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2023版最新最强大数据面试宝典

参考链接：
2023版最新最强大数据面试宝典，附答案解析

复习大数据面试题，看这一套就够了！

本文目录：

一、Hadoop

二、Hive

三、Spark

四、Kafka

五、HBase

六、Flink

七、Clickhouse

八、Doris

九、数据仓库

十、数据湖

十一、必备SQL题

十二、必备算法

十三、大数据算法设计题

前言

此版本面试题相较于之前增加了很多数仓以及算法相关的题，同时新增了数据湖，必备SQL题，Clickhouse，Doris等面试题。

版本更新如下：

参考链接：
2023版最新最强大数据面试宝典，附答案解析

Hadoop

Hadoop中常问的就三块，第一：分布式存储(HDFS)；第二：分布式计算框架(MapReduce)；第三：资源调度框架(YARN)。

1. 请说下HDFS读写流程

HDFS写流程：

  1. Client客户端发送上传请求，通过RPC与NameNode建立通信，NameNode检查该用户是否有上传权限，以及上传的文件是否在HDFS对应的目录下重名，如果这两者有任意一个不满足，则直接报错，如果两者都满足，则返回给客户端一个可以上传的信息；

  2. Client根据文件的大小进行切分，默认128M一块，切分完成之后给NameNode发送请求第一个block块上传到哪些服务器上；

  3. NameNode收到请求之后，根据网络拓扑和机架感知以及副本机制进行文件分配，返回可用的DataNode的地址；

  1. 客户端收到地址之后与服务器地址列表中的一个节点如A进行通信，本质上就是RPC调用，建立pipeline，A收到请求后会继续调用B，B在调用C，将整个pipeline建立完成，逐级返回Client；

  2. Client开始向A上发送第一个block（先从磁盘读取数据然后放到本地内存缓存），以packet（数据包，64kb）为单位，A收到一个packet就会发送给B，然后B发送给C，A每传完一个packet就会放入一个应答队列等待应答；

  3. 数据被分割成一个个的packet数据包在pipeline上依次传输，在pipeline反向传输中，逐个发送ack（命令正确应答），最终由pipeline中第一个DataNode节点A将pipelineack发送给Client；

  4. 当一个block传输完成之后, Client再次请求NameNode上传第二个block，NameNode重新选择三台DataNode给Client。

HDFS读流程：

  1. Client向NameNode发送RPC请求。请求文件block的位置；

  2. NameNode收到请求之后会检查用户权限以及是否有这个文件，如果都符合，则会视情况返回部分或全部的block列表，对于每个block，NameNode都会返回含有该block副本的DataNode地址；这些返回的DataNode地址，会按照集群拓扑结构得出DataNode与客户端的距离，然后进行排序，排序两个规则：网络拓扑结构中距离 Client 近的排靠前；心跳机制中超时汇报的DataNode状态为STALE，这样的排靠后；

  3. Client选取排序靠前的DataNode来读取block，如果客户端本身就是DataNode,那么将从本地直接获取数据(短路读取特性)；

  4. 底层上本质是建立Socket Stream（FSDataInputStream），重复的调用父类DataInputStream的read方法，直到这个块上的数据读取完毕；

  5. 当读完列表的block后，若文件读取还没有结束，客户端会继续向NameNode 获取下一批的block列表；

  6. 读取完一个block都会进行checksum验证，如果读取DataNode时出现错误，客户端会通知NameNode，然后再从下一个拥有该block副本的DataNode 继续读；

  7. read方法是并行的读取block信息，不是一块一块的读取；NameNode只是返回Client请求包含块的DataNode地址，并不是返回请求块的数据；

  8. 最终读取来所有的block会合并成一个完整的最终文件；

2. HDFS在读取文件的时候，如果其中一个块突然损坏了怎么办

客户端读取完DataNode上的块之后会进行checksum验证，也就是把客户端读取到本地的块与HDFS上的原始块进行校验，如果发现校验结果不一致，客户端会通知NameNode，然后再从下一个拥有该block副本的DataNode继续读。

3. HDFS在上传文件的时候，如果其中一个DataNode突然挂掉了怎么办

客户端上传文件时与DataNode建立pipeline管道，管道的正方向是客户端向DataNode发送的数据包，管道反向是DataNode向客户端发送ack确认，也就是正确接收到数据包之后发送一个已确认接收到的应答。

当DataNode突然挂掉了，客户端接收不到这个DataNode发送的ack确认，客户端会通知NameNode，NameNode检查该块的副本与规定的不符，NameNode会通知DataNode去复制副本，并将挂掉的DataNode作下线处理，不再让它参与文件上传与下载。

4. NameNode在启动的时候会做哪些操作

NameNode数据存储在内存和本地磁盘，本地磁盘数据存储在fsimage镜像文件和edits编辑日志文件。

首次启动NameNode：

  1. 格式化文件系统，为了生成fsimage镜像文件；

  2. 启动NameNode：

    • 读取fsimage文件，将文件内容加载进内存
    • 等待DataNade注册与发送block report

  3. 启动DataNode：

    • 向NameNode注册
    • 发送block report
    • 检查fsimage中记录的块的数量和block report中的块的总数是否相同

  4. 对文件系统进行操作（创建目录，上传文件，删除文件等）：

    • 此时内存中已经有文件系统改变的信息，但是磁盘中没有文件系统改变的信息，此时会将这些改变信息写入edits文件中，edits文件中存储的是文件系统元数据改变的信息。

第二次启动NameNode：

  1. 读取fsimage和edits文件；

  2. 将fsimage和edits文件合并成新的fsimage文件；

  3. 创建新的edits文件，内容开始为空；

  4. 启动DataNode。

5. Secondary NameNode了解吗，它的工作机制是怎样的

Secondary NameNode是合并NameNode的edit logs到fsimage文件中；

它的具体工作机制：

  1. Secondary NameNode询问NameNode是否需要checkpoint。直接带回NameNode是否检查结果；

  2. Secondary NameNode请求执行checkpoint；

  3. NameNode滚动正在写的edits日志；

  4. 将滚动前的编辑日志和镜像文件拷贝到Secondary NameNode；

  5. Secondary NameNode加载编辑日志和镜像文件到内存，并合并；

  6. 生成新的镜像文件fsimage.chkpoint；

  7. 拷贝fsimage.chkpoint到NameNode；

  8. NameNode将fsimage.chkpoint重新命名成fsimage；

所以如果NameNode中的元数据丢失，是可以从Secondary NameNode恢复一部分元数据信息的，但不是全部，因为NameNode正在写的edits日志还没有拷贝到Secondary NameNode，这部分恢复不了。

6. Secondary NameNode不能恢复NameNode的全部数据，那如何保证NameNode数据存储安全

这个问题就要说NameNode的高可用了，即 NameNode HA。

一个NameNode有单点故障的问题，那就配置双NameNode，配置有两个关键点，一是必须要保证这两个NameNode的元数据信息必须要同步的，二是一个NameNode挂掉之后另一个要立马补上。

  1. 元数据信息同步在 HA 方案中采用的是“共享存储”。每次写文件时，需要将日志同步写入共享存储，这个步骤成功才能认定写文件成功。然后备份节点定期从共享存储同步日志，以便进行主备切换。

  2. 监控NameNode状态采用zookeeper，两个NameNode节点的状态存放在zookeeper中，另外两个NameNode节点分别有一个进程监控程序，实施读取zookeeper中有NameNode的状态，来判断当前的NameNode是不是已经down机。如果Standby的NameNode节点的ZKFC发现主节点已经挂掉，那么就会强制给原本的Active NameNode节点发送强制关闭请求，之后将备用的NameNode设置为Active。

7. 在NameNode HA中，会出现脑裂问题吗？怎么解决脑裂

脑裂对于NameNode这类对数据一致性要求非常高的系统来说是灾难性的，数据会发生错乱且无法恢复。zookeeper社区对这种问题的解决方法叫做 fencing，中文翻译为隔离，也就是想办法把旧的 Active NameNode 隔离起来，使它不能正常对外提供服务。

在进行 fencing 的时候，会执行以下的操作：

  1. 首先尝试调用这个旧 Active NameNode 的 HAServiceProtocol RPC 接口的 transitionToStandby 方法，看能不能把它转换为 Standby 状态。

  2. 如果 transitionToStandby 方法调用失败，那么就执行 Hadoop 配置文件之中预定义的隔离措施，Hadoop 目前主要提供两种隔离措施，通常会选择 sshfence：

    • sshfence：通过 SSH 登录到目标机器上，执行命令 fuser 将对应的进程杀死；
    • shellfence：执行一个用户自定义的 shell 脚本来将对应的进程隔离。

8. 小文件过多会有什么危害，如何避免

Hadoop上大量HDFS元数据信息存储在NameNode内存中,因此过多的小文件必定会压垮NameNode的内存。

每个元数据对象约占150byte，所以如果有1千万个小文件，每个文件占用一个block，则NameNode大约需要2G空间。如果存储1亿个文件，则NameNode需要20G空间。

显而易见的解决这个问题的方法就是合并小文件,可以选择在客户端上传时执行一定的策略先合并,或者是使用Hadoop的CombineFileInputFormat\<K,V\>实现小文件的合并。

9. 请说下HDFS的组织架构

  1. Client：客户端

    • 切分文件。文件上传HDFS的时候，Client将文件切分成一个一个的Block，然后进行存储

    • 与NameNode交互，获取文件的位置信息

    • 与DataNode交互，读取或者写入数据

    • Client提供一些命令来管理HDFS，比如启动关闭HDFS、访问HDFS目录及内容等

  2. NameNode：名称节点，也称主节点，存储数据的元数据信息，不存储具体的数据

    • 管理HDFS的名称空间

    • 管理数据块（Block）映射信息

    • 配置副本策略

    • 处理客户端读写请求

  3. DataNode：数据节点，也称从节点。NameNode下达命令，DataNode执行实际的操作

    • 存储实际的数据块

    • 执行数据块的读/写操作

  4. Secondary NameNode：并非NameNode的热备。当NameNode挂掉的时候，它并不能马上替换NameNode并提供服务

    • 辅助NameNode，分担其工作量

    • 定期合并Fsimage和Edits，并推送给NameNode

    • 在紧急情况下，可辅助恢复NameNode

10. 请说下MR中Map Task的工作机制

简单概述：

inputFile通过split被切割为多个split文件，通过Record按行读取内容给map（自己写的处理逻辑的方法）
，数据被map处理完之后交给OutputCollect收集器，对其结果key进行分区（默认使用的hashPartitioner），然后写入buffer，每个map task 都有一个内存缓冲区（环形缓冲区），存放着map的输出结果，当缓冲区快满的时候需要将缓冲区的数据以一个临时文件的方式溢写到磁盘，当整个map task 结束后再对磁盘中这个maptask产生的所有临时文件做合并，生成最终的正式输出文件，然后等待reduce task的拉取。

详细步骤：

  1. 读取数据组件 InputFormat (默认 TextInputFormat) 会通过 getSplits 方法对输入目录中的文件进行逻辑切片规划得到 block，有多少个 block就对应启动多少个 MapTask。

  2. 将输入文件切分为 block 之后，由 RecordReader 对象 (默认是LineRecordReader) 进行读取，以 \n 作为分隔符, 读取一行数据, 返回 <key，value>， Key 表示每行首字符偏移值，Value 表示这一行文本内容。

  3. 读取 block 返回 <key,value>, 进入用户自己继承的 Mapper 类中，执行用户重写的 map 函数，RecordReader 读取一行这里调用一次。

  4. Mapper 逻辑结束之后，将 Mapper 的每条结果通过 context.write 进行collect数据收集。在 collect 中，会先对其进行分区处理，默认使用 HashPartitioner。

  5. 接下来，会将数据写入内存，内存中这片区域叫做环形缓冲区(默认100M)，缓冲区的作用是 批量收集 Mapper 结果，减少磁盘 IO 的影响。我们的 Key/Value 对以及 Partition 的结果都会被写入缓冲区。当然，写入之前，Key 与 Value 值都会被序列化成字节数组。

  6. 当环形缓冲区的数据达到溢写比列(默认0.8)，也就是80M时，溢写线程启动，需要对这 80MB 空间内的 Key 做排序 (Sort)。排序是 MapReduce 模型默认的行为，这里的排序也是对序列化的字节做的排序。

  7. 合并溢写文件，每次溢写会在磁盘上生成一个临时文件 (写之前判断是否有 Combiner)，如果 Mapper 的输出结果真的很大，有多次这样的溢写发生，磁盘上相应的就会有多个临时文件存在。当整个数据处理结束之后开始对磁盘中的临时文件进行 Merge 合并，因为最终的文件只有一个写入磁盘，并且为这个文件提供了一个索引文件，以记录每个reduce对应数据的偏移量。

11. 请说下MR中Reduce Task的工作机制

简单描述：

Reduce 大致分为 copy、sort、reduce 三个阶段，重点在前两个阶段。

copy 阶段包含一个 eventFetcher 来获取已完成的 map 列表，由 Fetcher 线程去 copy 数据，在此过程中会启动两个 merge 线程，分别为 inMemoryMerger 和 onDiskMerger，分别将内存中的数据 merge 到磁盘和将磁盘中的数据进行 merge。待数据 copy 完成之后，copy 阶段就完成了。

开始进行 sort 阶段，sort 阶段主要是执行 finalMerge 操作，纯粹的 sort 阶段，完成之后就是 reduce 阶段，调用用户定义的 reduce 函数进行处理。

详细步骤：

  1. Copy阶段：简单地拉取数据。Reduce进程启动一些数据copy线程(Fetcher)，通过HTTP方式请求maptask获取属于自己的文件（map task 的分区会标识每个map task属于哪个reduce task ，默认reduce task的标识从0开始）。

  2. Merge阶段：在远程拷贝数据的同时，ReduceTask启动了两个后台线程对内存和磁盘上的文件进行合并，以防止内存使用过多或磁盘上文件过多。

    merge有三种形式：内存到内存；内存到磁盘；磁盘到磁盘。默认情况下第一种形式不启用。当内存中的数据量到达一定阈值，就直接启动内存到磁盘的merge。与map端类似，这也是溢写的过程，这个过程中如果你设置有Combiner，也是会启用的，然后在磁盘中生成了众多的溢写文件。内存到磁盘的merge方式一直在运行，直到没有map端的数据时才结束，然后启动第三种磁盘到磁盘的merge方式生成最终的文件。

  3. 合并排序：把分散的数据合并成一个大的数据后，还会再对合并后的数据排序。

  4. 对排序后的键值对调用reduce方法：键相等的键值对调用一次reduce方法，每次调用会产生零个或者多个键值对，最后把这些输出的键值对写入到HDFS文件中。

12. 请说下MR中Shuffle阶段

shuffle阶段分为四个步骤：依次为：分区，排序，规约，分组，其中前三个步骤在map阶段完成，最后一个步骤在reduce阶段完成。

shuffle 是 Mapreduce 的核心，它分布在 Mapreduce 的 map 阶段和 reduce 阶段。一般把从 Map 产生输出开始到 Reduce 取得数据作为输入之前的过程称作 shuffle。

