第2.4章 StarRocks表设计——分区分桶与副本数

一、数据分布

1.1 概述

1.2 数据分布方式

1.2.1 Round-Robin

1.2.2 Range

1.2.3 List

1.2.4 Hash

1.3 StarRocks的数据分布方式

1.3.1 不分区+ Hash分桶

1.3.2 Range分区+Hash分桶

三、分区

3.1 分区概述

3.2 创建分区

3.2.1 手动创建分区

3.2.2 批量创建分区

3.2.3 动态分区

四、分桶

4.1 分桶概述

4.2 设置分桶键

4.2.1 哈希分桶

4.3 确定分桶数量

4.3.1 建表时

4.3.2 建表后

五、建表调优

5.1 数据倾斜

5.2 高并发

5.3 高吞吐

5.4 元数据管理

六、分区分桶及副本之间的关系

该篇文章介绍StarRocks-2.5.4版本的分区分桶及副本相关内容，有误请指出~

一、数据分布

1.1 概述

建表时，通过设置合理的分区和分桶，使数据均衡分布在不同节点上，查询时能够有效裁剪数据扫描量，最大限度的利用集群的并发性能，从而提升查询性能。

1.2 数据分布方式

分布式数据库中常见的数据分布方式有：Round-Robin、Range、List 和 Hash。如下图所示：

1.2.1 Round-Robin

以轮询的方式把数据逐个放置在相邻节点上。

1.2.2 Range

按照分区进行数据分区，如下图所示，区间[1-3] 、[4-6]分别对应不同的范围（Range）。

适用场景：数据简单有序，并且通常按照连续日期/数值范围来查询和管理数据，range分区是常用的分区方式。

1.2.3 List

直接基于离散的各个取值做数据分布，例如性别，省份等数据就满足这种离散的特性（离散：取值是有限的），每个离散值会映射到一个节点上，多个不同的取值可能也映射到相同节点上。适用场景：按照枚举值来查询和管理数据，比如经常按照国家和城市来查询和管理数据，则可以使用该方式，选择分区列为 city。

1.2.4 Hash

通过哈希函数把数据映射到不同节点上。

总结：可以根据具体的业务场景需求组合使用这些数据分布方式，常见的组合方式有 Hash+Hash、Range+Hash、Hash+List。

1.3 StarRocks的数据分布方式

StarRocks支持两层的数据划分。第一层是Partition分区，支持Range、List或者不分区（不分区代表全表只有一个分区）。第二层是 Bucket分桶（Tablet），StarRocks-2.5.4版本分桶方式只有Hash哈希分桶。StarRocks常见的两种数据分布方式如下：

1.3.1 不分区+ Hash分桶

概述：一张表只有一个分区，分区按照分桶键和分桶数量进一步进行数据划分，分桶规则： Hash算法（分桶键）% 分桶数

建表语句：

#不分区+ Hash分桶，分桶键为site_id
CREATE TABLE site_access(site_id INT DEFAULT '10',city_code SMALLINT,user_name VARCHAR(32) DEFAULT '',pv BIGINT SUM DEFAULT '0'
)
AGGREGATE KEY(site_id, city_code, user_name)
DISTRIBUTED BY HASH(site_id) BUCKETS 10;

1.3.2 Range分区+Hash分桶

概述：一张表拆分成多个分区，每个分区按照分桶键和分桶数量进一步进行数据划分，分桶规则： Hash算法（分桶键）% 分桶数

建表语句：

#分区键为partition_no，分桶键为cbhtbm：
create table test.ods_cbht (cbhtbm                string               comment "",fbfbm                 string               comment "",cbfbm                 string               comment "",cbfs                  string               comment "",cbqxq                 datetime             comment "",cbqxz                 datetime             comment "",partition_no          bigint               comment ""
) engine=olap
duplicate key(cbhtbm)
comment ""
partition  by   range(partition_no) (
start("110000")  end ("160000")  every (10000),
start("210000")  end ("240000")  every (10000),
start("310000")  end ("380000")  every (10000),
start("410000")  end ("470000")  every (10000),
start("500000")  end ("550000")  every (10000),
start("610000")  end ("660000")  every (10000),
start("710000")  end ("720000")  every (10000),
start("810000")  end ("830000")  every (10000)
)
distributed by hash(cbhtbm) buckets 8
properties (
"replication_num" = "3",
"in_memory" = "false",
"storage_format" = "default"
);

