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Delta Lake的Liquid Clustering

news 来源：原创 2025/6/21 6:19:15

Delta Lake的Liquid Clustering（液态聚类）是一种高效的数据布局优化技术，旨在解决传统分区和Z-Order排序的局限性。它通过自动化和增量式的数据布局优化，提升查询性能并减少存储和计算成本。以下是其原理、实现方式以及实际场景中的应用解析。

Liquid Clustering的核心原理

动态数据布局：
- Liquid Clustering基于树形算法，优化数据文件的大小和数量，使其均匀分布。
- 它通过Delta Lake事务日志（_delta_log）记录元数据，跟踪数据布局的变化，从而支持增量式聚类。这避免了重新写入整个数据集的开销[2][3]。
多维度优化：
- 支持对多个列（维度）进行优化，而不仅限于单一列。例如，可以同时对year和region列进行聚类，从而在多维查询中提升性能[3]。
增量聚类：
- 新增数据时，仅对新增部分进行聚类，而无需重写已有数据。这种方式不仅高效，还支持并发读写操作，符合Delta Lake的ACID事务特性[2][3]。
解决小文件问题与数据倾斜：
- 自动合并小文件，分割过大的文件，确保任务执行时负载均衡，从而提升并行处理效率[3]。

Liquid Clustering的实现步骤

创建启用Liquid Clustering的表

可以通过SQL或API创建启用Liquid Clustering的Delta表。例如：

Python API:

from delta.tables import DeltaTable

DeltaTable.create(spark) \
    .tableName("sales") \
    .addColumn("customer", dataType="STRING") \
    .addColumn("sales", dataType="INT") \
    .clusterBy("customer") \
    .execute()

SQL语法:

CREATE TABLE sales_data (
    customer STRING,
    sales INT
) USING DELTA
CLUSTER BY (customer);

上述代码会创建一个以customer列为聚类维度的Delta表[2][4]。

触发聚类操作

自动触发：
- 对于小于512GB的新数据，Delta Lake会在每次数据写入时自动触发聚类。
手动触发：
- 可以使用OPTIMIZE命令手动执行聚类，例如：
```
deltaTable = DeltaTable.forPath(spark, "path/to/table")
deltaTable.optimize().executeCompaction()
```
  或使用SQL:
```
OPTIMIZE sales_data;
```
手动触发适用于需要立即优化大规模数据的场景[2][4]。

实际场景与示例

场景1：动态查询模式

假设有一个销售数据表sales_data，包含以下字段：

region: 地区（如North、South等）
year: 年份（如2024、2025等）

传统分区问题：

如果按region分区，当查询条件变为按year过滤时，需要重写整个表的数据布局，代价高昂（如图左侧所示）。

Liquid Clustering解决方案：

启用Liquid Clustering后，无需重写数据。系统会根据查询模式动态调整文件布局，使得按任意列过滤都能高效运行（如图右侧所示）。

场景2：多维度查询优化

对于一个包含数百万行记录的大型表，可以同时按year和customer_id进行聚类。例如：

CREATE TABLE sales_data (
    year INT,
    customer_id STRING,
    sales_amount DOUBLE
) USING DELTA
CLUSTER BY (year, customer_id);

此表在查询类似以下条件时表现优异：

SELECT * FROM sales_data WHERE year=2024 AND customer_id='C123';

Liquid Clustering会确保相关文件被精确定位，从而减少扫描的数据量[3][4]。

Liquid Clustering vs 传统方法

特性	Hive分区	Z-Order排序	Liquid Clustering
数据重写开销	高	中	低
支持动态查询模式	差	较好	优秀
增量优化	不支持	部分支持	完全支持
数据倾斜与小文件问题解决	无	部分解决	完全解决

总结

Liquid Clustering通过增量式、多维度的数据布局优化，为动态查询模式提供了高效解决方案。它特别适用于以下场景：

查询条件频繁变化。
数据倾斜或小文件问题严重。
表中包含高基数列或需要频繁新增数据。

通过简单配置即可启用Liquid Clustering，大幅提升Delta Lake表的性能和可维护性。

引用:
[1] https://pplx-res.cloudinary.com/image/upload/v1741069251/user_uploads/rbxJHoABjcLqccH/image.jpg
[2] https://delta.io/blog/liquid-clustering/
[3] https://dennyglee.com/2024/02/06/how-delta-lake-liquid-clustering-conceptually-works/
[4] https://www.linkedin.com/pulse/delta-lake-liquid-clustering-rahul-soni
[5] https://hexaware.com/blogs/a-new-outlook-on-data-layouts-exploring-databricks-liquid-clustering/
[6] https://www.youtube.com/watch?v=5t6wX28JC_M
[7] https://docs.databricks.com/aws/en/delta/clustering
[8] https://docs.databricks.com/aws/en/delta/best-practices
[9] https://community.databricks.com/t5/technical-blog/from-hive-to-thrive-how-delta-lake-liquid-clustering-transforms/ba-p/99559
[10] https://www.linkedin.com/pulse/liquid-clustering-databricks-delta-lake-tony-siciliani
[11] https://learn.microsoft.com/en-us/azure/databricks/delta/clustering
[12] https://docs.delta.io/latest/delta-clustering.html
[13] https://rajanieshkaushikk.com/2023/09/23/liquid-clustering-101-what-every-databricks-developer-should-know/