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传统 OLAP 系统的局限
在大数据实时分析领域，数据模型设计直接决定了系统的查询性能、存储效率与业务适配性。Apache Doris作为新一代MPP分析型数据库，通过独创的多模型融合架构，在业内率先实现了"一份数据支持多种分析范式"的能力。本文将深入解析Doris的三大核心数据模型及其背后的设计哲学。
在 Doris 出现之前，传统的 OLAP 系统通常面临以下的局限性：
- 预聚合模型，牺牲灵活性换取性能，无法支持明细查询；
- 全量明细模型，保留原始数据但查询效率低下；
- Lambda 混合架构，又会导致架构复杂，而且会有数据一致性风险。
Doris 数据模型技术实现
Doris 通过数据模型来定义数据存储和管理方式，当前提供了明细模型、聚合模型以及主键模型三种表模型，不同的模型具有相应的数据去重、聚合和更新机制，满足不同应用场景需求。
明细模型 (Duplicate Key Model)
明细模型下的数据存储类似于传统数据库，允许指定的 Key 列重复，一般数据只进行追加，现有数据不更新或少量更新。 Doris 存储层保留所有写入的数据，既不去重也不聚合。
虽然无法利用预聚合特性，但是不受聚合模型的约束，可以发挥列存模型的优势。适合任意维度的 Ad-hoc 查询，典型的应用场景如日志存储、交易数据和用户行为数据查询等。
主键模型 (Unique Key Model)
每行 Key 值唯一，确保给定的 Key 列不会存在重复行，基于主键进行 UPSERT 更新，Doris 存储层对每个 Key 只保留最新写入的数据。
Doris 中的主键模型有两种实现方式：
- 写时合并：数据在写入时立即合并相同 Key 的记录，确保存储的始终是最新数据。写时合并兼顾查询和写入性能，避免多个版本的数据合并，并支持谓词下推到存储层。大多数场景推荐使用此模式；
- 读时合并：数据在写入时并不进行合并，以增量的方式被追加存储，在 Doris 内保留多个版本。查询或 Compaction 时，会对数据进行相同 Key 的版本合并。读时合并适合写多读少的场景，在查询是需要进行多个版本合并，谓词无法下推，可能会影响到查询速度。
主键模型默认为整行更新，即使用户使用 Insert Into 指定部分列进行写入，Doris 也会在 Planner 中将未提供的列使用 NULL 值或者默认值进行填充。如果希望更新部分字段，需要使用写时合并实现，并通过特定的参数来开启部分列更新的支持。
针对需要唯一主键约束的场景，可以保证主键唯一性约束，但无法利用 ROLLUP 等预聚合带来的查询优势。适用于需要数据更新的情况，典型的场景如用户画像和实时风控等。
聚合模型 (Aggregate Key Model)
聚合模型专为高效处理大规模数据查询中的聚合操作设计，根据 Key 列聚合数据，在数据写入时自动维护 SUM/MAX/MIN 等聚合状态， Doris 存储层保留聚合后的数据，从而减少存储空间，极大的降低聚合查询时所需要扫描的数据量和查询计算量，非常适合有固定模式的报表类查询和指标看板等场景。
当然聚合模型的使用也存在一定的局限性：
- 模型对外展现的是最终聚合后的数据，任何还未聚合的数据（比如说两个不同导入批次的数据），必须通过某种方式，以保证对外展示的一致性。因此，在进行其他类型的聚合查询时，需要考虑语意正确性；
- 模型对 count(*) 查询很不友好，为了得到正确的结果，必须扫描所有的聚合列，并进行聚合后才能得到语意正确的结果，查询成本非常高。
模型特征总结
| 模型类型 | 数据特征 | 典型场景 | 性能优势 |
|---|---|---|---|
| 明细模型 | 原始数据、高基数维度 | 日志分析、Ad-hoc查询 | 灵活查询 |
| 聚合模型 | 固定维度、数值型指标 | 日报表、监控看板 | 查询速度提升100倍 |
| 主键模型 | 频繁更新、点查为主 | 用户画像、实时库存 | 支持高并发点查 |
写在最后
实时分析场景是 Doris 的立足之本，致力于打造速度最快且最具成本效益的分析型数据库，而数据模型是实现这一目标的基础。传统 OLTP 数据库大多数使用明细模对数据进行直接的存储，而不做额外的处理和加工，好处是插入性能好，满足高响应低延时的业务系统需求；而 OLAP 类的业务通常有较多的分析计算，通过聚合模型将数据按需求提前进行计算，在查询时直接提取计算后的结果，因而大大降低了分析计算的时间，但是又会损失一些插入的时间。
数据库的设计中总是充满了各种权衡，就像 Doris 的聚合模型，当你在分析计算过程中得到了好处，则可能在数据插入时损失一些性能。当然好的产品或者好的架构师，就是结合自身的业务需求，将适当的技术和产品放在最合理的位置，从而发挥出最大的价值！