三、分区

3.1 分区概述

（1）分区用于将数据划分成不同的区间。分区的主要作用是将一张表按照分区键拆分成不同的管理单元，针对每一个管理单元选择相应的存储策略，比如副本数、分桶数、冷热策略和存储介质等。StarRocks支持在一个集群内使用多种存储介质，将新数据所在分区放在SSD盘上，利用 SSD优秀的随机读写性能来提高查询性能，将旧数据存放在 SATA 盘上，以节省数据存储的成本。

（2）选择合理的分区列可以有效的裁剪查询数据时扫描的数据量。业务系统中⼀般会选择根据时间进行分区，以优化大量删除过期数据带来的性能问题，同时也方便冷热数据分级存储。选择分区单位时需要综合考虑数据量、查询特点、数据粒度等因素。

示例 1：表单月数据量很小，可以按月分区，相比于按天分区，可以减少元数据数量，从而减少元数据管理和调度的资源消耗。
示例 2：表单月数据量很大，而大部分查询条件精确到天，如果按天分区，可以做有效的分区裁减，减少查询扫描的数据量。
示例 3：数据要求按天过期，可以按天分区。

（3）StarRocks支持手动创建分区、批量创建分区、动态分区

3.2 创建分区

选择合理的分区键可以有效的裁剪扫描的数据量，常见的分区键为时间或者区域，目前支持分区键的数据类型为日期和整数类型。

3.2.1 手动创建分区

#分区键event_day，类型是DATE
CREATE TABLE site_access(event_day DATE,site_id INT DEFAULT '10',city_code VARCHAR(100),user_name VARCHAR(32) DEFAULT '',pv BIGINT SUM DEFAULT '0'
)
AGGREGATE KEY(event_day, site_id, city_code, user_name)
PARTITION BY RANGE(event_day)
(PARTITION p1 VALUES LESS THAN ("2020-01-31"),PARTITION p2 VALUES LESS THAN ("2020-02-29"),PARTITION p3 VALUES LESS THAN ("2020-03-31")
)
DISTRIBUTED BY HASH(site_id) BUCKETS 10;

3.2.2 批量创建分区

建表时批量创建日期分区

当分区键为日期类型时，建表时通过 start、end指定批量分区的开始日期和结束日期，every子句指定分区增量值。并且every子句中用 interval关键字表示日期间隔，目前仅支持日期间隔的单位为day、week、month、year。

#如下，批量分区的开始日期为2021-01-01和结束日期为2021-01-04，增量值为一天：
create table site_access (datekey date,site_id int,city_code smallint,user_name varchar(32),pv bigint default '0'
)
engine=olap
duplicate key(datekey, site_id, city_code, user_name)
partition by range (datekey) (start ("2021-01-01") end ("2021-01-04") every (interval 1 day)
)
distributed by hash(site_id) buckets 10
properties ("replication_num" = "3" 
);#则相当于在建表语句中使用如下partition by子句：前闭后开
partition by range (datekey) (partition p20210101 values [('2021-01-01'), ('2021-01-02')),partition p20210102 values [('2021-01-02'), ('2021-01-03')),partition p20210103 values [('2021-01-03'), ('2021-01-04'))
)

