表格存储：使用TableStoreWriter进行高并发、高吞吐的数据写入

2021-10-11 03:37:20

概述

表格存储（原OTS）的一大特性是能够支撑海量数据的高并发、高吞吐率的写入，特别适合日志数据或物联网场景（例如轨迹追踪或溯源）数据的写入和存储。这些场景的特性是，会在短时间内产生大量的数据需要消化并写入数据库，需要数据库能够提供高并发、高吞吐率的写入性能，需要满足每秒上万行甚至上百万行的写入吞吐率。针对这些场景，我们在存储层做了很多的优化（本篇文章不赘述），同时在SDK接口层也做了一些优化，专门提供了一个简单易用、高性能的数据导入接口。

TableStoreWriter是基于Java SDK的异步接口，封装的一层专门用于高并发、高吞吐率数据导入的接口。本篇文章主要会介绍TableStoreWriter的适用场景、底层架构以及如何使用。

适用场景

特性

如果你的应用场景，满足以下特点，则可以考虑使用TableStoreWriter来作为数据写入的入口：

特点一：高并发，对吞吐率要求很高

需要高并发的数据写入，非写入行的吞吐率要求很高。例如日志场景，需要分布式的采集日志，采集点可能很多；需要在短时间内将这些产生的日志消费掉，导入到数据库中，衡量导入性能的指标是每秒消费多少MB的日志数据。

特点二：对单条数据的写入延迟没有要求

应用场景需要的是高写入吞吐率，而不是单条数据的写入延迟。还是拿日志场景举例，日志场景对写入的要求是每秒能处理多少条日志，而不在乎一条日志从产生到最终写入的延迟。这是典型的离线和在线场景的区别，在线场景要求反馈是及时的。从延迟的量级上来讲，在线场景可能要求数据写入在毫秒级别，而离线场景可能可以接受数据写入延迟在百毫秒级别。

为啥TableStoreWriter要求应用对单行导入的延迟没有要求？这与TableStoreWriter内部优化写入吞吐率相关，为了最大化利用存储层写入的性能，TableStoreWriter内部会做数据缓冲，尽量发送大的数据包，而数据缓冲需要数据从写入到发送有一个暂缓。

特点三：写入可异步化（可采用生产者消费者模型）

TableStoreWriter为提高写入吞吐率，做的一个优化即异步化。异步化有很多的好处，包括数据写入可以更聚集，可以提供更高的写入并发等。

所以对于应用层，需要能够接受写入异步化。异步化代表的意思是，数据写入的触发线程，不需要同步的等待该行数据是否写入成功还是失败的反馈，数据写入失败或成功的处理可以被异步的执行。

类似的架构为：生产者将数据写入一个队列，而不用管该数据何时被消费，消费者异步的消费数据。

特点四：同一条数据可重复写入

TableStoreWriter无法避免一条数据可能被重复的写入，重复的原因有很多，例如网络超时重传等。在非事务的写入模式下，都很难保证一条数据不被重复写入，而如果带了事务的写入，则性能都不会好。TableStoreWriter重性能，所以需要应用能接受一条数据被重复的写入。

典型场景

日志存储

日志有其非常典型的特点：

海量：日志的产出代价是比较小的，随着应用规模的增大，日志数据体量会非常大。
要求高吞吐率：对单条日志从产出到写入的延迟没有要求，而重视的是消费短时间内产生的大量日志数据的吞吐率。
处理可异步化：日志是业务性比较低的数据，一般不在业务的主线上，通常是离线处理，所以可异步化。
可重复写入：日志是固化的数据，重复写入也不会影响数据的正确性。

消息系统

消息系统例如即时通讯，特点同样是：

海量（例如写入放大的群消息等）
要求高吞吐率：对单条消息的延迟不需要很高，可接受百毫秒级别的延迟，但是更注重的是短时间内产生的海量数据的写入（投递）速度。
处理可异步化：消息的处理是完全可以被异步化的
可重复写入：消息通常都会标注唯一的消息ID，且消息产生后不会更改，所以重复写入不会带来什么问题。

分布式队列消费

分布式队列的应用场景非常广，被广泛用在复杂的分布式系统中。它在提供高性能的消息传递之外，对架构的好处在于能够解耦模块之间的依赖，简化系统的架构。

若您的应用架构中，也用到了分布式队列，并且数据的消费者之一是将数据导入到表格存储数据库中，那也可以考虑使用TableStoreWriter。TableStoreWriter自身也是一个生产者消费者模型，与分布式队列的适用场景有相似之处。

架构解析

层次关系

图1 OTSWriter与SDK的层次关系

如图1所示，TableStoreWriter是基于SDK层接口之上重新包装的一层接口，它与TableStore Java SDK的关系是：

依赖了SDK提供的AsyncClient异步接口
导入数据会使用BatchWriteRow接口
单行异常重试依赖SDK提供的RetryStrategy

内部架构

图2 OTSWriter内部架构

如图2所示，为TableStoreWriter的内部架构。

如果直接使用TableStore Java SDK的接口，可以一样的完成数据导入的需求，但是TableStoreWriter在接口易用性和性能上做了一些优化，包括：