  1. Collect阶段：将 MapTask 的结果输出到默认大小为 100M 的环形缓冲区，保存的是 key/value，Partition 分区信息等。

  2. Spill阶段：当内存中的数据量达到一定的阀值的时候，就会将数据写入本地磁盘，在将数据写入磁盘之前需要对数据进行一次排序的操作，如果配置了 combiner，还会将有相同分区号和 key 的数据进行排序。

  3. MapTask阶段的Merge：把所有溢出的临时文件进行一次合并操作，以确保一个 MapTask 最终只产生一个中间数据文件。

  4. Copy阶段：ReduceTask 启动 Fetcher 线程到已经完成 MapTask 的节点上复制一份属于自己的数据，这些数据默认会保存在内存的缓冲区中，当内存的缓冲区达到一定的阀值的时候，就会将数据写到磁盘之上。

  5. ReduceTask阶段的Merge：在 ReduceTask 远程复制数据的同时，会在后台开启两个线程对内存到本地的数据文件进行合并操作。

  6. Sort阶段：在对数据进行合并的同时，会进行排序操作，由于 MapTask 阶段已经对数据进行了局部的排序，ReduceTask 只需保证 Copy 的数据的最终整体有效性即可。

13. Shuffle阶段的数据压缩机制了解吗

在shuffle阶段，可以看到数据通过大量的拷贝，从map阶段输出的数据，都要通过网络拷贝，发送到reduce阶段，这一过程中，涉及到大量的网络IO，如果数据能够进行压缩，那么数据的发送量就会少得多。

hadoop当中支持的压缩算法：
gzip、bzip2、LZO、LZ4、Snappy，这几种压缩算法综合压缩和解压缩的速率，谷歌的Snappy是最优的，一般都选择Snappy压缩。谷歌出品，必属精品。

14. 在写MR时，什么情况下可以使用规约

规约（combiner）是不能够影响任务的运行结果的局部汇总，适用于求和类，不适用于求平均值，如果reduce的输入参数类型和输出参数的类型是一样的，则规约的类可以使用reduce类，只需要在驱动类中指明规约的类即可。

15. YARN集群的架构和工作原理知道多少

YARN的基本设计思想是将MapReduce V1中的JobTracker拆分为两个独立的服务：ResourceManager和ApplicationMaster。

ResourceManager负责整个系统的资源管理和分配，ApplicationMaster负责单个应用程序的的管理。

  1. ResourceManager：
    RM是一个全局的资源管理器，负责整个系统的资源管理和分配，它主要由两个部分组成：调度器（Scheduler）和应用程序管理器（Application Manager）。

调度器根据容量、队列等限制条件，将系统中的资源分配给正在运行的应用程序，在保证容量、公平性和服务等级的前提下，优化集群资源利用率，让所有的资源都被充分利用应用程序管理器负责管理整个系统中的所有的应用程序，包括应用程序的提交、与调度器协商资源以启动ApplicationMaster、监控ApplicationMaster运行状态并在失败时重启它。

  1. ApplicationMaster：
    用户提交的一个应用程序会对应于一个ApplicationMaster，它的主要功能有：

    • 与RM调度器协商以获得资源，资源以Container表示。

    • 将得到的任务进一步分配给内部的任务。

    • 与NM通信以启动/停止任务。

    • 监控所有的内部任务状态，并在任务运行失败的时候重新为任务申请资源以重启任务。

  2. NodeManager：
    NodeManager是每个节点上的资源和任务管理器，一方面，它会定期地向RM汇报本节点上的资源使用情况和各个Container的运行状态；另一方面，他接收并处理来自AM的Container启动和停止请求。

  3. Container：
    Container是YARN中的资源抽象，封装了各种资源。一个应用程序会分配一个Container，这个应用程序只能使用这个Container中描述的资源。不同于MapReduceV1中槽位slot的资源封装，Container是一个动态资源的划分单位，更能充分利用资源。

16. YARN的任务提交流程是怎样的

当jobclient向YARN提交一个应用程序后，YARN将分两个阶段运行这个应用程序：一是启动ApplicationMaster;第二个阶段是由ApplicationMaster创建应用程序，为它申请资源，监控运行直到结束。
具体步骤如下:

  1. 用户向YARN提交一个应用程序，并指定ApplicationMaster程序、启动ApplicationMaster的命令、用户程序。

  2. RM为这个应用程序分配第一个Container，并与之对应的NM通讯，要求它在这个Container中启动应用程序ApplicationMaster。

  3. ApplicationMaster向RM注册，然后拆分为内部各个子任务，为各个内部任务申请资源，并监控这些任务的运行，直到结束。

  4. AM采用轮询的方式向RM申请和领取资源。

  5. RM为AM分配资源，以Container形式返回。

  6. AM申请到资源后，便与之对应的NM通讯，要求NM启动任务。

  7. NodeManager为任务设置好运行环境，将任务启动命令写到一个脚本中，并通过运行这个脚本启动任务。

  8. 各个任务向AM汇报自己的状态和进度，以便当任务失败时可以重启任务。

  9. 应用程序完成后，ApplicationMaster向ResourceManager注销并关闭自己。

17. YARN的资源调度三种模型了解吗

在Yarn中有三种调度器可以选择：FIFO Scheduler ，Capacity Scheduler，Fair Scheduler。

Apache版本的hadoop默认使用的是Capacity Scheduler调度方式。CDH版本的默认使用的是Fair Scheduler调度方式

FIFO Scheduler（先来先服务）：

FIFO Scheduler把应用按提交的顺序排成一个队列，这是一个先进先出队列，在进行资源分配的时候，先给队列中最头上的应用进行分配资源，待最头上的应用需求满足后再给下一个分配，以此类推。

FIFO Scheduler是最简单也是最容易理解的调度器，也不需要任何配置，但它并不适用于共享集群。大的应用可能会占用所有集群资源，这就导致其它应用被阻塞，比如有个大任务在执行，占用了全部的资源，再提交一个小任务，则此小任务会一直被阻塞。

Capacity Scheduler（能力调度器）：

对于Capacity调度器，有一个专门的队列用来运行小任务，但是为小任务专门设置一个队列会预先占用一定的集群资源，这就导致大任务的执行时间会落后于使用FIFO调度器时的时间。

Fair Scheduler（公平调度器）：

在Fair调度器中，我们不需要预先占用一定的系统资源，Fair调度器会为所有运行的job动态的调整系统资源。

比如：当第一个大job提交时，只有这一个job在运行，此时它获得了所有集群资源；当第二个小任务提交后，Fair调度器会分配一半资源给这个小任务，让这两个任务公平的共享集群资源。

需要注意的是，在Fair调度器中，从第二个任务提交到获得资源会有一定的延迟，因为它需要等待第一个任务释放占用的Container。小任务执行完成之后也会释放自己占用的资源，大任务又获得了全部的系统资源。最终的效果就是Fair调度器即得到了高的资源利用率又能保证小任务及时完成。

Hive

1. Hive内部表和外部表的区别

未被external修饰的是内部表，被external修饰的为外部表。

区别：

  1. 内部表数据由Hive自身管理，外部表数据由HDFS管理；

  2. 内部表数据存储的位置是hive.metastore.warehouse.dir（默认：/user/hive/warehouse），外部表数据的存储位置由自己制定（如果没有LOCATION，Hive将在HDFS上的/user/hive/warehouse文件夹下以外部表的表名创建一个文件夹，并将属于这个表的数据存放在这里）；

  3. 删除内部表会直接删除元数据（metadata）及存储数据；删除外部表仅仅会删除元数据，HDFS上的文件并不会被删除。

2. Hive有索引吗

Hive支持索引（3.0版本之前），但是Hive的索引与关系型数据库中的索引并不相同，比如，Hive不支持主键或者外键。并且Hive索引提供的功能很有限，效率也并不高，因此Hive索引很少使用。

  • 索引适用的场景：

适用于不更新的静态字段。以免总是重建索引数据。每次建立、更新数据后，都要重建索引以构建索引表。

  • Hive索引的机制如下：

hive在指定列上建立索引，会产生一张索引表（Hive的一张物理表），里面的字段包括：索引列的值、该值对应的HDFS文件路径、该值在文件中的偏移量。

Hive 0.8版本后引入bitmap索引处理器，这个处理器适用于去重后，值较少的列（例如，某字段的取值只可能是几个枚举值）
因为索引是用空间换时间，索引列的取值过多会导致建立bitmap索引表过大。

注意：Hive中每次有数据时需要及时更新索引，相当于重建一个新表，否则会影响数据查询的效率和准确性，Hive官方文档已经明确表示Hive的索引不推荐被使用，在新版本的Hive中已经被废弃了。

扩展：Hive是在0.7版本之后支持索引的，在0.8版本后引入bitmap索引处理器，在3.0版本开始移除索引的功能，取而代之的是2.3版本开始的物化视图，自动重写的物化视图替代了索引的功能。

3. 运维如何对Hive进行调度

  1. 将hive的sql定义在脚本当中；

  2. 使用azkaban或者oozie进行任务的调度；

  3. 监控任务调度页面。

4. ORC、Parquet等列式存储的优点

ORC和Parquet都是高性能的存储方式，这两种存储格式总会带来存储和性能上的提升。

Parquet:

  1. Parquet支持嵌套的数据模型，类似于Protocol Buffers，每一个数据模型的schema包含多个字段，每一个字段有三个属性：重复次数、数据类型和字段名。
    重复次数可以是以下三种：required(只出现1次)，repeated(出现0次或多次)，optional(出现0次或1次)。每一个字段的数据类型可以分成两种：
    group(复杂类型)和primitive(基本类型)。

  2. Parquet中没有Map、Array这样的复杂数据结构，但是可以通过repeated和group组合来实现的。

  3. 由于Parquet支持的数据模型比较松散，可能一条记录中存在比较深的嵌套关系，如果为每一条记录都维护一个类似的树状结可能会占用较大的存储空间，因此Dremel论文中提出了一种高效的对于嵌套数据格式的压缩算法：Striping/Assembly算法。通过Striping/Assembly算法，parquet可以使用较少的存储空间表示复杂的嵌套格式，并且通常Repetition level和Definition level都是较小的整数值，可以通过RLE算法对其进行压缩，进一步降低存储空间。

  4. Parquet文件是以二进制方式存储的，是不可以直接读取和修改的，Parquet文件是自解析的，文件中包括该文件的数据和元数据。

ORC:

  1. ORC文件是自描述的，它的元数据使用Protocol Buffers序列化，并且文件中的数据尽可能的压缩以降低存储空间的消耗。

  2. 和Parquet类似，ORC文件也是以二进制方式存储的，所以是不可以直接读取，ORC文件也是自解析的，它包含许多的元数据，这些元数据都是同构ProtoBuffer进行序列化的。

  3. ORC会尽可能合并多个离散的区间尽可能的减少I/O次数。

  4. ORC中使用了更加精确的索引信息，使得在读取数据时可以指定从任意一行开始读取，更细粒度的统计信息使得读取ORC文件跳过整个row group，ORC默认会对任何一块数据和索引信息使用ZLIB压缩，因此ORC文件占用的存储空间也更小。

  5. 在新版本的ORC中也加入了对Bloom Filter的支持，它可以进一
    步提升谓词下推的效率，在Hive 1.2.0版本以后也加入了对此的支
    持。

5. 数据建模用的哪些模型？

1. 星型模型

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星形模式(Star Schema)是最常用的维度建模方式。星型模式是以事实表为中心，所有的维度表直接连接在事实表上，像星星一样。
星形模式的维度建模由一个事实表和一组维表成，且具有以下特点：

a. 维表只和事实表关联，维表之间没有关联；

b. 每个维表主键为单列，且该主键放置在事实表中，作为两边连接的外键；

c. 以事实表为核心，维表围绕核心呈星形分布。

2. 雪花模型

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雪花模式(Snowflake Schema)是对星形模式的扩展。雪花模式的维度表可以拥有其他维度表的，虽然这种模型相比星型更规范一些，但是由于这种模型不太容易理解，维护成本比较高，而且性能方面需要关联多层维表，性能比星型模型要低。

3. 星座模型

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星座模式是星型模式延伸而来，星型模式是基于一张事实表的，而星座模式是基于多张事实表的，而且共享维度信息。前面介绍的两种维度建模方法都是多维表对应单事实表，但在很多时候维度空间内的事实表不止一个，而一个维表也可能被多个事实表用到。在业务发展后期，绝大部分维度建模都采用的是星座模式。

数仓建模详细介绍可查看：通俗易懂数仓建模

6. 为什么要对数据仓库分层？

  • 用空间换时间，通过大量的预处理来提升应用系统的用户体验（效率），因此数据仓库会存在大量冗余的数据。

  • 如果不分层的话，如果源业务系统的业务规则发生变化将会影响整个数据清洗过程，工作量巨大。

  • 通过数据分层管理可以简化数据清洗的过程，因为把原来一步的工作分到了多个步骤去完成，相当于把一个复杂的工作拆成了多个简单的工作，把一个大的黑盒变成了一个白盒，每一层的处理逻辑都相对简单和容易理解，这样我们比较容易保证每一个步骤的正确性，当数据发生错误的时候，往往我们只需要局部调整某个步骤即可。

数据仓库详细介绍可查看：万字详解整个数据仓库建设体系

7. 使用过Hive解析JSON串吗

Hive处理json数据总体来说有两个方向的路走：

  1. 将json以字符串的方式整个入Hive表，然后通过使用UDF函数解析已经导入到hive中的数据，比如使用LATERAL VIEW json_tuple的方法，获取所需要的列名。

  2. 在导入之前将json拆成各个字段，导入Hive表的数据是已经解析过的。这将需要使用第三方的
    SerDe。

详细介绍可查看：Hive解析Json数组超全讲解

8. sort by 和 order by 的区别

order by 会对输入做全局排序，因此只有一个reducer（多个reducer无法保证全局有序）只有一个reducer，会导致当输入规模较大时，需要较长的计算时间。

sort by不是全局排序，其在数据进入reducer前完成排序.
因此，如果用sort by进行排序，并且设置mapred.reduce.tasks>1， 则sort by只保证每个reducer的输出有序，不保证全局有序。

9. 数据倾斜怎么解决

数据倾斜问题主要有以下几种：

  1. 空值引发的数据倾斜

  2. 不同数据类型引发的数据倾斜

  3. 不可拆分大文件引发的数据倾斜

  4. 数据膨胀引发的数据倾斜

  5. 表连接时引发的数据倾斜

  6. 确实无法减少数据量引发的数据倾斜

以上倾斜问题的具体解决方案可查看：Hive千亿级数据倾斜解决方案

注意：对于 left join 或者 right join 来说，不会对关联的字段自动去除null值，对于 inner join 来说，会对关联的字段自动去除null值。

小伙伴们在阅读时注意下，在上面的文章（Hive千亿级数据倾斜解决方案）中，有一处sql出现了上述问题（举例的时候原本是想使用left join的，结果手误写成了join）。此问题由公众号读者发现，感谢这位读者指正。

10. Hive 小文件过多怎么解决

1. 使用 hive 自带的 concatenate 命令，自动合并小文件

使用方法：

#对于非分区表
alter table A concatenate;

#对于分区表
alter table B partition(day=20201224) concatenate;
2. 调整参数减少Map数量

设置map输入合并小文件的相关参数（执行Map前进行小文件合并）：

在mapper中将多个文件合成一个split作为输入（CombineHiveInputFormat底层是Hadoop的CombineFileInputFormat方法）：

set hive.input.format=org.apache.hadoop.hive.ql.io.CombineHiveInputFormat; -- 默认

每个Map最大输入大小（这个值决定了合并后文件的数量）：

set mapred.max.split.size=256000000;   -- 256M

一个节点上split的至少大小（这个值决定了多个DataNode上的文件是否需要合并）：

set mapred.min.split.size.per.node=100000000;  -- 100M

一个交换机下split的至少大小(这个值决定了多个交换机上的文件是否需要合并)：

set mapred.min.split.size.per.rack=100000000;  -- 100M
3. 减少Reduce的数量

reduce 的个数决定了输出的文件的个数，所以可以调整reduce的个数控制hive表的文件数量。

hive中的分区函数 distribute by 正好是控制MR中partition分区的，可以通过设置reduce的数量，结合分区函数让数据均衡的进入每个reduce即可：