建表时批量创建区划分区

当分区键为区域类型时，建表时通过 start、end指定批量分区的开始和结束，every子句指定分区增量值。

create table test.ods_cbht (cbhtbm                string               comment "",fbfbm                 string               comment "",cbfbm                 string               comment "",cbfs                  string               comment "",cbqxq                 datetime             comment "",cbqxz                 datetime             comment "",partition_no          bigint               comment "") engine=olap
duplicate key(cbhtbm)
comment ""
partition  by   range(partition_no) (
start("110000")  end ("160000")  every (10000),
start("210000")  end ("240000")  every (10000),
start("310000")  end ("380000")  every (10000),
start("410000")  end ("470000")  every (10000),
start("500000")  end ("550000")  every (10000),
start("610000")  end ("660000")  every (10000),
start("710000")  end ("720000")  every (10000),
start("810000")  end ("830000")  every (10000)
)
distributed by hash(cbhtbm) buckets 8
properties (
"replication_num" = "3",
"in_memory" = "false",
"storage_format" = "default"
);

3.2.3 动态分区

可以按需对新数据动态创建分区，同时 StarRocks 会自动删除过期分区，从而确保数据的实效性，实现对分区的生命周期管理（Time to Life，简称 “TTL”），降低运维管理的成本。详细配置见文章：

动态分区 | StarRocks动态分区功能开启后，您可以按需为新数据动态地创建分区，同时 StarRocks 会⾃动删除过期分区，从而确保数据的时效性。https://docs.starrocks.io/zh/docs/2.5/table_design/dynamic_partitioning/

四、分桶

4.1 分桶概述

分区按照分桶键和分桶数量进一步进行数据划分，一个分区按分桶方式被分成了多个桶 bucket，每个桶的数据称之为一个Tablet。StarRocks一般采用Hash算法作为分桶算法。在同一分区内，分桶键哈希值相同的数据会划分到同一个Tablet（数据分片），Tablet 以多副本冗余的形式存储，是数据均衡和恢复的最⼩单位，数据导入和查询最终都下沉到所涉及的 Tablet 副本上。ps：建表时，如果使用哈希分桶，则必须指定分桶键。

4.2 设置分桶键

4.2.1 哈希分桶

对每个分区的数据，StarRocks会根据分桶键和分桶数量进行哈希分桶。哈希分桶中，使用特定的列值作为输入，通过哈希函数计算出一个哈希值，然后将数据根据该哈希值分配到相应的桶中。

（1）优点

提高查询性能。相同分桶键值的行会被分配到一个分桶中，在查询时能减少扫描数据量。
均匀分布数据。通过选取较高基数（唯一值的数量较多）的列作为分桶键，能更均匀的分布数据到每一个分桶中。

（2）如何选择分桶键

如果查询比较复杂，则建议选择高基数的列为分桶键，保证数据在各个分桶中尽量均衡，提高集群资源利用率。
如果查询比较简单，则建议选择经常作为查询条件的列为分桶键，提高查询效率。

（3）注意事项

建表时，如果使用哈希分桶，则必须指定分桶键。
组成分桶键的列仅支持整型、decimal（数值型）、date/datetime（日期型）、char/varchar/string （字符串）数据类型。

（4）案例

案例一：假设site_id为高基数列，site_access表采用site_id作为分桶键

#假设site_id为高基数列，site_access表采用site_id作为分桶键
create table site_access(event_day date,site_id int default '10',city_code varchar(100),user_name varchar(32) default '',pv bigint sum default '0'
)
aggregate key(event_day, site_id, city_code, user_name)
partition by range(event_day) (partition p1 values less than ("2020-01-31"),partition p2 values less than ("2020-02-29"),partition p3 values less than ("2020-03-31")
)
distributed by hash(site_id);

案例二：如果site_id分布十分不均匀，那么采用上述分桶方式会造成数据分布出现严重的倾斜，进而导致系统局部的性能瓶颈。需要调整分桶的字段，以将数据打散，避免性能问题。例如，可以采用site_id、city_code组合作为分桶键，将数据划分得更加均匀。

