【ClickHouse 技术系列】- ClickHouse 中的嵌套数据结构

2021-11-25 21:16:28

前言

本文翻译自 Altinity 针对 ClickHouse 的系列技术文章。面向联机分析处理（OLAP）的开源分析引擎 ClickHouse，因其优良的查询性能，PB 级的数据规模，简单的架构，被国内外公司广泛采用。

阿里云 EMR-OLAP 团队，基于开源 ClickHouse 进行了系列优化，提供了开源 OLAP 分析引擎 ClickHouse 的云上托管服务。EMR ClickHouse 完全兼容开源版本的产品特性，同时提供集群快速部署、集群管理、扩容、缩容和监控告警等云上产品功能，并且在开源的基础上优化了 ClickHouse 的读写性能，提升了 ClickHouse 与 EMR 其他组件快速集成的能力。访问 https://help.aliyun.com/document_detail/212195.html 了解详情。

译者：何源（荆杭），阿里云计算平台事业部高级产品专家

ClickHouse 中的嵌套数据结构

在这篇博客文章中，我们将了解 ClickHouse for MySQL 中的嵌套数据结构，以及如何将其与 PMM 结合使用来查看查询。

嵌套结构在关系数据库管理系统中并不常见。通常情况下，它只是平面表。有时，将非结构化信息存储在结构化数据库中会很方便。

我们正在努力将 ClickHouse 调整为用于 Percona 监控和管理 (PMM) 的长期存储，尤其是存储有关查询的详细信息。我们试图解决的问题之一是，对导致特定查询失败的不同错误进行计数。

例如，对于日期为 2017-08-17 的查询：

"SELECT foo FROM bar WHERE id=?"

被执行了 1000 次。其中 25 次失败的错误代码为“1212”，8 次失败的错误代码为“1250”。当然，在关系数据中进行存储的传统方法是创建一个表 "Date, QueryID, ErrorCode, ErrorCnt"，然后对这个表执行 JOIN。遗憾的是，列式数据库在多个 Join 的情况下表现不佳，通常建议使用非规范化表。

我们可以为每个可能的 ErrorCode 创建一个列，但这并不是最优解。可能有成千上万的列，而且大多数时候它们都是空的。

在这种情况下，ClickHouse 提出了嵌套数据结构。对于我们的情况，这些可以定义为：

CREATE TABLE queries
(
    Period Date,
    QueryID UInt32,
    Fingerprint String,
    Errors Nested
    (
        ErrorCode String,
        ErrorCnt UInt32
    )
)Engine=MergeTree(Period,QueryID,8192);

这个解决方案有明显的问题：我们如何在这个表中插入数据？我们如何提取它？

我们先从 INSERT 开始。插入可能如下所示：

INSERT INTO queries VALUES ('2017-08-17',5,'SELECT foo FROM bar WHERE id=?',['1220','1230','1212'],[5,6,2])

这意味着 2017-08-17 期间插入的查询出现了 5 次错误 1220，6 次错误 1230，2 次错误 1212。

那么在不同的日期，它可能会产生不同的错误：

INSERT INTO queries VALUES ('2017-08-18',5,'SELECT foo FROM bar WHERE id=?',['1220','1240','1258'],[3,2,1])

让我们看一下 SELECT 数据的方法。非常基础的 SELECT：

SELECT *
FROM queries
|_____Period_|_QueryID_|_Fingerprint_|_Errors.ErrorCode_______|_Errors.ErrorCnt_|
| 2017-08-17 |       5 | SELECT foo  | ['1220','1230','1212'] | [5,6,2]         |
| 2017-08-18 |       5 | SELECT foo  | ['1220','1240','1260'] | [3,16,12]       |
|____________|_________|_____________|________________________|_________________|

如果我们想使用更熟悉的表格输出，则可以使用 ARRAY JOIN 扩展：

SELECT *
FROM queries
ARRAY JOIN Errors
┌─────Period─┬─QueryID─┬─Fingerprint─┬─Errors.ErrorCode─┬─Errors.ErrorCnt─┐
│ 2017-08-17 │       5 │ SELECT foo  │ 1220             │            5    │
│ 2017-08-17 │       5 │ SELECT foo  │ 1230             │            6    │
│ 2017-08-17 │       5 │ SELECT foo  │ 1212             │            2    │
│ 2017-08-18 │       5 │ SELECT foo  │ 1220             │            3    │
│ 2017-08-18 │       5 │ SELECT foo  │ 1240             │           16    │
│ 2017-08-18 │       5 │ SELECT foo  │ 1260             │           12    │
└────────────┴─────────┴─────────────┴──────────────────┴─────────────────┘

但是，通常我们希望看到多个期间的聚合，这可以通过传统的聚合函数来完成：

SELECT 
    QueryID,
    Errors.ErrorCode,
    SUM(Errors.ErrorCnt)
FROM queries
ARRAY JOIN Errors
GROUP BY 
    QueryID,
    Errors.ErrorCode
┌─QueryID─┬─Errors.ErrorCode─┬─SUM(Errors.ErrorCnt)─┐
│       5 │ 1212             │                 2    │
│       5 │ 1230             │                 6    │
│       5 │ 1260             │                12    │
│       5 │ 1240             │                16    │
│       5 │ 1220             │                 8    │
└─────────┴──────────────────┴──────────────────────┘

如果我们别出心裁，每个 QueryID 只返回一行，我们也可以这么做：

SELECT 
    QueryID, 
    groupArray((ecode, cnt))
FROM 
(
    SELECT 
        QueryID, 
        ecode, 
        sum(ecnt) AS cnt
    FROM queries 
    ARRAY JOIN 
        Errors.ErrorCode AS ecode, 
        Errors.ErrorCnt AS ecnt
    GROUP BY 
        QueryID, 
        ecode
) 
GROUP BY QueryID
┌─QueryID─┬─groupArray(tuple(ecode, cnt))──────────────────────────────┐
│       5 │ [('1230',6),('1212',2),('1260',12),('1220',8),('1240',16)] │
└─────────┴────────────────────────────────────────────────────────────┘