#设置reduce的数量有两种方式，第一种是直接设置reduce个数
set mapreduce.job.reduces=10;

#第二种是设置每个reduce的大小，Hive会根据数据总大小猜测确定一个reduce个数
set hive.exec.reducers.bytes.per.reducer=5120000000; -- 默认是1G，设置为5G

#执行以下语句，将数据均衡的分配到reduce中
set mapreduce.job.reduces=10;
insert overwrite table A partition(dt)
select * from B
distribute by rand();

对于上述语句解释：如设置reduce数量为10，使用 rand()， 随机生成一个数 x % 10 ，
这样数据就会随机进入 reduce 中，防止出现有的文件过大或过小。

4. 使用hadoop的archive将小文件归档

Hadoop Archive简称HAR，是一个高效地将小文件放入HDFS块中的文件存档工具，它能够将多个小文件打包成一个HAR文件，这样在减少namenode内存使用的同时，仍然允许对文件进行透明的访问。

#用来控制归档是否可用
set hive.archive.enabled=true;
#通知Hive在创建归档时是否可以设置父目录
set hive.archive.har.parentdir.settable=true;
#控制需要归档文件的大小
set har.partfile.size=1099511627776;

使用以下命令进行归档：
ALTER TABLE A ARCHIVE PARTITION(dt='2021-05-07', hr='12');

对已归档的分区恢复为原文件：
ALTER TABLE A UNARCHIVE PARTITION(dt='2021-05-07', hr='12');

Hive 小文件问题具体可查看：解决hive小文件过多问题

11. Hive优化有哪些

1. 数据存储及压缩：

针对hive中表的存储格式通常有orc和parquet，压缩格式一般使用snappy。相比与textfile格式表，orc占有更少的存储。因为hive底层使用MR计算架构，数据流是hdfs到磁盘再到hdfs，而且会有很多次，所以使用orc数据格式和snappy压缩策略可以降低IO读写，还能降低网络传输量，这样在一定程度上可以节省存储，还能提升hql任务执行效率；

2. 通过调参优化：

并行执行，调节parallel参数；

调节jvm参数，重用jvm；

设置map、reduce的参数；开启strict mode模式；

关闭推测执行设置。

3. 有效地减小数据集将大表拆分成子表；结合使用外部表和分区表。
4. SQL优化

  • 大表对大表：尽量减少数据集，可以通过分区表，避免扫描全表或者全字段；

  • 大表对小表：设置自动识别小表，将小表放入内存中去执行。

Hive优化详细剖析可查看：Hive企业级性能优化

12. Tez引擎优点？

Tez可以将多个有依赖的作业转换为一个作业，这样只需写一次HDFS，且中间节点较少，从而大大提升作业的计算性能。

Mr/tez/spark区别：

Mr引擎：多job串联，基于磁盘，落盘的地方比较多。虽然慢，但一定能跑出结果。一般处理，周、月、年指标。

Spark引擎：虽然在Shuffle过程中也落盘，但是并不是所有算子都需要Shuffle，尤其是多算子过程，中间过程不落盘 DAG有向无环图。 兼顾了可靠性和效率。一般处理天指标。

Tez引擎：完全基于内存。 注意：如果数据量特别大，慎重使用。容易OOM。一般用于快速出结果，数据量比较小的场景。

Spark

1. Spark 的运行流程？

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具体运行流程如下：

  1. SparkContext 向资源管理器注册并向资源管理器申请运行 Executor

  2. 资源管理器分配 Executor，然后资源管理器启动 Executor

  3. Executor 发送心跳至资源管理器

  4. SparkContext 构建 DAG 有向无环图

  5. 将 DAG 分解成 Stage（TaskSet）

  6. 把 Stage 发送给 TaskScheduler

  7. Executor 向 SparkContext 申请 Task

  8. TaskScheduler 将 Task 发送给 Executor 运行

  9. 同时 SparkContext 将应用程序代码发放给 Executor

  10. Task 在 Executor 上运行，运行完毕释放所有资源

2. Spark 有哪些组件？

  1. master：管理集群和节点，不参与计算。

  2. worker：计算节点，进程本身不参与计算，和 master 汇报。

  3. Driver：运行程序的 main 方法，创建 spark context 对象。

  4. spark context：控制整个 application 的生命周期，包括 dagsheduler 和 task scheduler 等组件。

  5. client：用户提交程序的入口。

3. Spark 中的 RDD 机制理解吗？

rdd 分布式弹性数据集，简单的理解成一种数据结构，是 spark 框架上的通用货币。所有算子都是基于 rdd 来执行的，不同的场景会有不同的 rdd 实现类，但是都可以进行互相转换。rdd 执行过程中会形成 dag 图，然后形成 lineage 保证容错性等。从物理的角度来看 rdd 存储的是 block 和 node 之间的映射。

RDD 是 spark 提供的核心抽象，全称为弹性分布式数据集。

RDD 在逻辑上是一个 hdfs 文件，在抽象上是一种元素集合，包含了数据。它是被分区的，分为多个分区，每个分区分布在集群中的不同结点上，从而让 RDD 中的数据可以被并行操作（分布式数据集）

比如有个 RDD 有 90W 数据，3 个 partition，则每个分区上有 30W 数据。RDD 通常通过 Hadoop 上的文件，即 HDFS 或者 HIVE 表来创建，还可以通过应用程序中的集合来创建；RDD 最重要的特性就是容错性，可以自动从节点失败中恢复过来。即如果某个结点上的 RDD partition 因为节点故障，导致数据丢失，那么 RDD 可以通过自己的数据来源重新计算该 partition。这一切对使用者都是透明的。

RDD 的数据默认存放在内存中，但是当内存资源不足时，spark 会自动将 RDD 数据写入磁盘。比如某结点内存只能处理 20W 数据，那么这 20W 数据就会放入内存中计算，剩下 10W 放到磁盘中。RDD 的弹性体现在于 RDD 上自动进行内存和磁盘之间权衡和切换的机制。

4. RDD 中 reduceBykey 与 groupByKey 哪个性能好，为什么？

reduceByKey：reduceByKey 会在结果发送至 reducer 之前会对每个 mapper 在本地进行 merge，有点类似于在 MapReduce 中的 combiner。这样做的好处在于，在 map 端进行一次 reduce 之后，数据量会大幅度减小，从而减小传输，保证 reduce 端能够更快的进行结果计算。

groupByKey：groupByKey 会对每一个 RDD 中的 value 值进行聚合形成一个序列(Iterator)，此操作发生在 reduce 端，所以势必会将所有的数据通过网络进行传输，造成不必要的浪费。同时如果数据量十分大，可能还会造成 OutOfMemoryError。

所以在进行大量数据的 reduce 操作时候建议使用 reduceByKey。不仅可以提高速度，还可以防止使用 groupByKey 造成的内存溢出问题。

5. 介绍一下 cogroup rdd 实现原理，你在什么场景下用过这个 rdd？

cogroup：对多个（2~4）RDD 中的 KV 元素，每个 RDD 中相同 key 中的元素分别聚合成一个集合。

与 reduceByKey 不同的是：reduceByKey 针对一个 RDD中相同的 key 进行合并。而 cogroup 针对多个 RDD中相同的 key 的元素进行合并。

cogroup 的函数实现：这个实现根据要进行合并的两个 RDD 操作，生成一个 CoGroupedRDD 的实例，这个 RDD 的返回结果是把相同的 key 中两个 RDD 分别进行合并操作，最后返回的 RDD 的 value 是一个 Pair 的实例，这个实例包含两个 Iterable 的值，第一个值表示的是 RDD1 中相同 KEY 的值，第二个值表示的是 RDD2 中相同 key 的值。

由于做 cogroup 的操作，需要通过 partitioner 进行重新分区的操作，因此，执行这个流程时，需要执行一次 shuffle 的操作(如果要进行合并的两个 RDD 的都已经是 shuffle 后的 rdd，同时他们对应的 partitioner 相同时，就不需要执行 shuffle)。

场景：表关联查询或者处理重复的 key。

6. 如何区分 RDD 的宽窄依赖？

窄依赖:父 RDD 的一个分区只会被子 RDD 的一个分区依赖；

宽依赖:父 RDD 的一个分区会被子 RDD 的多个分区依赖(涉及到 shuffle)。

7. 为什么要设计宽窄依赖？

  1. 对于窄依赖：

    窄依赖的多个分区可以并行计算；

    窄依赖的一个分区的数据如果丢失只需要重新计算对应的分区的数据就可以了。

  2. 对于宽依赖：

    划分 Stage(阶段)的依据:对于宽依赖,必须等到上一阶段计算完成才能计算下一阶段。

8. DAG 是什么？

DAG(Directed Acyclic Graph 有向无环图)指的是数据转换执行的过程，有方向，无闭环(其实就是 RDD 执行的流程)；

原始的 RDD 通过一系列的转换操作就形成了 DAG 有向无环图，任务执行时，可以按照 DAG 的描述，执行真正的计算(数据被操作的一个过程)。

9. DAG 中为什么要划分 Stage？

并行计算。

一个复杂的业务逻辑如果有 shuffle，那么就意味着前面阶段产生结果后，才能执行下一个阶段，即下一个阶段的计算要依赖上一个阶段的数据。那么我们按照 shuffle 进行划分(也就是按照宽依赖就行划分)，就可以将一个 DAG 划分成多个 Stage/阶段，在同一个 Stage 中，会有多个算子操作，可以形成一个 pipeline 流水线，流水线内的多个平行的分区可以并行执行。

10. 如何划分 DAG 的 stage？

对于窄依赖，partition 的转换处理在 stage 中完成计算，不划分(将窄依赖尽量放在在同一个 stage 中，可以实现流水线计算)。

对于宽依赖，由于有 shuffle 的存在，只能在父 RDD 处理完成后，才能开始接下来的计算，也就是说需要要划分 stage。

11. DAG 划分为 Stage 的算法了解吗？

核心算法：回溯算法

从后往前回溯/反向解析，遇到窄依赖加入本 Stage，遇见宽依赖进行 Stage 切分。

Spark 内核会从触发 Action 操作的那个 RDD 开始从后往前推，首先会为最后一个 RDD 创建一个 Stage，然后继续倒推，如果发现对某个 RDD 是宽依赖，那么就会将宽依赖的那个 RDD 创建一个新的 Stage，那个 RDD 就是新的 Stage 的最后一个 RDD。
然后依次类推，继续倒推，根据窄依赖或者宽依赖进行 Stage 的划分，直到所有的 RDD 全部遍历完成为止。

12. 对于 Spark 中的数据倾斜问题你有什么好的方案？

  1. 前提是定位数据倾斜，是 OOM 了，还是任务执行缓慢，看日志，看 WebUI

  2. 解决方法，有多个方面:

  • 避免不必要的 shuffle，如使用广播小表的方式，将 reduce-side-join 提升为 map-side-join
  • 分拆发生数据倾斜的记录，分成几个部分进行，然后合并 join 后的结果
  • 改变并行度，可能并行度太少了，导致个别 task 数据压力大
  • 两阶段聚合，先局部聚合，再全局聚合
  • 自定义 paritioner，分散 key 的分布，使其更加均匀

13. Spark 中的 OOM 问题？

  1. map 类型的算子执行中内存溢出如 flatMap，mapPatitions
  • 原因：map 端过程产生大量对象导致内存溢出：这种溢出的原因是在单个 map 中产生了大量的对象导致的针对这种问题。
  1. 解决方案：
  • 增加堆内内存。
  • 在不增加内存的情况下，可以减少每个 Task 处理数据量，使每个 Task 产生大量的对象时，Executor 的内存也能够装得下。具体做法可以在会产生大量对象的 map 操作之前调用 repartition 方法，分区成更小的块传入 map。
  1. shuffle 后内存溢出如 join，reduceByKey，repartition。
  • shuffle 内存溢出的情况可以说都是 shuffle 后，单个文件过大导致的。在 shuffle 的使用，需要传入一个 partitioner，大部分 Spark 中的 shuffle 操作，默认的 partitioner 都是 HashPatitioner，默认值是父 RDD 中最大的分区数．这个参数 spark.default.parallelism 只对 HashPartitioner 有效．如果是别的 partitioner 导致的 shuffle 内存溢出就需要重写 partitioner 代码了．
  1. driver 内存溢出

  • 用户在 Dirver 端口生成大对象，比如创建了一个大的集合数据结构。解决方案：将大对象转换成 Executor 端加载，比如调用 sc.textfile 或者评估大对象占用的内存，增加 dirver 端的内存

  • 从 Executor 端收集数据（collect）回 Dirver 端，建议将 driver 端对 collect 回来的数据所作的操作，转换成 executor 端 rdd 操作。

14. Spark 中数据的位置是被谁管理的？

每个数据分片都对应具体物理位置，数据的位置是被blockManager管理，无论数据是在磁盘，内存还是 tacyan，都是由 blockManager 管理。

15. Spaek 程序执行，有时候默认为什么会产生很多 task，怎么修改默认 task 执行个数？

  1. 输入数据有很多 task，尤其是有很多小文件的时候，有多少个输入
    block 就会有多少个 task 启动；

  2. spark 中有 partition 的概念，每个 partition 都会对应一个 task，task 越多，在处理大规模数据的时候，就会越有效率。不过 task 并不是越多越好，如果平时测试，或者数据量没有那么大，则没有必要 task 数量太多。

  3. 参数可以通过 spark_home/conf/spark-default.conf 配置文件设置:

针对 spark sql 的 task 数量：spark.sql.shuffle.partitions=50

非 spark sql 程序设置生效：spark.default.parallelism=10

16. 介绍一下 join 操作优化经验？

join 其实常见的就分为两类： map-side join 和 reduce-side join。

当大表和小表 join 时，用 map-side join 能显著提高效率。

将多份数据进行关联是数据处理过程中非常普遍的用法，不过在分布式计算系统中，这个问题往往会变的非常麻烦，因为框架提供的 join 操作一般会将所有数据根据 key 发送到所有的 reduce 分区中去，也就是 shuffle 的过程。造成大量的网络以及磁盘 IO 消耗，运行效率极其低下，这个过程一般被称为 reduce-side-join。

如果其中有张表较小的话，我们则可以自己实现在 map 端实现数据关联，跳过大量数据进行 shuffle 的过程，运行时间得到大量缩短，根据不同数据可能会有几倍到数十倍的性能提升。

在大数据量的情况下，join 是一中非常昂贵的操作，需要在 join 之前应尽可能的先缩小数据量。

对于缩小数据量，有以下几条建议：

  1. 若两个 RDD 都有重复的 key，join 操作会使得数据量会急剧的扩大。所有，最好先使用 distinct 或者 combineByKey 操作来减少 key 空间或者用 cogroup 来处理重复的 key，而不是产生所有的交叉结果。在 combine 时，进行机智的分区，可以避免第二次 shuffle。

  2. 如果只在一个 RDD 出现，那你将在无意中丢失你的数据。所以使用外连接会更加安全，这样你就能确保左边的 RDD 或者右边的 RDD 的数据完整性，在 join 之后再过滤数据。

  3. 如果我们容易得到 RDD 的可以的有用的子集合，那么我们可以先用 filter 或者 reduce，如何在再用 join。

17. Spark 与 MapReduce 的 Shuffle 的区别？

  1. 相同点：都是将 mapper（Spark 里是 ShuffleMapTask）的输出进行 partition，不同的 partition 送到不同的 reducer（Spark 里 reducer 可能是下一个 stage 里的 ShuffleMapTask，也可能是 ResultTask）

