Kylin构建Cube过程详解

1 前言

在使用Kylin的时候，最重要的一步就是建立cube的模型定义，即指定度量和维度以及一些附加信息，而后对cube进行build，固然咱们也能够根据原始表中的某一个string字段（这个字段的格式必须是日期格式，表示日期的含义）设定分区字段，这样一个cube就能够进行屡次build，每一次的build会生成一个segment，每个segment对应着一个时间区间的cube，这些segment的时间区间是连续而且不重合的，对于拥有多个segment的cube能够执行merge，至关于将一个时间区间内部的segment合并成一个。下面开始分析cube的build过程。

2 Cube示例

以手机销售为例，表SALE记录各手机品牌在各个国家，每一年的销售状况。表PHONE是手机品牌，表COUNTRY是国家列表，两表经过外键与SALE表相关联。这三张表就构成星型模型，其中SALE是事实表，PHONE、COUNTRY是维度表。

如今须要知道各品牌手机于2010-2012年，在中国的总销量，那么查询sql为：

SELECT b.`name`, c.`NAME`, SUM(a.count)
FROM SALE AS a 
LEFT JOIN PHONE AS b ON a.`pId`=b.`id` 
LEFT JOIN COUNTRY AS c ON a.`cId`=c.`id` 
WHERE a.`time` >= 2010 AND a.`time` <= 2012 AND c.`NAME` = "中国"
GROUP BY b.`NAME`

其中时间(time), 手机品牌(b.name，后文用phone代替)，国家(c.name，后文用country代替)是维度，而销售数量(a.count)是度量。手机品牌的个数可用于表示手机品牌列的基度。各手机品牌在各年各个国家的销量可做为一个cuboid，全部的cuboid组成一个cube，以下图所示：

上图展现了有3个维度的cube，每一个小立方体表明一个cuboid，其中存储的是度量列聚合后的结果，好比苹果在中国2010年的销量就是一个cuboid。

3 入口介绍

在kylin的web页面上建立完成一个cube以后能够点击action下拉框执行build或者merge操做，这两个操做都会调用cube的rebuild接口，调用的参数包括：

1. cube名，用于惟一标识一个cube，在当前的kylin版本中cube名是全局惟一的，而不是每个project下惟一的；
2. 本次构建的startTime和endTime，这两个时间区间标识本次构建的segment的数据源只选择这个时间范围内的数据；对于BUILD操做而言，startTime是不须要的，由于它老是会选择最后一个segment的结束时间做为当前segment的起始时间。
3. buildType标识着操做的类型，能够是”BUILD”、”MERGE”和”REFRESH”。

4 构建Cube过程

Kylin中Cube的Build过程，是将全部的维度组合事先计算，存储于HBase中，以空间换时间，HTable对应的RowKey，就是各类维度组合，指标存在Column中，这样，将不一样维度组合查询SQL，转换成基于RowKey的范围扫描，而后对指标进行汇总计算，以实现快速分析查询。整个过程以下图所示：

主要的步骤能够按照顺序分为几个阶段：

1. 根据用户的cube信息计算出多个cuboid文件;
2. 根据cuboid文件生成htable;
3. 更新cube信息;
4. 回收临时文件。
   每个阶段操做的输入都须要依赖于上一步的输出，因此这些操做全是顺序执行的。下面对这几个阶段的内容细分为11步具体讲解一下：

4.1 建立Hive事实表中间表（Create Intermediate Flat Hive Table）

这一步的操做会新建立一个hive外部表，而后再根据cube中定义的星状模型，查询出维度和度量的值插入到新建立的表中，这个表是一个外部表，表的数据文件（存储在HDFS）做为下一个子任务的输入。

4.2 从新分配中间表（Redistribute Flat Hive Table）

在前面步骤，hive会在HDFS文件夹中生成数据文件，一些文件很是大,一些有些小,甚至是空的。文件分布不平衡会致使随后的MR做业不平衡:一些mappers做业很快执行完毕，但其它的则很是缓慢。为了平衡做业，kylin增长这一步“从新分配”数据。首先，kylin获取到这中间表的行数,而后根据行数的数量,它会从新分配文件须要的数据量。默认状况下，kylin分配每100万行一个文件。

4.3 提取事实表不一样列值 （Extract Fact Table Distinct Columns）

在这一步是根据上一步生成的hive中间表计算出每个出如今事实表中的维度列的distinct值，并写入到文件中，它是启动一个MR任务完成的，它关联的表就是上一步建立的临时表，若是某一个维度列的distinct值比较大，那么可能致使MR任务执行过程当中的OOM。

