Databend 实现高效实时查询：深入解读 Dictionary 功能
作者：洪文丽
开源之夏2024“支持 External Dictionaries”项目参与者
东北大学软件工程专业云计算方向大二在读，喜欢挑战自我，尝试新鲜事物
背景介绍
在大型系统中，数据通常存储在多个不同的数据源中，例如 PostgreSQL、MySQL 和 Redis 负责存储在线数据，而 Databend 和 ClickHouse 则用于存储分析数据。传统的分析查询方法往往需要同时使用到多种不同的数据，通常通过 ETL 过程将数据导入一个系统后进行查询，但这种方式存在以下问题：
- 数据变动导致不一致性:
在多源数据系统中，数据可能会在不同的系统中以不同的频率和时间点进行更新。例如，在线数据源如 MySQL 和 Redis 可能会实时更新，而分析系统如 Databend 更新频率较低。这种时间差异可能导致数据不一致，分析结果可能与实际在线数据不符。
- 多表 join 操作性能低下:
在传统的 ETL 过程中，将数据从多个源导入到一个分析系统后，进行多表 join 操作时可能会遇到性能瓶颈。大规模的 join 操作需要对多个表进行复杂的匹配和计算，这可能导致查询响应时间变长，特别是在数据量大且 join 操作复杂的情况下。
- 数据系统管理复杂度高:
在大型系统中，管理多个数据源意味着需要处理不同的存储和查询机制。例如，MySQL 和 PostgreSQL 需要数据库管理和优化，Redis 需要确保缓存有效性，而 Databend 需要优化分析数据的存储和查询。每种系统都有不同的配置和维护要求，这增加了管理的复杂度和运维成本。数据备份、恢复、监控和性能调优等任务也需要分别在多个系统中进行。
为了解决这些问题，Databend 实现了字典功能。通过集成 MySQL、Redis 等外部数据源，Databend 实现了数据的实时查询与分析，不仅显著提升了查询性能，还确保了数据的一致性，减少了传统 ETL 流程的复杂性，特别适用于需要快速响应的实时分析场景。用户通过字典函数 dict_get 能够直接从外部数据源检索数据，简化了数据管理，并优化了大数据处理的效率。如图所示为字典功能示意图：
字典功能介绍
2.1 DDL 语法
- 基本语法
CREATE OR REPLACE DICTIONARY [db_name].dictionary_name
(field1 type1 [DEFAULT expr1],field2 type2 [DEFAULT expr2],...
)
PRIMARY KEY primary_key
SOURCE(source_type [source_options]);-
字典的配置参数
PRIMARY KEY：字典的主键，用作查找数据的 key。SOURCE：字典的数据源类型，如 MySQL、Redis 等。 -
数据源配置
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目前支持 MySQL 和 Redis 作为数据源
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MySQL 数据源
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host (必填)：MySQL 服务器的主机名或 IP 地址。
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port (必填)：MySQL 服务器的端口号，默认为 3306。
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username (必填)：用于连接 MySQL 服务器的用户名。
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password (必填)：用户的密码。
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db (必填)：要连接的数据库名称。
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table (必填)：数据库中的具体表名。
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示例配置：
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SOURCE(MYSQL( host='your_host' port='3306' username='your_username' password='your_password' db='your_db' table='your_table' )) -
Redis数据源
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host (必填)：Redis 服务器的主机名或 IP 地址。
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port (必填)：Redis 服务器的端口号，默认为 6379。
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username (选填)：如果 Redis 服务器设置了用户认证，则提供用户名。
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password (选填)：用户的密码。
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db_index (选填)：指定要使用的 Redis 数据库，默认为 0，最大值为 15。
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示例配置：
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SOURCE(REDIS( host='your_host' port='6379' username='your_username' password='your_password' db_index='db_index' ))
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字段类型配置
- MySql数据源支持：
boolean，string，number类型，其中number类型涵盖了整型（如int、bigint）和浮点型（如float32、float64）。 - Redis数据源支持：
string类型，用于键值对的简单存储和检索。 - 值得注意的是，在
dict_get函数中，若无法从外部数据源检索到对应的键值，系统会返回用户指定的默认值，或者使用系统的默认值。这一机制确保即使在外部数据源中未找到匹配的键，Databend 依然能够返回合理的结果，从而避免数据缺失对后续操作的影响，提高了系统的鲁棒性和查询的稳定性。
- MySql数据源支持：
2.2 查询函数语法
Databend 支持使用 dict_get 函数查询字典数据。
dict_get([db_name].dict_name, 'attr_name', key_expr)[db_name].dict_name：外部字典的名称，可能包括数据库名（如果字典存储在特定的数据库中）和字典名。如果当前会话已经选择了一个特定的数据库，那么可以省略数据库名，只提供字典名。'attr_name'：要查询的字典中字段的名称，必须为字符串。key_expr：查询的 key 表达式，与字典中的PRIMARY KEY类型相同。
使用示例
假设我们有一个学生成绩管理系统，我们需要存储和查询学生的成绩信息、课程信息等数据。这些信息分别存储在 Databend、MySQL 和 Redis 中。
