【数据中台】初探数据湖-iceberg

@[toc]

1. 什么是数据湖

准确来讲就是数据入湖中间件技术，它并不是一个存储或者计算引擎，它的存在就是更好的将存储和计算解耦，构建与存储格式之上的数据组织方式，并提供ACID（atomicity原子性、consistency一致性、isolation隔离性、durability持久性）能力，提供行级别的数据修改能力，确保schema的准确性，提供一定的schema扩展能力，

数据湖具有哪些能力，分为两个方面：

• 存储：

1. 元数据修正以及行级数据修正
2. 数据质量管控
3. 异构数据入湖

• 计算：

1. 流批计算融合
2. ACID

2. iceberg的特性

2.1 优化数据入库的流程

1. 提供ACID事务能力，上游数据写入即可见，不影响当前数据处理任务。

技术细节：

• 事务性提交：

  1. 在写操作的时候，首先会记录当前元数据的版本-base version，然后创建新的元数据以及manifest文件，最后会原子性地将base version替换为新的版本。
  2. 原子性替换保证了线性的历史， 但原子性替换需要依赖元数据管理器所提供的能力和HDFS或是本地文件系统所提供的原子化的rename能力。
  3. 写操作基于乐观锁设计，因为大数据场景下，读比写的场景多，所以采用乐观锁的设计，回会假定当前没有其他的写操作，当遇到冲突则基于当前最新的元数据进行重试。

• 快照隔离：

  1. 读操作仅适用当前已生成的快照。
  2. 写操作会生成新的隔离快照，并在写完成后原子性提交。

1. 提供upsert/merge into 能力，可以极大地缩小数据入库的能力

技术细节：

• 对于文件列表的所有修改都是原子操作：如在分区中追加数据，合并或是重写分区。同时也会此时记录表的结构，分区信息，参数等，生成变化轨迹文件，并始终向前迭代，即能实现跟踪老的快照，以确保能够回退。

2.2 支持更多的分析引擎

1. 优秀的内核抽象使之不绑定于特定引擎，目前在支持的有spark，flink，persto，hive。
2. 提供java native API，不用特定引擎也可以访问iceberg表。

2.3 统一数据存储和灵活的文件组织

1. 提供基于流式的增量计算模型和基于批处理的全量表计算模型，批任务和流任务可以使用相同的存储模型（HDFS、OZONE），数据不再孤立。
2. iceberg支持隐藏分区和分区进化，方便业务进行数据分区策略更新。
3. 支持Parquet，ORC，Avro行存列存兼顾

2.4 增量读取处理能力

1. 支持用过流式方式读取增量数据
2. spark struck streaming支持
3. flink table source支持

3. 数据湖技术催生的新架构

3.1 原有方案

原有数仓的构建方案

• 复杂的增量入库方案来保证exactly-once和数据去重
• 利用HDFS rename操作的原子性和复杂的命名规则来保证一致性、可见性
• 利用调度引擎来构建依赖关系，避免读写冲突

  所存在的问题：

• 架构复杂，设计多个不同系统的协调
• 架构的复杂性导致延迟明显，从数据产生到最终展示有较长的时延
• 需要支持exactly-once，并支持数据去重，导致入库方案异常复杂，增加运维难度。

3.2 新方案

如何利用iceberg改造原有方案：

• 原子语义结合flink 两阶段提交简化整体架构
• iceberg格式是hive、spark兼容的可读写的表格式，可以直接使用，hive、spark进行处理，无需再次将数据导入数仓中
• iceberg支持读写分离，写入并且commit后的数据下游立即可见，因为支持ACID，所以实时读取到新增的数据，降低整体时延

基于iceberg的数据湖的增量处理分析整体方案

• 数据入湖

1. 利用flink+iceberg构建准实时数据接入层

• 湖上分析

1. 利用flink，structured streaming进行增量计算
2. 利用spark 3.0 SQL进行sql分析

使用数据湖技术催生的新架构有三个优点：

1. 简化整体架构
2. 降低端到端的延迟
3. 赋予事务型能力

4. 新架构应用场景

业务场景：mysql的数据导入到hive中，这里就会出现一个问题，mysql的数据是实时变化的数据，那业务系统的数据怎么尽快反应到离线数仓呢？

通常的做法就是将一段时间内的新增数据或者全量数据写到数仓中，覆盖掉原先的数据。那实时数仓也会存在这个问题，如何反应实时的数据变化是一个比较困难的事情。现在市面上常用的基于binlog的数据采集工具像Canal，Maxwell，Flink 从1.11起支持CDC的能力（ Debezium 作为 Flink CDC 的底层采集工具），Spark structured streaming支持upsert和merge的能力，如果能将上游的增量数据实时的写入数仓，这不仅能降低端到端的时延，也能显著降低业务开销。

所以就可以构建基于iceberg的数据湖的增量处理分析系统，实现流批一体。

参考文章：
Flink CDC 2.0 正式发布，详解核心改进