  2. 不同点：

  • MapReduce 默认是排序的，spark 默认不排序，除非使用 sortByKey 算子。

  • MapReduce 可以划分成 split，map()、spill、merge、shuffle、sort、reduce()等阶段，spark 没有明显的阶段划分，只有不同的 stage 和算子操作。

  • MR 落盘，Spark 不落盘，spark 可以解决 mr 落盘导致效率低下的问题。

18. Spark SQL 执行的流程？

这个问题如果深挖还挺复杂的，这里简单介绍下总体流程：

  1. parser：基于 antlr 框架对 sql 解析，生成抽象语法树。

  2. 变量替换：通过正则表达式找出符合规则的字符串，替换成系统缓存环境的变量

  1. parser：将 antlr 的 tree 转成 spark catalyst 的 LogicPlan，也就是 未解析的逻辑计划；详细参考AstBuild, ParseDriver

  2. analyzer：通过分析器，结合 catalog，把 logical plan 和实际的数据绑定起来，将 未解析的逻辑计划 生成 逻辑计划；详细参考QureyExecution

  3. 缓存替换：通过 CacheManager，替换有相同结果的 logical plan（逻辑计划）

  4. logical plan 优化，基于规则的优化；优化规则参考 Optimizer，优化执行器 RuleExecutor

  5. 生成 spark plan，也就是物理计划；参考QueryPlanner和SparkStrategies

  6. spark plan 准备阶段

  7. 构造 RDD 执行，涉及 spark 的 wholeStageCodegenExec 机制，基于 janino 框架生成 java 代码并编译

19. Spark SQL 是如何将数据写到 Hive 表的？

  • 方式一：是利用 Spark RDD 的 API 将数据写入 hdfs 形成 hdfs 文件，之后再将 hdfs 文件和 hive 表做加载映射。

  • 方式二：利用 Spark SQL 将获取的数据 RDD 转换成 DataFrame，再将 DataFrame 写成缓存表，最后利用 Spark SQL 直接插入 hive 表中。而对于利用 Spark SQL 写 hive 表官方有两种常见的 API，第一种是利用 JavaBean 做映射，第二种是利用 StructType 创建 Schema 做映射。

20. 通常来说，Spark 与 MapReduce 相比，Spark 运行效率更高。请说明效率更高来源于 Spark 内置的哪些机制？

  1. 基于内存计算，减少低效的磁盘交互；
  2. 高效的调度算法，基于 DAG；
  3. 容错机制 Linage。

重点部分就是 DAG 和 Lingae

21. Hadoop 和 Spark 的相同点和不同点？

Hadoop 底层使用 MapReduce 计算架构，只有 map 和 reduce 两种操作，表达能力比较欠缺，而且在 MR 过程中会重复的读写 hdfs，造成大量的磁盘 io 读写操作，所以适合高时延环境下批处理计算的应用；

Spark 是基于内存的分布式计算架构，提供更加丰富的数据集操作类型，主要分成转化操作和行动操作，包括 map、reduce、filter、flatmap、groupbykey、reducebykey、union 和 join 等，数据分析更加快速，所以适合低时延环境下计算的应用；

spark 与 hadoop 最大的区别在于迭代式计算模型。基于 mapreduce 框架的 Hadoop 主要分为 map 和 reduce 两个阶段，两个阶段完了就结束了，所以在一个 job 里面能做的处理很有限；spark 计算模型是基于内存的迭代式计算模型，可以分为 n 个阶段，根据用户编写的 RDD 算子和程序，在处理完一个阶段后可以继续往下处理很多个阶段，而不只是两个阶段。所以 spark 相较于 mapreduce，计算模型更加灵活，可以提供更强大的功能。

但是 spark 也有劣势，由于 spark 基于内存进行计算，虽然开发容易，但是真正面对大数据的时候，在没有进行调优的情况下，可能会出现各种各样的问题，比如 OOM 内存溢出等情况，导致 spark 程序可能无法运行起来，而 mapreduce 虽然运行缓慢，但是至少可以慢慢运行完。

22. Hadoop 和 Spark 使用场景？

Hadoop/MapReduce 和 Spark 最适合的都是做离线型的数据分析，但 Hadoop 特别适合是单次分析的数据量“很大”的情景，而 Spark 则适用于数据量不是很大的情景。

  1. 一般情况下，对于中小互联网和企业级的大数据应用而言，单次分析的数量都不会“很大”，因此可以优先考虑使用 Spark。

  2. 业务通常认为 Spark 更适用于机器学习之类的“迭代式”应用，80GB 的压缩数据（解压后超过 200GB），10 个节点的集群规模，跑类似“sum+group-by”的应用，MapReduce 花了 5 分钟，而 spark 只需要 2 分钟。

23. Spark 如何保证宕机迅速恢复?

  1. 适当增加 spark standby master

  2. 编写 shell 脚本，定期检测 master 状态，出现宕机后对 master 进行重启操作

24. RDD 持久化原理？

spark 非常重要的一个功能特性就是可以将 RDD 持久化在内存中。

调用 cache()和 persist()方法即可。cache()和 persist()的区别在于，cache()是 persist()的一种简化方式，cache()的底层就是调用 persist()的无参版本 persist(MEMORY_ONLY)，将数据持久化到内存中。

如果需要从内存中清除缓存，可以使用 unpersist()方法。RDD 持久化是可以手动选择不同的策略的。在调用 persist()时传入对应的 StorageLevel 即可。

25. Checkpoint 检查点机制？

应用场景：当 spark 应用程序特别复杂，从初始的 RDD 开始到最后整个应用程序完成有很多的步骤，而且整个应用运行时间特别长，这种情况下就比较适合使用 checkpoint 功能。

原因：对于特别复杂的 Spark 应用，会出现某个反复使用的 RDD，即使之前持久化过但由于节点的故障导致数据丢失了，没有容错机制，所以需要重新计算一次数据。

Checkpoint 首先会调用 SparkContext 的 setCheckPointDIR()方法，设置一个容错的文件系统的目录，比如说 HDFS；然后对 RDD 调用 checkpoint()方法。之后在 RDD 所处的 job 运行结束之后，会启动一个单独的 job，来将 checkpoint 过的 RDD 数据写入之前设置的文件系统，进行高可用、容错的类持久化操作。

检查点机制是我们在 spark streaming 中用来保障容错性的主要机制，它可以使 spark streaming 阶段性的把应用数据存储到诸如 HDFS 等可靠存储系统中，以供恢复时使用。具体来说基于以下两个目的服务：

  1. 控制发生失败时需要重算的状态数。Spark streaming 可以通过转化图的谱系图来重算状态，检查点机制则可以控制需要在转化图中回溯多远。

  2. 提供驱动器程序容错。如果流计算应用中的驱动器程序崩溃了，你可以重启驱动器程序并让驱动器程序从检查点恢复，这样 spark streaming 就可以读取之前运行的程序处理数据的进度，并从那里继续。

26. Checkpoint 和持久化机制的区别？

最主要的区别在于持久化只是将数据保存在 BlockManager 中，但是 RDD 的 lineage(血缘关系，依赖关系)是不变的。但是 checkpoint 执行完之后，rdd 已经没有之前所谓的依赖 rdd 了，而只有一个强行为其设置的 checkpointRDD，checkpoint 之后 rdd 的 lineage 就改变了。

持久化的数据丢失的可能性更大，因为节点的故障会导致磁盘、内存的数据丢失。但是 checkpoint 的数据通常是保存在高可用的文件系统中，比如 HDFS 中，所以数据丢失可能性比较低

27. Spark Streaming 以及基本工作原理？

Spark streaming 是 spark core API 的一种扩展，可以用于进行大规模、高吞吐量、容错的实时数据流的处理。

它支持从多种数据源读取数据，比如 Kafka、Flume、Twitter 和 TCP Socket，并且能够使用算子比如 map、reduce、join 和 window 等来处理数据，处理后的数据可以保存到文件系统、数据库等存储中。

Spark streaming 内部的基本工作原理是：接受实时输入数据流，然后将数据拆分成 batch，比如每收集一秒的数据封装成一个 batch，然后将每个 batch 交给 spark 的计算引擎进行处理，最后会生产处一个结果数据流，其中的数据也是一个一个的 batch 组成的。

28. DStream 以及基本工作原理？

DStream 是 spark streaming 提供的一种高级抽象，代表了一个持续不断的数据流。

DStream 可以通过输入数据源来创建，比如 Kafka、flume 等，也可以通过其他 DStream 的高阶函数来创建，比如 map、reduce、join 和 window 等。

DStream 内部其实不断产生 RDD，每个 RDD 包含了一个时间段的数据。

Spark streaming 一定是有一个输入的 DStream 接收数据，按照时间划分成一个一个的 batch，并转化为一个 RDD，RDD 的数据是分散在各个子节点的 partition 中。

29. Spark Streaming 整合 Kafka 的两种模式？

  1. receiver 方式：将数据拉取到 executor 中做操作，若数据量大，内存存储不下，可以通过 WAL，设置了本地存储，保证数据不丢失，然后使用 Kafka 高级 API 通过 zk 来维护偏移量，保证消费数据。receiver 消费的数据偏移量是在 zk 获取的，此方式效率低，容易出现数据丢失。

  • receiver 方式的容错性：在默认的配置下，这种方式可能会因为底层的失败而丢失数据。如果要启用高可靠机制，让数据零丢失，就必须启用 Spark Streaming 的预写日志机制（Write Ahead Log，WAL）。该机制会同步地将接收到的 Kafka 数据写入分布式文件系统（比如 HDFS）上的预写日志中。所以，即使底层节点出现了失败，也可以使用预写日志中的数据进行恢复。

  • Kafka 中的 topic 的 partition，与 Spark 中的 RDD 的 partition 是没有关系的。在 1、KafkaUtils.createStream()中，提高 partition 的数量，只会增加 Receiver 方式中读取 partition 的线程的数量。不会增加 Spark 处理数据的并行度。 可以创建多个 Kafka 输入 DStream，使用不同的 consumer group 和 topic，来通过多个 receiver 并行接收数据。

  1. 基于 Direct 方式：使用 Kafka 底层 Api，其消费者直接连接 kafka 的分区上，因为 createDirectStream 创建的 DirectKafkaInputDStream 每个 batch 所对应的 RDD 的分区与 kafka 分区一一对应，但是需要自己维护偏移量，即用即取，不会给内存造成太大的压力，效率高。

  • 优点：简化并行读取：如果要读取多个 partition，不需要创建多个输入 DStream 然后对它们进行 union 操作。Spark 会创建跟 Kafka partition 一样多的 RDD partition，并且会并行从 Kafka 中读取数据。所以在 Kafka partition 和 RDD partition 之间，有一个一对一的映射关系。

  • 高性能：如果要保证零数据丢失，在基于 receiver 的方式中，需要开启 WAL 机制。这种方式其实效率低下，因为数据实际上被复制了两份，Kafka 自己本身就有高可靠的机制，会对数据复制一份，而这里又会复制一份到 WAL 中。而基于 direct 的方式，不依赖 Receiver，不需要开启 WAL 机制，只要 Kafka 中作了数据的复制，那么就可以通过 Kafka 的副本进行恢复。

  1. receiver 与和 direct 的比较：

  • 基于 receiver 的方式，是使用 Kafka 的高阶 API 来在 ZooKeeper 中保存消费过的 offset 的。这是消费 Kafka 数据的传统方式。这种方式配合着 WAL 机制可以保证数据零丢失的高可靠性，但是却无法保证数据被处理一次且仅一次，可能会处理两次。因为 Spark 和 ZooKeeper 之间可能是不同步的。

  • 基于 direct 的方式，使用 Kafka 的低阶 API，Spark Streaming 自己就负责追踪消费的 offset，并保存在 checkpoint 中。Spark 自己一定是同步的，因此可以保证数据是消费一次且仅消费一次。

  • Receiver 方式是通过 zookeeper 来连接 kafka 队列，Direct 方式是直接连接到 kafka 的节点上获取数据。

30. Spark 主备切换机制原理知道吗？

Master 实际上可以配置两个，Spark 原生的 standalone 模式是支持 Master 主备切换的。当 Active Master 节点挂掉以后，我们可以将 Standby Master 切换为 Active Master。

Spark Master 主备切换可以基于两种机制，一种是基于文件系统的，一种是基于 ZooKeeper 的。

基于文件系统的主备切换机制，需要在 Active Master 挂掉之后手动切换到 Standby Master 上；

而基于 Zookeeper 的主备切换机制，可以实现自动切换 Master。

31. Spark 解决了 Hadoop 的哪些问题？

  1. MR：抽象层次低，需要使用手工代码来完成程序编写，使用上难以上手；

    Spark：Spark 采用 RDD 计算模型，简单容易上手。

  2. MR：只提供 map 和 reduce 两个操作，表达能力欠缺；

    Spark：Spark 采用更加丰富的算子模型，包括 map、flatmap、groupbykey、reducebykey 等；

  3. MR：一个 job 只能包含 map 和 reduce 两个阶段，复杂的任务需要包含很多个 job，这些 job 之间的管理以来需要开发者自己进行管理；

    Spark：Spark 中一个 job 可以包含多个转换操作，在调度时可以生成多个 stage，而且如果多个 map 操作的分区不变，是可以放在同一个 task 里面去执行；

  4. MR：中间结果存放在 hdfs 中；

    Spark：Spark 的中间结果一般存在内存中，只有当内存不够了，才会存入本地磁盘，而不是 hdfs；

  5. MR：只有等到所有的 map task 执行完毕后才能执行 reduce task；

    Spark：Spark 中分区相同的转换构成流水线在一个 task 中执行，分区不同的需要进行 shuffle 操作，被划分成不同的 stage 需要等待前面的 stage 执行完才能执行。

  6. MR：只适合 batch 批处理，时延高，对于交互式处理和实时处理支持不够；

    Spark：Spark streaming 可以将流拆成时间间隔的 batch 进行处理，实时计算。

32. 数据倾斜的产生和解决办法？

数据倾斜以为着某一个或者某几个 partition 的数据特别大，导致这几个 partition 上的计算需要耗费相当长的时间。

在 spark 中同一个应用程序划分成多个 stage，这些 stage 之间是串行执行的，而一个 stage 里面的多个 task 是可以并行执行，task 数目由 partition 数目决定，如果一个 partition 的数目特别大，那么导致这个 task 执行时间很长，导致接下来的 stage 无法执行，从而导致整个 job 执行变慢。

避免数据倾斜，一般是要选用合适的 key，或者自己定义相关的 partitioner，通过加盐或者哈希值来拆分这些 key，从而将这些数据分散到不同的 partition 去执行。

如下算子会导致 shuffle 操作，是导致数据倾斜可能发生的关键点所在：groupByKey；reduceByKey；aggregaByKey；join；cogroup；

33. 你用 Spark Sql 处理的时候， 处理过程中用的 DataFrame 还是直接写的 Sql？为什么？

这个问题的宗旨是问你 spark sql 中 dataframe 和 sql 的区别，从执行原理、操作方便程度和自定义程度来分析
这个问题。

34. Spark Master HA 主从切换过程不会影响到集群已有作业的运行，为什么？

不会的。

因为程序在运行之前，已经申请过资源了，driver 和 Executors 通讯，不需要和 master 进行通讯的。

35. Spark Master 使用 Zookeeper 进行 HA，有哪些源数据保存到 Zookeeper 里面？

spark 通过这个参数 spark.deploy.zookeeper.dir 指定 master 元数据在 zookeeper 中保存的位置，包括 Worker，Driver 和 Application 以及 Executors。standby 节点要从 zk 中，获得元数据信息，恢复集群运行状态，才能对外继续提供服务，作业提交资源申请等，在恢复前是不能接受请求的。