4.4 建立维度字典（Build Dimension Dictionary）

这一步是根据上一步生成的distinct column文件和维度表计算出全部维度的子典信息，并以字典树的方式压缩编码，生成维度字典，子典是为了节约存储而设计的。
每个cuboid的成员是一个key-value形式存储在hbase中，key是维度成员的组合，可是通常状况下维度是一些字符串之类的值（例如商品名），因此能够经过将每个维度值转换成惟一整数而减小内存占用，在从hbase查找出对应的key以后再根据子典获取真正的成员值。

4.5 保存Cuboid的统计信息（Save Cuboid Statistics）

计算和统计全部的维度组合，并保存，其中，每一种维度组合，称为一个Cuboid。理论上来讲，一个N维的Cube，便有2的N次方种维度组合，参考网上的一个例子，一个Cube包含time, item, location, supplier四个维度，那么组合（Cuboid）便有16种：

4.6 建立HTable

建立一个HTable的时候还须要考虑一下几个事情：

1. 列簇的设置。
2. 每个列簇的压缩方式。
3. 部署coprocessor。
4. HTable中每个region的大小。
   在这一步中，列簇的设置是根据用户建立cube时候设置的，在HBase中存储的数据key是维度成员的组合，value是对应聚合函数的结果，列簇针对的是value的，通常状况下在建立cube的时候只会设置一个列簇，该列包含全部的聚合函数的结果；
   在建立HTable时默认使用LZO压缩，若是不支持LZO则不进行压缩，在后面kylin的版本中支持更多的压缩方式；
   kylin强依赖于HBase的coprocessor，因此须要在建立HTable为该表部署coprocessor，这个文件会首先上传到HBase所在的HDFS上，而后在表的元信息中关联，这一步很容易出现错误，例如coprocessor找不到了就会致使整个regionServer没法启动，因此须要特别当心；region的划分已经在上一步肯定了，因此这里不存在动态扩展的状况，因此kylin建立HTable使用的接口以下：
   public void createTable(final HTableDescriptor desc , byte [][] splitKeys)

4.7 用Spark引擎构建Cube(Build Cube with Spark)

在Kylin的Cube模型中，每个cube是由多个cuboid组成的，理论上有N个普通维度的cube能够是由2的N次方个cuboid组成的，那么咱们能够计算出最底层的cuboid，也就是包含所有维度的cuboid（至关于执行一个group by所有维度列的查询），而后在根据最底层的cuboid一层一层的向上计算，直到计算出最顶层的cuboid（至关于执行了一个不带group by的查询），其实这个阶段kylin的执行原理就是这个样子的，不过它须要将这些抽象成mapreduce模型，提交Spark做业执行。
使用Spark，生成每一种维度组合（Cuboid）的数据。
Build Base Cuboid Data；
Build N-Dimension Cuboid Data : 7-Dimension；
Build N-Dimension Cuboid Data : 6-Dimension；
……
Build N-Dimension Cuboid Data : 2-Dimension；
Build Cube。

4.8 将Cuboid数据转换成HFile(Convert Cuboid Data to HFile)

建立完了HTable以后通常会经过插入接口将数据插入到表中，可是因为cuboid中的数据量巨大，频繁的插入会对Hbase的性能有很是大的影响，因此kylin采起了首先将cuboid文件转换成HTable格式的Hfile文件，而后在经过bulkLoad的方式将文件和HTable进行关联，这样能够大大下降Hbase的负载，这个过程经过一个MR任务完成。

4.9 导HFile入HBase表(Load HFile to HBase Table)

将HFile文件load到HTable中，这一步彻底依赖于HBase的工具。这一步完成以后，数据已经存储到HBase中了，key的格式由cuboid编号+每个成员在字典树的id组成，value可能保存在多个列组里，包含在原始数据中按照这几个成员进行GROUP BY计算出的度量的值。

4.10 更新Cube信息（Update Cube Info）

更新cube的状态，其中须要更新的包括cube是否可用、以及本次构建的数据统计，包括构建完成的时间，输入的record数目，输入数据的大小，保存到Hbase中数据的大小等，并将这些信息持久到元数据库中。

4.11 清理Hive中间表(Hive Cleanup)

这一步是否成功对正确性不会有任何影响，由于通过上一步以后这个segment就能够在这个cube中被查找到了，可是在整个执行过程当中产生了不少的垃圾文件，其中包括：

1. 临时的hive表;
2. 由于hive表是一个外部表，存储该表的文件也须要额外删除；
3. fact distinct这一步将数据写入到HDFS上为创建子典作准备，这时候也能够删除了;
4. rowKey统计的时候会生成一个文件，此时能够删除；
5. 生成HFile时文件存储的路径和hbase真正存储的路径不一样，虽然load是一个remove操做，可是上层的目录仍是存在的，也须要删除。

至此整个Build过程结束。