=300 \
--conf spark.locality.wait=100 \
--conf spark.streaming.backpressure.enabled=true \
--conf spark.streaming.receiver.maxRate=500 \
--conf spark.streaming.kafka.maxRatePerPartition=200 \
--conf spark.ui.retainedJobs=10 \
--conf spark.ui.retainedStages=10 \
--conf spark.ui.retainedTasks=10 \
--conf spark.worker.ui.retainedExecutors=10 \
--conf spark.worker.ui.retainedDrivers=10 \
--conf spark.sql.ui.retainedExecutions=10 \
--conf spark.yarn.submit.waitAppCompletion=false \
--conf spark.yarn.maxAppAttempts=4 \
--conf spark.yarn.am.attemptFailuresValidityInterval=1h \
--conf spark.yarn.max.executor.failures=20 \
--conf spark.yarn.executor.failuresValidityInterval=1h \
--conf spark.task.maxFailures=8 \
/data/opt/spark-applications/hudi_canal_consumer/hudi-canal-import-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar --kafka-server local:9092 --kafka-topic dt_streaming_canal_xxx --base-save-path hdfs://192.168.2.1:8020/hudi_table/ --mapping-mysql-db-name crm --mapping-mysql-table-name order --primary-key id --partition-key createDate --duration-seconds 1200
历史数据同步以及表元数据同步至hive
history_import_and_meta_sync 分支提供了将历史数据同步至hudi表，以及将hudi表数据结构同步至hive meta的操作
同步历史数据至hudi表
这里采用的思路是
- 将mysql全量数据通过注入sqoop等工具，导入到hive表。
- 然后采用分支代码中的工具HiveImport2HudiConfig，将数据导入Hudi表
HiveImport2HudiConfig提供了如下一些参数，用于配置程序执行行为
| 参数名 | 含义 | 是否必填 | 默认值 |
|---|---|---|---|
--base-save-path |
hudi表存放在HDFS的基础路径，比如hdfs://192.168.16.181:8020/hudi_data/ | 是 | 无 |
--mapping-mysql-db-name |
指定处理的Mysql库名 | 是 | 无 |
--mapping-mysql-table-name |
指定处理的Mysql表名 | 是 | 无 |
--store-table-name |
指定Hudi的表名 | 否 | 默认会根据--mapping-mysql-db-name和--mapping-mysql-table-name自动生成。假设--mapping-mysql-db-name 为crm，--mapping-mysql-table-name为order。那么最终的hudi表名为crm__order |
--real-save-path |
指定hudi表最终存储的hdfs路径 | 否 | 默认根据--base-save-path和--store-table-name自动生成，生成格式为'--base-save-path'+'/'+'--store-table-name' ，推荐默认 |
--primary-key |
指定同步的hive历史表中能唯一标识记录的字段名 | 否 | 默认id |
--partition-key |
指定hive历史表中可以用于分区的时间字段，字段必须是timestamp 或dateime类型 | 是 | 无 |
--precombine-key |
最终用于配置hudi的hoodie.datasource.write.precombine.field
|
否 | 默认id |
--sync-hive-db-name |
全量历史数据所在hive的库名 | 是 | 无 |
--sync-hive-table-name |
全量历史数据所在hive的表名 | 是 | 无 |
--hive-base-path |
hive的所有数据文件存放地址，需要参看具体的hive配置 | 否 | /user/hive/warehouse |
--hive-site-path |
hive-site.xml配置文件所在的地址 | 是 | 无 |
--tmp-data-path |
程序执行过程中临时文件存放路径。一般默认路径是/tmp。有可能出现/tmp所在磁盘太小，而导致历史程序执行失败的情况。当出现该情况时，可以通过该参数自定义执行路径 | 否 | 默认操作系统临时目录 |
一个程序执行demo
nohup java -jar hudi-learn-1.0-SNAPSHOT.jar --sync-hive-db-name hudi_temp --sync-hive-table-name crm__wx_user_info --base-save-path hdfs://192.168.2.2:8020/hudi_table/ --mapping-mysql-db-name crm --mapping-mysql-table-name "order" --primary-key "id" --partition-key created_date --hive-site-path /etc/lib/hive/conf/hive-site.xml --tmp-data-path /data/tmp > order.log &