# 如果site_id分布十分不均匀，那么采用上述分桶方式会造成数据分布出现严重的倾斜，进而导致系统局部的性能瓶颈。需要调整分桶的字段，以将数据打散，避免性能问题。
# 例如，可以采用site_id、city_code组合作为分桶键，将数据划分得更加均匀。
create table site_access
(site_id int default '10',city_code smallint,user_name varchar(32) default '',pv bigint sum default '0'
)
aggregate key(site_id, city_code, user_name)
distributed by hash(site_id,city_code);

案例一采用 site_id的分桶方式对于短查询十分有利，能够减少节点之间的数据交换，提高集群整体性能；案例二采用 site_id、city_code的组合分桶方式对于长查询有利，能够利用分布式集群的整体并发性能。

短查询是指扫描数据量不大、单机就能完成扫描的查询。

长查询是指扫描数据量大、多机并行扫描能显著提升性能的查询。

4.3 确定分桶数量

4.3.1 建表时

方式一：自动设置分桶数量

自 2.5.7 版本起，支持根据机器资源和数据量自动设置分区中分桶数量。假设 BE 数量为 X，StarRocks 推断分桶数量的策略如下：

X <= 12 tablet_num = 2X
X <= 24 tablet_num = 1.5X
X <= 36 tablet_num = 36
X > 36 tablet_num = min(X, 48)

create table site_access(site_id int default '10',city_code smallint,user_name varchar(32) default '',pv bigint sum default '0'
)
aggregate key(site_id, city_code, user_name)
distributed by hash(site_id,city_code); --无需手动设置分桶数量# 如果需要开启该功能，配置FE动态参数 enable_auto_tablet_distribution=true。 建表后执行show partitions来查看为分区自动设置的分桶数量。

方式二：手动设置分桶数量

确定分桶数量方式可以是：首先预估每个分区的数据量，然后按照每10 GB原始数据划分一个 Tablet计算，从而确定分桶数量。单个Tablet的数据量理论上没有上下界，但建议在 1G - 10G 的范围内。如果单个Tablet 数据量过小，则数据的聚合效果不佳，且元数据管理压力大。如果数据量过大，则不利于副本的迁移、补齐。

-- 手动指定分桶个数的创建语法
distributed by hash(site_id) buckets 20

4.3.2 建表后

新增一个分区时，参照上述的建表分桶设置规则
已建分区：已创建分区的分桶数量不能修改

五、建表调优

基于业务实际情况，在设计表结构时选择合理的分区键和分桶键，可以有效提高集群整体性能。

5.1 数据倾斜

如果业务场景中单独采用倾斜度大的列做分桶，很大程度会导致访问数据倾斜，可以采用多列组合的方式进行分桶，将数据打散，使得各Tablet 数据更加均匀。

5.2 高并发

分区和分桶应该尽量覆盖查询语句所带的条件，这样可以有效减少扫描数据，提高并发。

5.3 高吞吐

尽量把数据打散，让集群以更高的并发扫描数据，完成相应计算。

5.4 元数据管理

Tablet 过多会增加 FE/BE 的元数据管理和调度的资源消耗。

六、分区分桶及副本之间的关系

数据库information_schema存储了关于StarRocks实例中所有对象的大量元数据信息。可以在表tables_config查看表的分区、分桶信息。

表，分区，分桶以及副本的关系:

Table (逻辑描述) -- > Partition（分区：管理单元） --> Bucket(分桶：每个分桶就是一个数据分片：Tablet，数据划分的最小逻辑单元)

分区是逻辑概念，分桶是物理概念。每个分区partition内部会按照分桶键，采用哈希分桶算法将数据划分为多个桶bucket，每个桶的数据称之为一个数据分片tablet(实际的物理存储单元)。根据建表设置的副本数，计算有多少个副本在其他节点上（负载均衡）。如上图所示，当BE节点数和副本数一致时，每个BE节点会保留这个表对应的所有的tablet的数据（自身hash分桶对应的tablet数据和其他节点tablet的副本）。

一个表的Tablet总数量等于 = Partition num * Bucket num* Replica Num ，上述案例就等于 3*3*3 =27