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一、Doris 的架构与原理

1. 架构组成

Doris 是一个分布式 MPP(大规模并行处理)数据库,它的架构主要由以下几部分组成:

  • FE(Frontend):负责管理元数据、解析 SQL 查询、优化查询计划,并将任务分配给 BE。
  • BE(Backend)):负责实际存储数据和执行查询任务。
  • Broker:用于读取外部存储(如 HDFS、S3 等)的数据。
  • MySQL 客户端:用户通过 MySQL 客户端连接 Doris,提交 SQL 查询。

架构图:

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|    MySQL       | -----> |     Frontend   | -----> |    Backend     |
|  客户端        |        |   (FE)         |        |   (BE)         |
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2. 数据存储

Doris 使用列式存储来优化分析性能。数据以列的形式存储,而不是传统数据库的行式存储。这种方式在处理聚合查询(如求和、平均值等)时效率更高。

  • 数据模型
    • 表(Table):存储数据的基本单位,由多个列组成。
    • 分区(Partition):将表中的数据按某种规则(如时间范围)分成多个分区,便于管理和查询。
    • 分片(Tablet):分区进一步被分成多个分片,分片是数据存储的最小单位,分布在不同的 BE 上。

公式:
[ \text{表} = \text{分区} \times \text{分片} ]

示例:
假设有一个订单表,按时间分区,每天一个分区。每个分区又被分成多个分片,分布在不同的 BE 上。

3. 查询优化

Doris 使用了多种优化技术来提高查询性能:

  • 查询计划优化

    • FE 接收到 SQL 查询后,会生成一个查询计划树,优化查询逻辑,减少不必要的计算。
    • 例如,对于一个带有 WHERE 子句的查询,Doris 会先过滤掉不符合条件的数据,再进行后续计算。
  • 并行计算

    • Doris 支持 MPP 架构,可以将查询任务并行化,分配到多个 BE 上同时执行。
    • 每个 BE 只处理自己负责的分片数据,最后将结果汇总。

公式:
[ \text{查询时间} = \frac{\text{数据量}}{\text{并行度} \times \text{优化效率}} ]

示例:
假设有一个查询需要处理 100GB 的数据,Doris 有 10 个 BE 节点,每个节点处理 10GB 数据。如果优化效率为 80%,那么查询时间会显著减少。

4. 数据更新与维护

Doris 支持多种数据更新方式:

  • 全量更新:通过 ALTER TABLEUPDATE 语句直接修改数据。
  • 增量更新:支持流式写入(Stream Load)和批量导入(Broker Load),适合实时数据更新场景。

示例:

-- 全量更新
UPDATE orders SET amount = amount * 1.1 WHERE date = '2025-06-07';-- 流式写入
PUT /api/_stream_load HTTP/1.1
Host: be_host:port
Authorization: Basic base64_encoded_auth
Content-Type: text/plain
Expect: 100-continue1,2025-06-07,100
2,2025-06-07,200
5. 数据分析与聚合

Doris 非常适合做数据分析,支持多种聚合函数(如 SUMAVGCOUNT 等)。

公式:
[ \text{聚合结果} = \text{聚合函数}(\text{列}) ]

示例:

-- 计算订单表中每天的订单总数
SELECT date, COUNT(*) AS total_orders FROM orders GROUP BY date;-- 计算每个用户的平均订单金额
SELECT user_id, AVG(amount) AS avg_amount FROM orders GROUP BY user_id;

二、Doris 的核心技术

1. 列式存储与向量化执行

Doris 使用列式存储,数据按列存储在磁盘上,查询时只读取需要的列,大大减少了 I/O 操作。

  • 向量化执行
    • Doris 在查询时会将数据批量加载到内存中,以向量的形式进行计算,而不是逐行处理。
    • 这种方式可以充分利用 CPU 的 SIMD(单指令多数据)指令,提高计算效率。

公式:
[ \text{查询效率} = \text{向量化执行效率} \times \text{列式存储 I/O 效率} ]

2. 分布式事务

Doris 支持分布式事务,确保数据的一致性。在更新数据时,Doris 会通过两阶段提交(2PC)或本地事务日志(Local Write)来保证数据的完整性和一致性。

示例:
假设同时更新多个表的数据,Doris 会确保这些更新要么全部成功,要么全部失败,不会出现部分更新的情况。

3. 数据压缩与编码

Doris 使用多种压缩算法(如 Snappy、LZ4 等)和编码方式(如字典编码、前缀编码等)来减少存储空间,同时提高读取效率。

公式:
[ \text{存储空间} = \frac{\text{原始数据量}}{\text{压缩率}} ]

示例:
假设原始数据量为 100GB,压缩率可以达到 50%,那么实际存储空间只需要 50GB。

三、Doris 的应用场景

1. 数据仓库

Doris 可以作为数据仓库的核心组件,用于存储和分析企业级数据。

  • 优势
    • 支持大规模数据存储和快速查询。
    • 支持多种数据模型(如星型模型、雪花模型)。
2. 实时数据分析

Doris 支持流式写入和实时查询,适合实时数据分析场景。

  • 示例
    • 监控系统:实时分析系统性能指标。
    • 电商系统:实时分析订单数据。
3. 数据湖

Doris 可以与数据湖(如 HDFS、S3)结合,读取外部存储的数据,进行分析。

  • 优势
    • 支持多种数据格式(如 Parquet、ORC)。
    • 支持联邦查询,可以直接查询外部存储的数据。

四、总结

Doris 是一个高性能的分布式 MPP 数据库,具有以下特点:

  1. 列式存储与向量化执行:提高查询效率。
  2. 分布式架构:支持大规模数据存储和并行计算。
  3. 多种优化技术:查询优化、数据压缩、分布式事务等。
  4. 广泛的应用场景:数据仓库、实时数据分析、数据湖等。

希望这次的讲解能够满足你的需求,如果有任何问题,欢迎随时提问!

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