36. 如何实现Spark Streaming读取Flume中的数据？

可以这样说：

  • 前期经过技术调研，查看官网相关资料，发现sparkStreaming整合flume有2种模式，一种是拉模式，一种是推模式，然后在简单的聊聊这2种模式的特点，以及如何部署实现，需要做哪些事情，最后对比两种模式的特点，选择那种模式更好。

  • 推模式：Flume将数据Push推给Spark Streaming

  • 拉模式：Spark Streaming从flume 中Poll拉取数据

37. 在实际开发的时候是如何保证数据不丢失的？

可以这样说：

  • flume那边采用的channel是将数据落地到磁盘中，保证数据源端安全性（可以在补充一下，flume在这里的channel可以设置为memory内存中，提高数据接收处理的效率，但是由于数据在内存中，安全机制保证不了，故选择channel为磁盘存储。整个流程运行有一点的延迟性）

  • sparkStreaming通过拉模式整合的时候，使用了FlumeUtils这样一个类，该类是需要依赖一个额外的jar包（spark-streaming-flume_2.10）

  • 要想保证数据不丢失，数据的准确性，可以在构建StreamingConext的时候，利用StreamingContext.getOrCreate（checkpoint, creatingFunc: () => StreamingContext）来创建一个StreamingContext,使用StreamingContext.getOrCreate来创建StreamingContext对象，传入的第一个参数是checkpoint的存放目录，第二参数是生成StreamingContext对象的用户自定义函数。如果checkpoint的存放目录存在，则从这个目录中生成StreamingContext对象；如果不存在，才会调用第二个函数来生成新的StreamingContext对象。在creatingFunc函数中，除了生成一个新的StreamingContext操作，还需要完成各种操作，然后调用ssc.checkpoint(checkpointDirectory)来初始化checkpoint功能，最后再返回StreamingContext对象。

    这样，在StreamingContext.getOrCreate之后，就可以直接调用start()函数来启动（或者是从中断点继续运行）流式应用了。如果有其他在启动或继续运行都要做的工作，可以在start()调用前执行。

38. RDD有哪些缺陷？

  1. 不支持细粒度的写和更新操作，Spark写数据是粗粒度的，所谓粗粒度，就是批量写入数据，目的是为了提高效率。但是Spark读数据是细粒度的，也就是说可以一条条的读。

  2. 不支持增量迭代计算，如果对Flink熟悉，可以说下Flink支持增量迭代计算。

Kafka

1. 为什么要使用 kafka？

  1. 缓冲和削峰：上游数据时有突发流量，下游可能扛不住，或者下游没有足够多的机器来保证冗余，kafka在中间可以起到一个缓冲的作用，把消息暂存在kafka中，下游服务就可以按照自己的节奏进行慢慢处理。

  2. 解耦和扩展性：项目开始的时候，并不能确定具体需求。消息队列可以作为一个接口层，解耦重要的业务流程。只需要遵守约定，针对数据编程即可获取扩展能力。

  3. 冗余：可以采用一对多的方式，一个生产者发布消息，可以被多个订阅topic的服务消费到，供多个毫无关联的业务使用。

  4. 健壮性：消息队列可以堆积请求，所以消费端业务即使短时间死掉，也不会影响主要业务的正常进行。

  5. 异步通信：很多时候，用户不想也不需要立即处理消息。消息队列提供了异步处理机制，允许用户把一个消息放入队列，但并不立即处理它。想向队列中放入多少消息就放多少，然后在需要的时候再去处理它们。

2. Kafka消费过的消息如何再消费？

kafka消费消息的offset是定义在zookeeper中的，如果想重复消费kafka的消息，可以在redis中自己记录offset的checkpoint点（n个），当想重复消费消息时，通过读取redis中的checkpoint点进行zookeeper的offset重设，这样就可以达到重复消费消息的目的了

3. kafka的数据是放在磁盘上还是内存上，为什么速度会快？

kafka使用的是磁盘存储。

速度快是因为：

  1. 顺序写入：因为硬盘是机械结构，每次读写都会寻址->写入，其中寻址是一个“机械动作”，它是耗时的。所以硬盘 “讨厌”随机I/O， 喜欢顺序I/O。为了提高读写硬盘的速度，Kafka就是使用顺序I/O。
  2. Memory Mapped Files（内存映射文件）：64位操作系统中一般可以表示20G的数据文件，它的工作原理是直接利用操作系统的Page来实现文件到物理内存的直接映射。完成映射之后你对物理内存的操作会被同步到硬盘上。
  3. Kafka高效文件存储设计： Kafka把topic中一个parition大文件分成多个小文件段，通过多个小文件段，就容易定期清除或删除已经消费完文件，减少磁盘占用。通过索引信息可以快速定位
    message和确定response的 大 小。通过index元数据全部映射到memory（内存映射文件），
    可以避免segment file的IO磁盘操作。通过索引文件稀疏存储，可以大幅降低index文件元数据占用空间大小。

注：

  1. Kafka解决查询效率的手段之一是将数据文件分段，比如有100条Message，它们的offset是从0到99。假设将数据文件分成5段，第一段为0-19，第二段为20-39，以此类推，每段放在一个单独的数据文件里面，数据文件以该段中 小的offset命名。这样在查找指定offset的
    Message的时候，用二分查找就可以定位到该Message在哪个段中。
  2. 为数据文件建 索引数据文件分段 使得可以在一个较小的数据文件中查找对应offset的Message 了，但是这依然需要顺序扫描才能找到对应offset的Message。
    为了进一步提高查找的效率，Kafka为每个分段后的数据文件建立了索引文件，文件名与数据文件的名字是一样的，只是文件扩展名为.index。

4. Kafka数据怎么保障不丢失？

分三个点说，一个是生产者端，一个消费者端，一个broker端。

  1. 生产者数据的不丢失

kafka的ack机制：在kafka发送数据的时候，每次发送消息都会有一个确认反馈机制，确保消息正常的能够被收到，其中状态有0，1，-1。

如果是同步模式：
ack设置为0，风险很大，一般不建议设置为0。即使设置为1，也会随着leader宕机丢失数据。所以如果要严格保证生产端数据不丢失，可设置为-1。

如果是异步模式：
也会考虑ack的状态，除此之外，异步模式下的有个buffer，通过buffer来进行控制数据的发送，有两个值来进行控制，时间阈值与消息的数量阈值，如果buffer满了数据还没有发送出去，有个选项是配置是否立即清空buffer。可以设置为-1，永久阻塞，也就数据不再生产。异步模式下，即使设置为-1。也可能因为程序员的不科学操作，操作数据丢失，比如kill -9，但这是特别的例外情况。

  1. 消费者数据的不丢失

通过offset commit 来保证数据的不丢失，kafka自己记录了每次消费的offset数值，下次继续消费的时候，会接着上次的offset进行消费。

而offset的信息在kafka0.8版本之前保存在zookeeper中，在0.8版本之后保存到topic中，即使消费者在运行过程中挂掉了，再次启动的时候会找到offset的值，找到之前消费消息的位置，接着消费，由于 offset 的信息写入的时候并不是每条消息消费完成后都写入的，所以这种情况有可能会造成重复消费，但是不会丢失消息。

唯一例外的情况是，我们在程序中给原本做不同功能的两个consumer组设置
KafkaSpoutConfig.bulider.setGroupid的时候设置成了一样的groupid，这种情况会导致这两个组共享同一份数据，就会产生组A消费partition1，partition2中的消息，组B消费partition3的消息，这样每个组消费的消息都会丢失，都是不完整的。 为了保证每个组都独享一份消息数据，groupid一定不要重复才行。

  1. kafka集群中的broker的数据不丢失

每个broker中的partition我们一般都会设置有replication（副本）的个数，生产者写入的时候首先根据分发策略（有partition按partition，有key按key，都没有轮询）写入到leader中，follower（副本）再跟leader同步数据，这样有了备份，也可以保证消息数据的不丢失。

5. 采集数据为什么选择kafka？

采集层 主要可以使用Flume, Kafka等技术。

Flume：Flume 是管道流方式，提供了很多的默认实现，让用户通过参数部署，及扩展API.

Kafka：Kafka是一个可持久化的分布式的消息队列。 Kafka 是一个非常通用的系统。你可以有许多生产者和很多的消费者共享多个主题Topics。

相比之下,Flume是一个专用工具被设计为旨在往HDFS，HBase发送数据。它对HDFS有特殊的优化，并且集成了Hadoop的安全特性。

所以，Cloudera 建议如果数据被多个系统消费的话，使用kafka；如果数据被设计给Hadoop使用，使用Flume。

6. kafka 重启是否会导致数据丢失？

  1. kafka是将数据写到磁盘的，一般数据不会丢失。
  2. 但是在重启kafka过程中，如果有消费者消费消息，那么kafka如果来不及提交offset，可能会造成数据的不准确（丢失或者重复消费）。

7. kafka 宕机了如何解决？

  1. 先考虑业务是否受到影响

kafka 宕机了，首先我们考虑的问题应该是所提供的服务是否因为宕机的机器而受到影响，如果服务提供没问题，如果实现做好了集群的容灾机制，那么这块就不用担心了。

  1. 节点排错与恢复

想要恢复集群的节点，主要的步骤就是通过日志分析来查看节点宕机的原因，从而解决，重新恢复节点。

8. 为什么Kafka不支持读写分离？

在 Kafka 中，生产者写入消息、消费者读取消息的操作都是与 leader 副本进行交互的，从 而实现的是一种主写主读的生产消费模型。
Kafka 并不支持主写从读，因为主写从读有 2 个很明显的缺点:

  1. 数据一致性问题：数据从主节点转到从节点必然会有一个延时的时间窗口，这个时间 窗口会导致主从节点之间的数据不一致。某一时刻，在主节点和从节点中 A 数据的值都为 X， 之后将主节点中 A 的值修改为 Y，那么在这个变更通知到从节点之前，应用读取从节点中的 A 数据的值并不为最新的 Y，由此便产生了数据不一致的问题。

  2. 延时问题：类似 Redis 这种组件，数据从写入主节点到同步至从节点中的过程需要经历 网络→主节点内存→网络→从节点内存 这几个阶段，整个过程会耗费一定的时间。而在 Kafka 中，主从同步会比 Redis 更加耗时，它需要经历 网络→主节点内存→主节点磁盘→网络→从节 点内存→从节点磁盘 这几个阶段。对延时敏感的应用而言，主写从读的功能并不太适用。

而kafka的主写主读的优点就很多了：

  1. 可以简化代码的实现逻辑，减少出错的可能;
  2. 将负载粒度细化均摊，与主写从读相比，不仅负载效能更好，而且对用户可控;
  3. 没有延时的影响;
  4. 在副本稳定的情况下，不会出现数据不一致的情况。

9. kafka数据分区和消费者的关系？

每个分区只能由同一个消费组内的一个消费者(consumer)来消费，可以由不同的消费组的消费者来消费，同组的消费者则起到并发的效果。

10. kafka的数据offset读取流程

  1. 连接ZK集群，从ZK中拿到对应topic的partition信息和partition的Leader的相关信息

  2. 连接到对应Leader对应的broker

  3. consumer将⾃自⼰己保存的offset发送给Leader

  4. Leader根据offset等信息定位到segment（索引⽂文件和⽇日志⽂文件）

  5. 根据索引⽂文件中的内容，定位到⽇日志⽂文件中该偏移量量对应的开始位置读取相应⻓长度的数据并返回给consumer

11. kafka内部如何保证顺序，结合外部组件如何保证消费者的顺序？

kafka只能保证partition内是有序的，但是partition间的有序是没办法的。爱奇艺的搜索架构，是从业务上把需要有序的打到同⼀个partition。

12. Kafka消息数据积压，Kafka消费能力不足怎么处理？

  1. 如果是Kafka消费能力不足，则可以考虑增加Topic的分区数，并且同时提升消费组的消费者数量，消费者数=分区数。（两者缺一不可）

  2. 如果是下游的数据处理不及时：提高每批次拉取的数量。批次拉取数据过少（拉取数据/处理时间<生产速度），使处理的数据小于生产的数据，也会造成数据积压。

13. Kafka单条日志传输大小

kafka对于消息体的大小默认为单条最大值是1M但是在我们应用场景中, 常常会出现一条消息大于1M，如果不对kafka进行配置。则会出现生产者无法将消息推送到kafka或消费者无法去消费kafka里面的数据, 这时我们就要对kafka进行以下配置：server.properties

replica.fetch.max.bytes: 1048576  broker可复制的消息的最大字节数, 默认为1M
message.max.bytes: 1000012   kafka 会接收单个消息size的最大限制， 默认为1M左右

注意：message.max.bytes必须小于等于replica.fetch.max.bytes，否则就会导致replica之间数据同步失败。

Hbase

1. Hbase是怎么写数据的？

Client写入 -> 存入MemStore，一直到MemStore满 -> Flush成一个StoreFile，直至增长到一定阈值 -> 触发Compact合并操作 -> 多个StoreFile合并成一个StoreFile，同时进行版本合并和数据删除 -> 当StoreFiles Compact后，逐步形成越来越大的StoreFile -> 单个StoreFile大小超过一定阈值后（默认10G），触发Split操作，把当前Region Split成2个Region，Region会下线，新Split出的2个孩子Region会被HMaster分配到相应的HRegionServer 上，使得原先1个Region的压力得以分流到2个Region上

由此过程可知，HBase只是增加数据，没有更新和删除操作，用户的更新和删除都是逻辑层面的，在物理层面，更新只是追加操作，删除只是标记操作。

用户写操作只需要进入到内存即可立即返回，从而保证I/O高性能。

2. HDFS和HBase各自使用场景

首先一点需要明白：Hbase是基于HDFS来存储的。

HDFS：

  1. 一次性写入，多次读取。

  2. 保证数据的一致性。

  3. 主要是可以部署在许多廉价机器中，通过多副本提高可靠性，提供了容错和恢复机制。

HBase：

  1. 瞬间写入量很大，数据库不好支撑或需要很高成本支撑的场景。

  2. 数据需要长久保存，且量会持久增长到比较大的场景。

  3. HBase不适用与有 join，多级索引，表关系复杂的数据模型。

  4. 大数据量（100s TB级数据）且有快速随机访问的需求。如：淘宝的交易历史记录。数据量巨大无容置疑，面向普通用户的请求必然要即时响应。

  5. 业务场景简单，不需要关系数据库中很多特性（例如交叉列、交叉表，事务，连接等等）。

3. Hbase的存储结构

Hbase 中的每张表都通过行键(rowkey)按照一定的范围被分割成多个子表（HRegion），默认一个HRegion 超过256M 就要被分割成两个，由HRegionServer管理，管理哪些 HRegion 由 Hmaster 分配。 HRegion 存取一个子表时，会创建一个 HRegion 对象，然后对表的每个列族（Column Family）创建一个 store 实例， 每个 store 都会有 0 个或多个 StoreFile 与之对应，每个 StoreFile 都会对应一个HFile，HFile 就是实际的存储文件，一个 HRegion 还拥有一个 MemStore实例。

4. 热点现象（数据倾斜）怎么产生的，以及解决方法有哪些

热点现象：

某个小的时段内，对HBase的读写请求集中到极少数的Region上，导致这些region所在的RegionServer处理请求量骤增，负载量明显偏大，而其他的RgionServer明显空闲。

热点现象出现的原因：

HBase中的行是按照rowkey的字典顺序排序的，这种设计优化了scan操作，可以将相关的行以及会被一起读取的行存取在临近位置，便于scan。然而糟糕的rowkey设计是热点的源头。

热点发生在大量的client直接访问集群的一个或极少数个节点（访问可能是读，写或者其他操作）。大量访问会使热点region所在的单个机器超出自身承受能力，引起性能下降甚至region不可用，这也会影响同一个RegionServer上的其他region，由于主机无法服务其他region的请求。