使用异步而非同步接口：旨在为了使用更少的线程但提供更高的并发。
自动数据聚合：在内存中使用缓冲队列，让一次发给表格存储的批量写请求尽量大，提供写入吞吐率。
采用生产者消费者模式：比较传统的，更易于异步化和数据聚集的一种架构。
使用高性能的数据交换队列：选用Disruptor RingBuffer，经过性能测试，采用多生产者单消费者的模型。
屏蔽复杂的BatchWriteRow请求封装：通过SDK预检查，自动过滤脏数据（主键格式与表预定义的不符、行大小超限、行列数超限等），避免到了服务端后再抛错返回；自动处理请求限制（例如一次批量的行数限制、一次批量的大小限制等）；
行级别callback：SDK提供请求级别的callback，TableStoreWriter提供行级别的callback，让业务逻辑专注于处理行数据，完全屏蔽底层的请求单元。
行级别重试：请求级别重试失败，会根据特定的错误码，转换为行级别的重试，最大程度保证行的写入成功率。

如何使用

配置

ClientConfiguration cc = new ClientConfiguration();
cc.setRetryStrategy(new DefaultRetryStrategy()); // 可定制重试策略，若需要保证数据写入成功率，可采用更激进的重试策略
AsyncClient asyncClient = new AsyncClient(endPoint, accessId, accessKey, instanceName, cc);

// 初始化
WriterConfig config = new WriterConfig();
config.setMaxBatchSize(4 * 1024 * 1024); // 配置一次批量导入请求的大小限制，默认是4MB
config.setMaxColumnsCount(128); // 配置一行的列数的上限，默认128列
config.setBufferSize(1024); // 配置内存中最多缓冲的数据行数，默认1024行，必须是2的指数倍
config.setMaxBatchRowsCount(100); // 配置一次批量导入的行数上限，默认100
config.setConcurrency(10); // 配置最大并发数，默认10
config.setMaxAttrColumnSize(2 * 1024 * 1024); // 配置属性列的值大小上限，默认是2MB
config.setMaxPKColumnSize(1024); // 配置主键列的值大小上限，默认1KB
config.setFlushInterval(10000); // 配置缓冲区flush的时间间隔，默认10s

// 配置一个callback，OTSWriter通过该callback反馈哪些导入成功，哪些行导入失败，该callback只简单的统计写入成功和失败的行数。

AtomicLong succeedCount = new AtomicLong();
AtomicLong failedCount = new AtomicLong();
TableStoreCallback<RowChange, ConsumedCapacity> callback = new SampleCallback(succeedCount, failedCount);
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
TableStoreWriter tablestoreWriter = new DefaultTableStoreWriter(asyncClient, tableName, config, callback, executor);

初始化一个TableStoreWriter需要以下几个配置参数：

AsyncClient：一个提供异步调用的TableStore client，注意由于重试策略是依赖于SDK自身的重试策略，所以若需要定制批量写数据的重试策略，需要在这个Client中配置，如示例所示。
WriterConfig：OTSWriter的相关配置，主要包括：限制项（一次批量写的行数上限、一次请求的大小限制等）、并发数（异步并发写入的并发数上限）等。
TableStoreCallback<RowChange, ConsumedCapacity>：处理行级别成功或失败的callback。
ExecutorService：用于处理callback调用的executor thread pool。

接口

int start = id * rowsCount;
for (int i = 0; i < rowsCount; i++) {
    PrimaryKey primaryKey = PrimaryKeyBuilder.createPrimaryKeyBuilder()
        .addPrimaryKeyColumn("gid", PrimaryKeyValue.fromLong(start + i))
        .addPrimaryKeyColumn("uid", PrimaryKeyValue.fromLong(start + i)).build();

    RowPutChange rowChange = new RowPutChange(tableName);
    rowChange.setPrimaryKey(primaryKey);
    rowChange.addColumn("col1", ColumnValue.fromBoolean(true));
    rowChange.addColumn("col2", ColumnValue.fromLong(10));
    rowChange.addColumn("col3", ColumnValue.fromString("Hello world."));

    tablestoreWriter.addRowChange(rowChange);
}

往TableStoreWriter内写数据非常的简单，根据相应的请求（RowPutChange、RowUpdateChange或RowDeleteChange）构造不同的RowChange，直接往TableStoreWriter内扔即可。

Callback

private static class SampleCallback implements TableStoreCallback<RowChange, ConsumedCapacity> {
    private AtomicLong succeedCount;
    private AtomicLong failedCount;

    public SampleCallback(AtomicLong succeedCount, AtomicLong failedCount) {
        this.succeedCount = succeedCount;
        this.failedCount = failedCount;
    }

    @Override
    public void onCompleted(RowChange req, ConsumedCapacity res) {

succeedCount.incrementAndGet();
    }

    @Override
    public void onFailed(RowChange req, Exception ex) {

ex.printStackTrace();
        failedCount.incrementAndGet();
    }
}

TableStoreWriter通过callback来反馈行级别的成功或者失败，若成功，即调用onComplete函数，若失败，根据异常的类别，调用对应的onFailed函数。

1. 表格存储Java SDK性能优化经验

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