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Databend 中有一个学生成绩表
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CREATE TABLE student_scores (student_id INT,course_id INT,score INT );
-
插入一些测试数据
INSERT INTO student_scores
VALUES (1, 1, 62),(1, 2, 75),(1, 3, 88),(2, 1, 93),(2, 2, 54),(2, 3, 99),(3, 1, 67),(3, 2, 80),(3, 3, 57),(4, 1, 66),(4, 2, 83),(4, 3, 91); -
MySQL 中有一个课程信息表
-
CREATE TABLE courses (course_id INT PRIMARY KEY,course_name VARCHAR(255), );
-
插入一些测试数据
INSERT INTO courses
VALUES (1, 'math'),(2, 'english'),(3, 'chinese');-
Redis 中存储了学生的姓名
-
127.0.0.1:6379> set 1 'Andy' 127.0.0.1:6379> set 2 'Nancy' 127.0.0.1:6379> set 3 'Lucy' 127.0.0.1:6379> set 4 'Jack'
-
在 Databend 中创建字典
CREATE DICTIONARY courses_dict
(course_id INT,course_name STRING
)
PRIMARY KEY course_id
SOURCE(MYSQL(host='localhost'port='3306'username='root'password='123456'db='test'table='courses'
));CREATE DICTIONARY student_name_dict
(student_id string,student_name string
)
PRIMARY KEY student_id
SOURCE(REDIS(host='127.0.0.1'port='6379'
));通过 Databend 的字典功能，可以轻松关联多个数据源并进行查询：
-
查询同学选课的信息，关联课程名称和学生姓名
-
SELECT student_id,dict_get(student_name_dict, 'student_name', to_string(student_id)) as student_name,course_id,dict_get(courses_dict, 'course_name', course_id) as course_name FROM student_scores; -
+------------+--------------+-----------+-------------+ | student_id | student_name | course_id | course_name | +------------+--------------+-----------+-------------+ | 1 | Andy | 1 | math | | 1 | Andy | 2 | english | | 1 | Andy | 3 | chinese | | 2 | Nancy | 1 | math | | 2 | Nancy | 2 | english | | 2 | Nancy | 3 | chinese | | 3 | Lucy | 1 | math | | 3 | Lucy | 2 | english | | 3 | Lucy | 3 | chinese | | 4 | Jack | 1 | math | | 4 | Jack | 2 | english | | 4 | Jack | 3 | chinese | +------------+--------------+-----------+-------------+
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查询同学平均成绩的排名
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SELECT student_id,dict_get(student_name_dict, 'student_name', to_string(student_id)) as student_name,avg(score) as avg_score FROM student_scores GROUP BY student_id ORDER BY avg_score DESC; -
+------------+--------------+-----------+ | student_id | student_name | avg_score | +------------+--------------+-----------+ | 2 | Nancy | 82.0 | | 4 | Jack | 80.0 | | 1 | Andy | 75.0 | | 3 | Lucy | 68.0 | +------------+--------------+-----------+
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查询各门课程的平均分数
-
SELECT course_id,dict_get(courses_dict, 'course_name', course_id) as course_name,avg(score) as avg_score FROM student_scores GROUP BY course_id; -
+-----------+-------------+-----------+ | course_id | course_name | avg_score | +-----------+-------------+-----------+ | 2 | english | 73.0 | | 1 | math | 72.0 | | 3 | chinese | 83.75 | +-----------+-------------+-----------+
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通过以上的示例，可以看到字典功能可以有效地结合 Databend、MySQL 和 Redis 处理学生成绩管理系统中的联合查询，提高查询效率和数据管理能力。
四、总结
在这篇文章中，我们介绍了字典功能的基本用法，并通过一个简单的例子展示了使用字典来查询多个数据源的数据。字典功能在很多应用场景都可以使用，特别是有外部数据源需要定期同步场景，例如，一个金融分析系统需要实时分析股票价格数据，通过为股票价格数据创建字典，可以从数据源实时读取最新的股票价格数据，结合其它数据进行实时的分析计算。字典功能在提高查询性能、简化数据管理、确保数据一致性等方面具有广泛的应用价值。
目前，Databend 字典已经支持了对 MySQL 和 Redis 数据源的访问，未来会支持更多数据源，包括 PostgreSQL、MongoDB、Sqlite、HTTP 接口等，满足更多数据处理和分析场景的需求。同时，字典查询的性能也会继续优化，通过引入缓存和批量查询机制，减少外部数据源的查询延迟，提升并发查询性能。
关于 Databend
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