同步hudi表结构至hive meta
需要将hudi的数据结构和分区，以hive外表的形式同步至Hive meta，才能是Hive感知到hudi数据，并通过sql进行查询分析。Hudi本身在消费Binlog进行存储时，可以顺带将相关表元数据信息同步至hive。但考虑到每条写入Apache Hudi表的数据，都要读写Hive Meta ，对Hive的性能可能影响很大。所以我单独开发了HiveMetaSyncConfig工具，用于同步hudi表元数据至Hive。考虑到目前程序只支持按天分区，所以同步工具可以一天执行一次即可。参数配置如下
| 参数名 | 含义 | 是否必填 | 默认值 | |
|---|---|---|---|---|
--hive-db-name |
指定hudi表同步至哪个hive数据库 | 是 | 无 | |
--hive-table-name |
指定hudi表同步至哪个hive表 | 是 | 无 | 、 |
--hive-jdbc-url |
指定hive meta的jdbc链接地址，例如jdbc:hive2://192.168.16.181:10000 | 是 | 无 | |
--hive-user-name |
指定hive meta的链接用户名 | 否 | 默认hive | |
--hive-pwd |
指定hive meta的链接密码 | 否 | 默认hive | |
--hudi-table-path |
指定hudi表所在hdfs的文件路径 | 是 | 无 | |
--hive-site-path |
指定hive的hive-site.xml路径 | 是 | 无 |
一个程序执行demo
java -jar hudi-learn-1.0-SNAPSHOT.jar --hive-db-name streaming --hive-table-name crm__order --hive-user-name hive --hive-pwd hive --hive-jdbc-url jdbc:hive2://192.168.16.181:10000 --hudi-table-path hdfs://192.168.16.181:8020/hudi_table/crm__order --hive-site-path /lib/hive/conf/hive-site.xml
一些踩坑
hive相关配置
有些hive集群的hive.input.format配置，默认是org.apache.hadoop.hive.ql.io.CombineHiveInputFormat，这会导致挂载Hudi数据的Hive外表读取到所有Hudi的Parquet数据，从而导致最终的读取结果重复。需要将hive的format改为org.apache.hadoop.hive.ql.io.HiveInputFormat，为了避免在整个集群层面上更改对其余离线Hive Sql造成不必要的影响，建议只对当前hive session设置set hive.input.format=org.apache.hadoop.hive.ql.io.HiveInputFormat;
spark streaming的一些调优
由于binlog写入Hudi表的是基于Spark streaming实现的，这里给出了一些spark 和spark streaming层面的配置，它能使整个程序工作更稳定
| 配置 | 含义 |
|---|---|
| spark.streaming.backpressure.enabled=true | 启动背压，该配置能使Spark Streaming消费速率，基于上一次的消费情况，进行调整，避免程序崩溃 |
| spark.ui.retainedJobs=10 spark.ui.retainedStages=10 spark.ui.retainedTasks=10 spark.worker.ui.retainedExecutors=10 spark.worker.ui.retainedDrivers=10 spark.sql.ui.retainedExecutions=10 |
默认情况下，spark 会在driver中存储一些spark 程序执行过程中各stage和task的历史信息，当driver内存过小时，可能使driver崩溃，通过上述参数，调节这些历史数据存储的条数，从而减小对内层使用 |
| spark.yarn.maxAppAttempts=4 | 配置当driver崩溃后，尝试重启的次数 |
| spark.yarn.am.attemptFailuresValidityInterval=1h | 假若driver执行一周才崩溃一次，那我们更希望每次都能重启，而上述配置在累计到重启4次后，driver就再也不会被重启，该配置则用于重置maxAppAttempts的时间间隔 |
| spark.yarn.max.executor.failures=20 | executor执行也可能失败，失败后集群会自动分配新的executor, 该配置用于配置允许executor失败的次数，超过次数后程序会报(reason: Max number of executor failures (400) reached)，并退出 |
| spark.yarn.executor.failuresValidityInterval=1h | 指定executor失败重分配次数重置的时间间隔 |
| spark.task.maxFailures=8 | 允许任务执行失败的次数 |
未来改进
- 支持无分区，或非日期分区表。目前只支持日期分区表
- 多数据类型支持，目前为了程序的稳定性，会将Mysql中的字段全部以String类型存储至Hudi
参考资料
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