热点现象解决办法：

为了避免写热点，设计rowkey使得不同行在同一个region，但是在更多数据情况下，数据应该被写入集群的多个region，而不是一个。常见的方法有以下这些：

  1. 加盐：在rowkey的前面增加随机数，使得它和之前的rowkey的开头不同。分配的前缀种类数量应该和你想使用数据分散到不同的region的数量一致。加盐之后的rowkey就会根据随机生成的前缀分散到各个region上，以避免热点。

  2. 哈希：哈希可以使负载分散到整个集群，但是读却是可以预测的。使用确定的哈希可以让客户端重构完整的rowkey，可以使用get操作准确获取某一个行数据

  3. 反转：第三种防止热点的方法时反转固定长度或者数字格式的rowkey。这样可以使得rowkey中经常改变的部分（最没有意义的部分）放在前面。这样可以有效的随机rowkey，但是牺牲了rowkey的有序性。反转rowkey的例子以手机号为rowkey，可以将手机号反转后的字符串作为rowkey，这样的就避免了以手机号那样比较固定开头导致热点问题

  4. 时间戳反转：一个常见的数据处理问题是快速获取数据的最近版本，使用反转的时间戳作为rowkey的一部分对这个问题十分有用，可以用 Long.Max_Value - timestamp 追加到key的末尾，例如[key][reverse_timestamp],[key]的最新值可以通过scan [key]获得[key]的第一条记录，因为HBase中rowkey是有序的，第一条记录是最后录入的数据。

    • 比如需要保存一个用户的操作记录，按照操作时间倒序排序，在设计rowkey的时候，可以这样设计[userId反转]
      [Long.Max_Value - timestamp]，在查询用户的所有操作记录数据的时候，直接指定反转后的userId，startRow是[userId反转][000000000000],stopRow是[userId反转][Long.Max_Value - timestamp]

    • 如果需要查询某段时间的操作记录，startRow是[user反转][Long.Max_Value - 起始时间]，stopRow是[userId反转][Long.Max_Value - 结束时间]

  5. HBase建表预分区：创建HBase表时，就预先根据可能的RowKey划分出多个region而不是默认的一个，从而可以将后续的读写操作负载均衡到不同的region上，避免热点现象。

5. HBase的 rowkey 设计原则

长度原则：100字节以内，8的倍数最好，可能的情况下越短越好。因为HFile是按照 keyvalue 存储的，过长的rowkey会影响存储效率；其次，过长的rowkey在memstore中较大，影响缓冲效果，降低检索效率。最后，操作系统大多为64位，8的倍数，充分利用操作系统的最佳性能。

散列原则：高位散列，低位时间字段。避免热点问题。

唯一原则：分利用这个排序的特点，将经常读取的数据存储到一块，将最近可能会被访问 的数据放到一块。

6. HBase的列簇设计

原则：在合理范围内能尽量少的减少列簇就尽量减少列簇，因为列簇是共享region的，每个列簇数据相差太大导致查询效率低下。

最优：将所有相关性很强的 key-value 都放在同一个列簇下，这样既能做到查询效率最高，也能保持尽可能少的访问不同的磁盘文件。以用户信息为例，可以将必须的基本信息存放在一个列族，而一些附加的额外信息可以放在另一列族。

7. HBase 中 compact 用途是什么，什么时候触发，分为哪两种，有什么区别

在 hbase 中每当有 memstore 数据 flush 到磁盘之后，就形成一个 storefile，当 storeFile的数量达到一定程度后，就需要将 storefile 文件来进行 compaction 操作。

Compact 的作用：

  1. 合并文件

  2. 清除过期，多余版本的数据

  3. 提高读写数据的效率
    4
    HBase 中实现了两种 compaction 的方式：minor and major. 这两种 compaction 方式的
    区别是：

  4. Minor 操作只用来做部分文件的合并操作以及包括 minVersion=0 并且设置 ttl 的过
    期版本清理，不做任何删除数据、多版本数据的清理工作。

  5. Major 操作是对 Region 下的 HStore 下的所有 StoreFile 执行合并操作，最终的结果
    是整理合并出一个文件。

Flink

1. 简单介绍一下Flink

Flink是一个面向流处理和批处理的分布式数据计算引擎，能够基于同一个Flink运行，可以提供流处理和批处理两种类型的功能。 在 Flink 的世界观中，一切都是由流组成的，离线数据是有界的流；实时数据是一个没有界限的流：这就是所谓的有界流和无界流。

2. Flink的运行必须依赖Hadoop组件吗

Flink可以完全独立于Hadoop，在不依赖Hadoop组件下运行。但是做为大数据的基础设施，Hadoop体系是任何大数据框架都绕不过去的。Flink可以集成众多Hadooop 组件，例如Yarn、Hbase、HDFS等等。例如，Flink可以和Yarn集成做资源调度，也可以读写HDFS，或者利用HDFS做检查点。

3. Flink集群运行时角色

Flink 运行时由两种类型的进程组成：一个 JobManager 和一个或者多个 TaskManager。

Client 不是运行时和程序执行的一部分，而是用于准备数据流并将其发送给 JobManager。之后，客户端可以断开连接（分离模式），或保持连接来接收进程报告（附加模式）。客户端可以作为触发执行 Java/Scala 程序的一部分运行，也可以在命令行进程 ./bin/flink run ... 中运行。

可以通过多种方式启动 JobManager 和 TaskManager：直接在机器上作为 standalone 集群启动、在容器中启动、或者通过YARN等资源框架管理并启动。TaskManager 连接到 JobManagers，宣布自己可用，并被分配工作。

JobManager：

JobManager 具有许多与协调 Flink 应用程序的分布式执行有关的职责：它决定何时调度下一个 task（或一组 task）、对完成的 task 或执行失败做出反应、协调 checkpoint、并且协调从失败中恢复等等。这个进程由三个不同的组件组成：

  • ResourceManager

ResourceManager 负责 Flink 集群中的资源提供、回收、分配，管理 task slots。

  • Dispatcher

Dispatcher 提供了一个 REST 接口，用来提交 Flink 应用程序执行，并为每个提交的作业启动一个新的 JobMaster。它还运行 Flink WebUI 用来提供作业执行信息。

  • JobMaster

JobMaster 负责管理单个JobGraph的执行。Flink 集群中可以同时运行多个作业，每个作业都有自己的 JobMaster。

TaskManagers：

TaskManager（也称为 worker）执行作业流的 task，并且缓存和交换数据流。

必须始终至少有一个 TaskManager。在 TaskManager 中资源调度的最小单位是 task slot。TaskManager 中 task slot 的数量表示并发处理 task 的数量。请注意一个 task slot 中可以执行多个算子。

4. Flink相比Spark Streaming有什么区别

1. 架构模型

Spark Streaming 在运行时的主要角色包括：Master、Worker、Driver、Executor，Flink 在运行时主要包含：Jobmanager、Taskmanager 和 Slot。

2. 任务调度

Spark Streaming 连续不断的生成微小的数据批次，构建有向无环图 DAG，Spark Streaming 会依次创建 DStreamGraph、JobGenerator、JobScheduler。

Flink 根据用户提交的代码生成 StreamGraph，经过优化生成 JobGraph，然后提交给 JobManager 进行处理，JobManager 会根据 JobGraph 生成 ExecutionGraph，ExecutionGraph 是 Flink 调度最核心的数据结构，JobManager 根据 ExecutionGraph 对 Job 进行调度。

3. 时间机制

Spark Streaming 支持的时间机制有限，只支持处理时间。Flink 支持了流处理程序在时间上的三个定义：处理时间、事件时间、注入时间。同时也支持 watermark 机制来处理滞后数据。

4. 容错机制

对于 Spark Streaming 任务，我们可以设置 checkpoint，然后假如发生故障并重启，我们可以从上次 checkpoint 之处恢复，但是这个行为只能使得数据不丢失，可能会重复处理，不能做到恰一次处理语义。

Flink 则使用两阶段提交协议来解决这个问题。

5. 介绍下Flink的容错机制（checkpoint）

Checkpoint机制是Flink可靠性的基石，可以保证Flink集群在某个算子因为某些原因(如 异常退出)出现故障时，能够将整个应用流图的状态恢复到故障之前的某一状态，保证应用流图状态的一致性。Flink的Checkpoint机制原理来自“Chandy-Lamport algorithm”算法。

每个需要Checkpoint的应用在启动时，Flink的JobManager为其创建一个 CheckpointCoordinator(检查点协调器)，CheckpointCoordinator全权负责本应用的快照制作。

CheckpointCoordinator(检查点协调器)，CheckpointCoordinator全权负责本应用的快照制作。

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  1. CheckpointCoordinator(检查点协调器) 周期性的向该流应用的所有source算子发送 barrier(屏障)。

  2. 当某个source算子收到一个barrier时，便暂停数据处理过程，然后将自己的当前状态制作成快照，并保存到指定的持久化存储中，最后向CheckpointCoordinator报告自己快照制作情况，同时向自身所有下游算子广播该barrier，恢复数据处理

  3. 下游算子收到barrier之后，会暂停自己的数据处理过程，然后将自身的相关状态制作成快照，并保存到指定的持久化存储中，最后向CheckpointCoordinator报告自身快照情况，同时向自身所有下游算子广播该barrier，恢复数据处理。

  4. 每个算子按照步骤3不断制作快照并向下游广播，直到最后barrier传递到sink算子，快照制作完成。

  5. 当CheckpointCoordinator收到所有算子的报告之后，认为该周期的快照制作成功; 否则，如果在规定的时间内没有收到所有算子的报告，则认为本周期快照制作失败。

文章推荐：

Flink可靠性的基石-checkpoint机制详细解析

6. Flink checkpoint与Spark Streaming的有什么区别或优势吗

spark streaming 的 checkpoint 仅仅是针对 driver 的故障恢复做了数据和元数据的 checkpoint。而 flink 的 checkpoint 机制 要复杂了很多，它采用的是轻量级的分布式快照，实现了每个算子的快照，及流动中的数据的快照。

7. Flink是如何保证Exactly-once语义的

Flink通过实现两阶段提交和状态保存来实现端到端的一致性语义。分为以下几个步骤：

开始事务（beginTransaction）创建一个临时文件夹，来写把数据写入到这个文件夹里面

预提交（preCommit）将内存中缓存的数据写入文件并关闭

正式提交（commit）将之前写完的临时文件放入目标目录下。这代表着最终的数据会有一些延迟

丢弃（abort）丢弃临时文件

若失败发生在预提交成功后，正式提交前。可以根据状态来提交预提交的数据，也可删除预提交的数据。

两阶段提交协议详解：八张图搞懂Flink的Exactly-once

8. 如果下级存储不支持事务，Flink怎么保证exactly-once

端到端的exactly-once对sink要求比较高，具体实现主要有幂等写入和事务性写入两种方式。

幂等写入的场景依赖于业务逻辑，更常见的是用事务性写入。而事务性写入又有预写日志（WAL）和两阶段提交（2PC）两种方式。

如果外部系统不支持事务，那么可以用预写日志的方式，把结果数据先当成状态保存，然后在收到 checkpoint 完成的通知时，一次性写入 sink 系统。

9. Flink常用的算子有哪些

分两部分：

  1. 数据读取，这是Flink流计算应用的起点，常用算子有：

  • 从内存读：fromElements

  • 从文件读：readTextFile

  • Socket 接入 ：socketTextStream

  • 自定义读取：createInput

  1. 处理数据的算子，常用的算子包括：Map（单输入单输出）、FlatMap（单输入、多输出）、Filter（过滤）、KeyBy（分组）、Reduce（聚合）、Window（窗口）、Connect（连接）、Split（分割）等。

推荐阅读：一文学完Flink流计算常用算子（Flink算子大全）

10. Flink任务延时高，如何入手

在 Flink 的后台任务管理中，我们可以看到 Flink 的哪个算子和 task 出现了反压。最主要的手段是资源调优和算子调优。资源调优即是对作业中的 Operator 的并发数（parallelism）、CPU（core）、堆内存（heap_memory）等参数进行调优。作业参数调优包括：并行度的设置，State 的设置，checkpoint 的设置。

11. Flink是如何处理反压的

Flink 内部是基于 producer-consumer 模型来进行消息传递的，Flink的反压设计也是基于这个模型。Flink 使用了高效有界的分布式阻塞队列，就像 Java 通用的阻塞队列（BlockingQueue）一样。下游消费者消费变慢，上游就会受到阻塞。

12. 如何排查生产环境中的反压问题

1. 反压出现的场景

反压经常出现在促销、热门活动等场景。短时间内流量陡增造成数据的堆积或者消费速度变慢。

它们有一个共同的特点：数据的消费速度小于数据的生产速度。

2. 反压监控方法

通过Flink Web UI发现反压问题。

Flink 的 TaskManager 会每隔 50 ms 触发一次反压状态监测，共监测 100 次，并将计算结果反馈给 JobManager，最后由 JobManager 进行计算反压的比例，然后进行展示。

这个比例展示逻辑如下：

OK: 0 <= Ratio <= 0.10，表示状态良好正；

LOW: 0.10 < Ratio <= 0.5，表示有待观察；

HIGH: 0.5 < Ratio <= 1，表示要处理了（增加并行度/subTask/检查是否有数据倾斜/增加内存）。

0.01，代表100次中有一次阻塞在内部调用。

3. flink反压的实现方式

Flink任务的组成由基本的“流”和“算子”构成，“流”中的数据在“算子”间进行计算和转换时，会被放入分布式的阻塞队列中。当消费者的阻塞队列满时，则会降低生产者的数据生产速度

4. 反压问题定位和处理

Flink会因为数据堆积和处理速度变慢导致checkpoint超时，而checkpoint是Flink保证数据一致性的关键所在，最终会导致数据的不一致发生。

数据倾斜：可以在 Flink 的后台管理页面看到每个 Task 处理数据的大小。当数据倾斜出现时，通常是简单地使用类似 KeyBy 等分组聚合函数导致的，需要用户将热点 Key 进行预处理，降低或者消除热点 Key 的影。

GC：不合理的设置 TaskManager 的垃圾回收参数会导致严重的 GC 问题，我们可以通过 -XX:+PrintGCDetails 参数查看 GC 的日志。

代码本身：开发者错误地使用 Flink 算子，没有深入了解算子的实现机制导致性能问题。我们可以通过查看运行机器节点的 CPU 和内存情况定位问题。

13. Flink中的状态存储

Flink在做计算的过程中经常需要存储中间状态，来避免数据丢失和状态恢复。选择的状态存储策略不同，会影响状态持久化如何和 checkpoint 交互。Flink提供了三种状态存储方式：MemoryStateBackend、FsStateBackend、RocksDBStateBackend。

14. Operator Chains（算子链）这个概念你了解吗

为了更高效地分布式执行，Flink 会尽可能地将 operator 的 subtask 链接（chain）在一起形成 task。每个 task 在一个线程中执行。将 operators 链接成 task 是非常有效的优化：它能减少线程之间的切换，减少消息的序列化/反序列化，减少数据在缓冲区的交换，减少了延迟的同时提高整体的吞吐量。这就是我们所说的算子链。

15. Flink的内存管理是如何做的

Flink 并不是将大量对象存在堆上，而是将对象都序列化到一个预分配的内存块上。此外，Flink大量的使用了堆外内存。如果需要处理的数据超出了内存限制，则会将部分数据存储到硬盘上。Flink 为了直接操作二进制数据实现了自己的序列化框架。

16. 如何处理生产环境中的数据倾斜问题

1. flink数据倾斜的表现：

任务节点频繁出现反压，增加并行度也不能解决问题；

部分节点出现OOM异常，是因为大量的数据集中在某个节点上，导致该节点内存被爆，任务失败重启。

2. 数据倾斜产生的原因：

业务上有严重的数据热点，比如滴滴打车的订单数据中北京、上海等几个城市的订单量远远超过其他地区；

技术上大量使用了 KeyBy、GroupBy 等操作，错误的使用了分组 Key，人为产生数据热点。

3. 解决问题的思路：

业务上要尽量避免热点 key 的设计，例如我们可以把北京、上海等热点城市分成不同的区域，并进行单独处理；

技术上出现热点时，要调整方案打散原来的 key，避免直接聚合；此外 Flink 还提供了大量的功能可以避免数据倾斜。

17. Flink中的Time有哪几种

Flink中的时间有三种类型，如下图所示：

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  • Event Time：是事件创建的时间。它通常由事件中的时间戳描述，例如采集的日志数据中，每一条日志都会记录自己的生成时间，Flink通过时间戳分配器访问事件时间戳。

  • Ingestion Time：是数据进入Flink的时间。

  • Processing Time：是每一个执行基于时间操作的算子的本地系统时间，与机器相关，默认的时间属性就是Processing Time。

例如，一条日志进入Flink的时间为2021-01-22 10:00:00.123，到达Window的系统时间为2021-01-22 10:00:01.234，日志的内容如下：
2021-01-06 18:37:15.624 INFO Fail over to rm2

对于业务来说，要统计1min内的故障日志个数，哪个时间是最有意义的？—— eventTime，因为我们要根据日志的生成时间进行统计。

18. Flink对于迟到数据是怎么处理的

Flink中 WaterMark 和 Window 机制解决了流式数据的乱序问题，对于因为延迟而顺序有误的数据，可以根据eventTime进行业务处理，对于延迟的数据Flink也有自己的解决办法，主要的办法是给定一个允许延迟的时间，在该时间范围内仍可以接受处理延迟数据

设置允许延迟的时间是通过allowedLateness(lateness: Time)设置

保存延迟数据则是通过sideOutputLateData(outputTag: OutputTag[T])保存

获取延迟数据是通过DataStream.getSideOutput(tag: OutputTag[X])获取

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Flink 中极其重要的 Time 与 Window 详细解析

19. Flink中window出现数据倾斜怎么解决

window 产生数据倾斜指的是数据在不同的窗口内堆积的数据量相差过多。本质上产生这种情况的原因是数据源头发送的数据量速度不同导致的。出现这种情况一般通过两种方式来解决：

  • 在数据进入窗口前做预聚合

  • 重新设计窗口聚合的 key

20. Flink CEP编程中当状态没有到达的时候会将数据保存在哪里

在流式处理中，CEP 当然是要支持 EventTime 的，那么相对应的也要支持数据的迟到现象，也就是watermark的处理逻辑。CEP对未匹配成功的事件序列的处理，和迟到数据是类似的。在 Flink CEP的处理逻辑中，状态没有满足的和迟到的数据，都会存储在一个Map数据结构中，也就是说，如果我们限定判断事件序列的时长为5分钟，那么内存中就会存储5分钟的数据，这在我看来，也是对内存的极大损伤之一。

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21. Flink设置并行度的方式

们在实际生产环境中可以从四个不同层面设置并行度：

  1. 操作算子层面(Operator Level)
.map(new RollingAdditionMapper()).setParallelism(10) //将操作算子设置并行度
  1. 执行环境层面(Execution Environment Level)
$FLINK_HOME/bin/flink 的-p参数修改并行度
  1. 客户端层面(Client Level)
env.setParallelism(10)
  1. 系统层面(System Level)

全局配置在flink-conf.yaml文件中，parallelism.default，默认是1：可以设置默认值大一点

需要注意的优先级：算子层面>环境层面>客户端层面>系统层面。

22. Flink中Task如何做到数据交换

在一个 Flink Job 中，数据需要在不同的 task 中进行交换，整个数据交换是有 TaskManager 负责的，TaskManager 的网络组件首先从缓冲 buffer 中收集 records，然后再发送。Records 并不是一个一个被发送的，是积累一个批次再发送，batch 技术可以更加高效的利用网络资源。

23. Flink的内存管理是如何做的

Flink 并不是将大量对象存在堆上，而是将对象都序列化到一个预分配的内存块上。此外，Flink大量的使用了堆外内存。如果需要处理的数据超出了内存限制，则会将部分数据存储到硬盘上。Flink 为了直接操作二进制数据实现了自己的序列化框架。

24. 介绍下Flink的序列化

Flink 摒弃了 Java 原生的序列化方法，以独特的方式处理数据类型和序列化，包含自己的类型描述符，泛型类型提取和类型序列化框架。

TypeInformation 是所有类型描述符的基类。它揭示了该类型的一些基本属性，并且可以生成序列化器。

TypeInformation 支持以下几种类型：

  • BasicTypeInfo: 任意 Java 基本类型或 String 类型

  • BasicArrayTypeInfo: 任意 Java 基本类型数组或 String 数组

  • WritableTypeInfo: 任意 Hadoop Writable 接口的实现类

  • TupleTypeInfo: 任意的 Flink Tuple 类型(支持 Tuple1 to Tuple25)。Flink tuples 是固定长度固定类型的 Java Tuple 实现

  • CaseClassTypeInfo: 任意的 Scala CaseClass(包括 Scala tuples)

  • PojoTypeInfo: 任意的 POJO (Java or Scala)，例如，Java 对象的所有成员变量，要么是 public 修饰符定义，要么有 getter/setter 方法

  • GenericTypeInfo: 任意无法匹配之前几种类型的类

25. Flink海量数据高效去重

  1. 基于状态后端。

  2. 基于HyperLogLog：不是精准的去重。

  3. 基于布隆过滤器（BloomFilter）；快速判断一个key是否存在于某容器，不存在就直接返回。

  4. 基于BitMap；用一个bit位来标记某个元素对应的Value，而Key即是该元素。由于采用了Bit为单位来存储数据，因此可以大大节省存储空间。

  5. 基于外部数据库；选择使用Redis或者HBase存储数据，我们只需要设计好存储的Key即可，不需要关心Flink任务重启造成的状态丢失问题。

26. Flink SQL的是如何实现的

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构建抽象语法树的事情交给了 Calcite 去做。SQL query 会经过 Calcite 解析器转变成 SQL 节点树，通过验证后构建成 Calcite 的抽象语法树（也就是图中的 Logical Plan）。另一边，Table API 上的调用会构建成 Table API 的抽象语法树，并通过 Calcite 提供的 RelBuilder 转变成 Calcite 的抽象语法树。然后依次被转换成逻辑执行计划和物理执行计划。

在提交任务后会分发到各个 TaskManager 中运行，在运行时会使用 Janino 编译器编译代码后运行。

ClickHouse

1. ClickHouse的应⽤场景有哪些？

  1. 绝⼤多数请求都是⽤于读访问的；
  2. 数据需要以⼤批次（⼤于1000⾏）进⾏更新，⽽不是单⾏更新；
  3. 数据只是添加到数据库，没有必要修改；
  4. 读取数据时，会从数据库中提取出⼤量的⾏，但只⽤到⼀⼩部分列；
  5. 表很“宽”，即表中包含⼤量的列；
  6. 查询频率相对较低（通常每台服务器每秒查询数百次或更少）；
  7. 对于简单查询，允许⼤约50毫秒的延迟；
  8. 列的值是⽐较⼩的数值和短字符串（例如，每个URL只有60个字节）；
  9. 在处理单个查询时需要⾼吞吐量（每台服务器每秒⾼达数⼗亿⾏）；
  10. 不需要事务；
  11. 数据⼀致性要求较低；
  12. 每次查询中只会查询⼀个⼤表。除了⼀个⼤表，其余都是⼩表；
  13. 查询结果显著⼩于数据源。即数据有过滤或聚合。返回结果不超过单个服务器内存。

2. ClickHouse的优缺点

优点：

  1. 为了高效的使用CPU，数据不仅仅按列存储，同时还按向量进行处理；

  2. 数据压缩空间大，减少IO；处理单查询高吞吐量每台服务器每秒最多数十亿行；

  3. 索引非B树结构，不需要满足最左原则；只要过滤条件在索引列中包含即可；即使在使用的数据不在索引中，由于各种并行处理机制ClickHouse全表扫描的速度也很快；

  4. 写入速度非常快，50-200M/s，对于大量的数据更新非常适用。

缺点：

  1. 不支持事务，不支持真正的删除/更新；

  2. 不支持高并发，官方建议qps为100，可以通过修改配置文件增加连接数，但是在服务器足够好的情况下；

  3. SQL满足日常使用80%以上的语法，join写法比较特殊；最新版已支持类似SQL的join，但性能不好；

  4. 尽量做1000条以上批量的写入，避免逐行insert或小批量的insert，update，delete操作，因为ClickHouse底层会不断的做异步的数据合并，会影响查询性能，这个在做实时数据写入的时候要尽量避开；

  5. Clickhouse快是因为采用了并行处理机制，即使一个查询，也会用服务器一半的CPU去执行，所以ClickHouse不能支持高并发的使用场景，默认单查询使用CPU核数为服务器核数的一半，安装时会自动识别服务器核数，可以通过配置文件修改该参数。

3. ClickHouse的核⼼特性？

  • 列存储：列存储是指仅从存储系统中读取必要的列数据，⽆⽤列不读取，速度⾮常快。ClickHouse采⽤列存储，这对于分析型请求⾮常⾼效。⼀个典型且真实的情况是，如果我们需要分析的数据有 50列，⽽每次分析仅读取其中的 5 列，那么通过列存储，我们仅需读取必要的列数据，相⽐于普通⾏存，可减少 10 倍左右的读取、解压、处理等开销，对性能会有质的影响。

  • 向量化执⾏：在⽀持列存的基础上，ClickHouse 实现了⼀套⾯向 向量化处理 的计算引擎，⼤量的处理操作都是向量化执⾏的。相⽐于传统⽕⼭模型中的逐⾏处理模式，向量化执⾏引擎采⽤批量处理模式，可以⼤幅减少函数调⽤开销，降低指令、数据的 Cache Miss，提升 CPU 利⽤效率。并且ClickHouse 可利⽤ SIMD 指令进⼀步加速执⾏效率。这部分是 ClickHouse 优于⼤量同类 OLAP 产品的重要因素。

  • 编码压缩：由于 ClickHouse 采⽤列存储，相同列的数据连续存储，且底层数据在存储时是经过排序的，这样数据的局部规律性⾮常强，有利于获得更⾼的数据压缩⽐。此外，ClickHouse 除了⽀持 LZ4、ZSTD 等通⽤压缩算法外，还⽀持 Delta、DoubleDelta、Gorilla 等专⽤编码算法，⽤于进⼀步提⾼数据压缩⽐。

  • 多索引：列存⽤于裁剪不必要的字段读取，⽽索引则⽤于裁剪不必要的记录读取。ClickHouse⽀持丰富的索引，从⽽在查询时尽可能的裁剪不必要的记录读取，提⾼查询性能。

4. 使⽤ClickHouse时有哪些注意点？

分区和索引

分区粒度根据业务特点决定，不宜过粗或过细。⼀般选择按天分区，也可指定为tuple()；以单表1亿数据为例，分区⼤⼩控制在10-30个为最佳。

必须指定索引列，clickhouse中的索引列即排序列，通过order by指定，⼀般在查询条件中经常被⽤来充当筛选条件的属性被纳⼊进来；可以是单⼀维度，也可以是组合维度的索引；通常需要满⾜⾼级列在前、查询频率⼤的在前原则；还有基数特别⼤的不适合做索引列，如⽤户表的userid字段；通常筛选后的数据满⾜在百万以内为最佳。

数据采样策略

通过采⽤运算可极⼤提升数据分析的性能。

数据量太⼤时应避免使⽤select * 操作，查询的性能会与查询的字段⼤⼩和数量成线性变换；字段越少，消耗的IO资源就越少，性能就会越⾼。

千万以上数据集⽤order by查询时需要搭配where条件和limit语句⼀起使⽤。
如⾮必须不要在结果集上构建虚拟列，虚拟列⾮常消耗资源浪费性能，可以考虑在前端进⾏处理，或者在表中构造实际字段进⾏额外存储。

不建议在⾼基列上执⾏distinct去重查询，改为近似去重 uniqCombined。

多表Join时要满⾜⼩表在右的原则，右表关联时被加载到内存中与左表进⾏⽐较。

存储

ClickHouse不⽀持设置多数据⽬录，为了提升数据io性能，可以挂载虚拟券组，⼀个券组绑定多块物理磁盘提升读写性能；多数查询场景SSD盘会⽐普通机械硬盘快2-3倍。

5. ClickHouse 的引擎有哪些？

ClickHouse提供了⼤量的数据引擎，分为数据库引擎、表引擎，根据数据特点及使⽤场景选择合适的引擎⾄关重
要。

ClickHouse引擎分类：

在以下⼏种情况下，ClickHouse使⽤⾃⼰的数据库引擎：

  1. MergeTree 系列引擎
  2. Log 系列引擎
  3. 与其他存储/处理系统集成的引擎
  4. 特定功能的引擎

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  • 决定表存储在哪⾥以及以何种⽅式存储；
  • ⽀持哪些查询以及如何⽀持；
  • 并发数据访问；
  • 索引的使⽤；
  • 是否可以执⾏多线程请求；
  • 数据复制参数。

在所有的表引擎中，最为核⼼的当属MergeTree系列表引擎，这些表引擎拥有最为强⼤的性能和最⼴泛的使⽤场合。对于⾮MergeTree系列的其他引擎⽽⾔，主要⽤于特殊⽤途，场景相对有限。⽽MergeTree系列表引擎是官⽅主推的存储引擎，⽀持⼏乎所有ClickHouse核⼼功能。

MergeTree作为家族系列最基础的表引擎，主要有以下特点：

  • 存储的数据按照主键排序：允许创建稀疏索引，从⽽加快数据查询速度；
  • ⽀持分区，可以通过PRIMARY KEY语句指定分区字段；
  • ⽀持数据副本；
  • ⽀持数据采样。

6. 建表引擎参数有哪些？

  1. ENGINE：ENGINE = MergeTree()，MergeTree引擎没有参数。

  2. ORDER BY：order by 设定了分区内的数据按照哪些字段顺序进⾏有序保存。

order by是MergeTree中唯⼀⼀个必填项，甚⾄⽐primary key 还重要，因为当⽤户不设置主键的情况，很多处理会依照order by的字段进⾏处理。

要求：主键必须是order by字段的前缀字段。

如果ORDER BY与PRIMARY KEY不同，PRIMARY KEY必须是ORDER BY的前缀(为了保证分区内数据和主键的有序性)。

ORDER BY 决定了每个分区中数据的排序规则;

PRIMARY KEY 决定了⼀级索引(primary.idx);

ORDER BY 可以指代PRIMARY KEY, 通常只⽤声明ORDER BY 即可。

  1. PARTITION BY：分区字段，可选。如果不填：只会使⽤⼀个分区。

分区⽬录：MergeTree 是以列⽂件+索引⽂件+表定义⽂件组成的，但是如果设定了分区那么这些⽂件就会保存到不同的分区⽬录中。

  1. PRIMARY KEY：指定主键，如果排序字段与主键不⼀致，可以单独指定主键字段。否则默认主键是排序字段。可选。

  2. SAMPLE BY：采样字段，如果指定了该字段，那么主键中也必须包含该字段。⽐如SAMPLE BY intHash32(UserID) ORDER BY (CounterID, EventDate, intHash32(UserID))。可选。

  3. TTL：数据的存活时间。在MergeTree中，可以为某个列字段或整张表设置TTL。当时间到达时，如果是列字段级别的TTL，则会删除这⼀列的数据；如果是表级别的TTL，则会删除整张表的数据。可选。

  4. SETTINGS：额外的参数配置。可选。

Doris

1. Doris的应用场景有哪些？

首先 Doris 是一个有着MPP架构的分析型数据库产品。对于PB数量级、结构化数据可以做到亚秒级查询响应。使用上兼容MySQL协议，语法是标准的SQL。Doris本身不依赖任何其他系统，相比Hadoop生态产品更易于运维。

应用场景包括：固定历史报表分析、实时数据分析、交互式数据分析等。

一般情况下，用户的原始数据，比如日志或者在事务型数据库中的数据，经过流式系统或离线处理后，导入到Doris中以供上层的报表工具或者数据分析师查询使用。

2. Doris的架构介绍下

Doris 的架构很简洁，只设 FE（Frontend）、BE（Backend）两种角色、两个进程。

  • 以数据存储的角度观看，FE 存储、维护集群元数据；BE 存储物理数据，数据的可靠性由 BE 保证，BE 会对整个数据存储多副本。

  • 以查询处理的角度观看，FE 节点接收、解析查询请求，规划查询计划，调度查询执行，返回查询结果；BE 节点依据 FE 生成的物理计划，分布式地执行查询。

FE 主要有有三个角色，一个是 Leader，一个是 Follower，还有一个 Observer。Leader 跟 Follower，主要是用来达到元数据的高可用，保证单节点宕机的情况下，元数据能够实时地在线恢复，而不影响整个服务。Observer 只是用来扩展查询节点，就是说如果在发现集群压力非常大的情况下，需要去扩展整个查询的能力，那么可以加 Observer 的节点。Observer 不参与任何的写入，只参与读取。

在使用接口方面，Doris 采用 MySQL 协议，高度兼容 MySQL 语法，支持标准 SQL，用户可以通过各类客户端工具来访问 Doris，并支持与 BI 工具的无缝对接。

3. Doris 的数据模型

Doris 的数据模型主要分为3类:

  • Aggregate 聚合模型
  • Uniq 唯一主键模型
  • Duplicate 模型

Aggregate 聚合模型：

聚合模型需要用户在建表时显式的将列分为 Key 列和 Value 列。该模型会自动的对 Key 相同的行，在 Value 列上进行聚合操作。

当我们导入数据时，对于 Key 列相同的行会聚合成一行，而 Value 列会按照设置的 AggregationType 进行聚合。 AggregationType 目前有以下四种聚合方式：

  • SUM：求和，多行的 Value 进行累加。
  • REPLACE：替代，下一批数据中的 Value 会替换之前导入过的行中的 Value。
  • MAX：保留最大值。
  • MIN：保留最小值。

例如：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
    `user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
    `date` DATE NOT NULL COMMENT "数据灌入日期时间",
    `city` VARCHAR(20) COMMENT "用户所在城市",
    `age` SMALLINT COMMENT "用户年龄",
    `sex` TINYINT COMMENT "用户性别",
    `last_visit_date` DATETIME REPLACE DEFAULT "1970-01-01 00:00:00" COMMENT "用户最后一次访问时间",
    `cost` BIGINT SUM DEFAULT "0" COMMENT "用户总消费",
    `max_dwell_time` INT MAX DEFAULT "0" COMMENT "用户最大停留时间",
    `min_dwell_time` INT MIN DEFAULT "99999" COMMENT "用户最小停留时间"
)
AGGREGATE KEY(`user_id`, `date`, `city`, `age`, `sex`)
... /* 省略 Partition 和 Distribution 信息 */
;

Unique 唯一主键模型:

在某些多维分析场景下，用户更关注的是如何保证 Key 的唯一性，即如何获得 Primary Key 唯一性约束。因此，我们引入了 Unique 的数据模型。该模型本质上是聚合模型的一个特例，也是一种简化的表结构表示方式。我们举例说明。

这是一个典型的用户基础信息表。这类数据没有聚合需求，只需保证主键唯一性。（这里的主键为 user_id + username）。那么我们的建表语句如下：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
    `user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
    `username` VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT "用户昵称",
    `city` VARCHAR(20) COMMENT "用户所在城市",
    `age` SMALLINT COMMENT "用户年龄",
    `sex` TINYINT COMMENT "用户性别",
    `phone` LARGEINT COMMENT "用户电话",
    `address` VARCHAR(500) COMMENT "用户地址",
    `register_time` DATETIME COMMENT "用户注册时间"
)
UNIQUE KEY(`user_id`, `user_name`)
... /* 省略 Partition 和 Distribution 信息 */
;

而这个表结构，完全同等于以下使用聚合模型描述的表结构：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
    `user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
    `username` VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT "用户昵称",
    `city` VARCHAR(20) REPLACE COMMENT "用户所在城市",
    `age` SMALLINT REPLACE COMMENT "用户年龄",
    `sex` TINYINT REPLACE COMMENT "用户性别",
    `phone` LARGEINT REPLACE COMMENT "用户电话",
    `address` VARCHAR(500) REPLACE COMMENT "用户地址",
    `register_time` DATETIME REPLACE COMMENT "用户注册时间"
)
AGGREGATE KEY(`user_id`, `user_name`)
... /* 省略 Partition 和 Distribution 信息 */
；

即 Unique 模型完全可以用聚合模型中的 REPLACE 方式替代。其内部的实现方式和数据存储方式也完全一样。这里不再继续举例说明。

Duplicate 模型:

在某些多维分析场景下，数据既没有主键，也没有聚合需求。因此，我们引入 Duplicate 数据模型来满足这类需求。

例如：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
    `timestamp` DATETIME NOT NULL COMMENT "日志时间",
    `type` INT NOT NULL COMMENT "日志类型",
    `error_code` INT COMMENT "错误码",
    `error_msg` VARCHAR(1024) COMMENT "错误详细信息",
    `op_id` BIGINT COMMENT "负责人id",
    `op_time` DATETIME COMMENT "处理时间"
)
DUPLICATE KEY(`timestamp`, `type`)
... /* 省略 Partition 和 Distribution 信息 */
；

这种数据模型区别于 Aggregate 和 Uniq 模型。数据完全按照导入文件中的数据进行存储，不会有任何聚合。即使两行数据完全相同，也都会保留。 而在建表语句中指定的 DUPLICATE KEY，只是用来指明底层数据按照那些列进行排序。

4. 介绍下Doris的ROLLUP

ROLLUP

ROLLUP 在多维分析中是“上卷”的意思，即将数据按某种指定的粒度进行进一步聚合。

在 Doris 中，我们将用户通过建表语句创建出来的表称为 Base 表（Base Table）。在 Base 表之上，我们可以创建任意多个 ROLLUP 表。这些 ROLLUP 的数据是基于 Base 表产生的，并且在物理上是独立存储的。

ROLLUP 表的基本作用，在于在 Base 表的基础上，获得更粗粒度的聚合数据。

Duplicate 模型中的 ROLLUP

因为 Duplicate 模型没有聚合的语意。所以该模型中的 ROLLUP，已经失去了“上卷”这一层含义。而仅仅是作为调整列顺序，以命中前缀索引的作用。

5. Doris的前缀索引了解吗？

不同于传统的数据库设计，Doris 不支持在任意列上创建索引。Doris 这类 MPP 架构的 OLAP 数据库，通常都是通过提高并发，来处理大量数据的。

本质上，Doris 的数据存储在类似 SSTable（Sorted String Table）的数据结构中。该结构是一种有序的数据结构，可以按照指定的列进行排序存储。在这种数据结构上，以排序列作为条件进行查找，会非常的高效。

在 Aggregate、Uniq 和 Duplicate 三种数据模型中。底层的数据存储，是按照各自建表语句中，AGGREGATE KEY、UNIQ KEY 和 DUPLICATE KEY 中指定的列进行排序存储的。

而前缀索引，即在排序的基础上，实现的一种根据给定前缀列，快速查询数据的索引方式。

在建表时，正确的选择列顺序，能够极大地提高查询效率。

ROLLUP 调整前缀索引

因为建表时已经指定了列顺序，所以一个表只有一种前缀索引。这对于使用其他不能命中前缀索引的列作为条件进行的查询来说，效率上可能无法满足需求。因此，我们可以通过创建 ROLLUP 来人为的调整列顺序，以获得更好的查询效率。

6. 讲下Doris的物化视图

物化视图是将预先计算（根据定义好的 SELECT 语句）好的数据集，存储在 Doris 中的一个特殊的表。

物化视图的出现主要是为了满足用户，既能对原始明细数据的任意维度分析，也能快速的对固定维度进行分析查询。

使用场景（物化视图主要针对Duplicate明细模型做聚合操作）

  • 分析需求覆盖明细数据查询以及固定维度查询两方面。
  • 查询仅涉及表中的很小一部分列或行。
  • 查询包含一些耗时处理操作，比如：时间很久的聚合操作等。
  • 查询需要匹配不同前缀索引。

优势

  • 对于那些经常重复的使用相同的子查询结果的查询性能大幅提升。
  • Doris自动维护物化视图的数据，无论是新的导入，还是删除操作都能保证base 表和物化视图表的数据一致性。无需任何额外的人工维护成本。
  • 查询时，会自动匹配到最优物化视图，并直接从物化视图中读取数据。

7. 物化视图和Rollup的区别是什么

在没有物化视图功能之前，用户一般都是使用 Rollup 功能通过预聚合方式提升查询效率的。但是 Rollup 具有一定的局限性，他不能基于明细模型做预聚合。

物化视图则在覆盖了 Rollup 的功能的同时，还能支持更丰富的聚合函数。所以物化视图其实是 Rollup 的一个超集。

物化视图的局限性

  1. 物化视图的聚合函数的参数不支持表达式仅支持单列，比如： sum(a+b)不支持。

  2. 如果删除语句的条件列，在物化视图中不存在，则不能进行删除操作。如果一定要删除数据，则需要先将物化视图删除，然后方可删除数据。

  3. 单表上过多的物化视图会影响导入的效率：导入数据时，物化视图和 base 表数据是同步更新的，如果一张表的物化视图表超过10张，则有可能导致导入速度很慢。这就像单次导入需要同时导入10张表数据是一样的。

  4. 相同列，不同聚合函数，不能同时出现在一张物化视图中，比如：select sum(a), min(a) from table 不支持。

  5. 物化视图针对 Unique Key数据模型，只能改变列顺序，不能起到聚合的作用，所以在Unique Key模型上不能通过创建物化视图的方式对数据进行粗粒度聚合操作

数据仓库

推荐数仓建设好文，建议读一读：万字详解整个数据仓库建设体系

1. ODS层采用什么压缩方式和存储格式？

压缩采用Snappy，存储采用orc，压缩比是100g数据压缩完10g左右。

2. DWD层做了哪些事？

  1. 数据清洗
  • 空值去除
  • 过滤核心字段无意义的数据，比如订单表中订单id为null，支付表中支付id为空
  • 对手机号、身份证号等敏感数据脱敏
  • 对业务数据传过来的表进行维度退化和降维。
  • 将用户行为宽表和业务表进行数据一致性处理
  1. 清洗的手段
  • Sql、mr、rdd、kettle、Python（项目中采用sql进行清除）

3. DWS层做了哪些事？

  1. DWS层有3-5张宽表（处理100-200个指标 70%以上的需求）

具体宽表名称：用户行为宽表，用户购买商品明细行为宽表，商品宽表，购物车宽表，物流宽表、登录注册、售后等。

  1. 哪个宽表最宽？大概有多少个字段？
    最宽的是用户行为宽表。大概有60-100个字段

4. 事实表的类型？

事实表有：事务事实表、周期快照事实表、累积快照事实表、⾮事实事实表。

1） 事务事实表

事务事实表记录的是事务层⾯的事实，保存的是最原⼦的数据，也称“原⼦事实表”。事务事实表中的数据在事务事件发⽣后产⽣，数据的粒度通常是每个事务记录⼀条记录。

2） 周期快照事实表

以具有规律性的、可预⻅的时间间隔来记录事实。它统计的是间隔周期内的度量统计，每个时间段⼀条记录，是在事务事实表之上建⽴的聚集表。

3）累积快照事实表

累积快照表记录的不确定的周期的数据。代表的是完全覆盖⼀个事务或产品的⽣命周期的时间跨度，通常具有多个⽇期字段，⽤来记录整个⽣命周期中的关键时间点。

4）⾮事实型事实表

这个与上⾯三个有所不同。事实表中通常要保留度量事实和多个维度外键，度量事实是事实表的关键所在。

⾮事实表中没有这些度量事实，只有多个维度外键。⾮事实型事实表通常⽤来跟踪⼀些事件或说明某些活动的范围。

第⼀类⾮事实型事实表是⽤来跟踪事件的事实表。例如：学⽣注册事件

第⼆类⾮事实型事实表是⽤来说明某些活动范围的事实表。例如：促销范围事实表。

5. 星型模型和雪花模型的区别

1) 星型模式

星形模式(Star Schema)是最常用的维度建模方式。星型模式是以事实表为中心，所有的维度表直接连接在事实表上，像星星一样。星形模式的维度建模由一个事实表和一组维表成，且具有以下特点：a. 维表只和事实表关联，维表之间没有关联；b. 每个维表主键为单列，且该主键放置在事实表中，作为两边连接的外键；c. 以事实表为核心，维表围绕核心呈星形分布；

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  1. 雪花模式

雪花模式(Snowflake Schema)是对星形模式的扩展。雪花模式的维度表可以拥有其他维度表的，虽然这种模型相比星型更规范一些，但是由于这种模型不太容易理解，维护成本比较高，而且性能方面需要关联多层维表，性能也比星型模型要低。所以一般不是很常用

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3．星座模式

星座模式是星型模式延伸而来，星型模式是基于一张事实表的，而星座模式是基于多张事实表的，而且共享维度信息。前面介绍的两种维度建模方法都是多维表对应单事实表，但在很多时候维度空间内的事实表不止一个，而一个维表也可能被多个事实表用到。在业务发展后期，绝大部分维度建模都采用的是星座模式。

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6. 数据漂移如何解决?

1) 什么是数据漂移？

通常是指ods表的同⼀个业务⽇期数据中包含了前⼀天或后⼀天凌晨附近的数据或者丢失当天变更的数据，这种现象就叫做漂移，且在⼤部分公司中都会遇到的场景。

2) 如何解决数据漂移问题？

通常有两种解决⽅案：

  1. 多获取后⼀天的数据，保障数据只多不少

  2. 通过多个时间戳字段来限制时间获取相对准确的数据

第⼀种⽅案⽐较暴⼒，这⾥不做过多解释，主要来讲解⼀下第⼆种解决⽅案。（这种解决⽅案在⼤数据之路这本书有体现）。

第⼀种⽅案⾥，时间戳字段分为四类：

  1. 数据库表中⽤来标识数据记录更新时间的时间戳字段（假设这类字段叫 modified time ）。

  2. 数据库⽇志中⽤来标识数据记录更新时间的时间戳字段·（假设这类宇段叫 log_time）。

  3. 数据库表中⽤来记录具体业务过程发⽣时间的时间戳字段 （假设这类字段叫 proc_time）。

  4. 标识数据记录被抽取到时间的时间戳字段（假设这类字段extract time）。

理论上这⼏个时间应该是⼀致的，但往往会出现差异，造成的原因可能为：

  1. 数据抽取需要⼀定的时间，extract_time往往晚于前三个时间。

  2. 业务系统⼿动改动数据并未更新modfied_time。

  3. ⽹络或系统压⼒问题，log_time或modified_time晚于proc_time。

通常都是根据以上的某⼏个字段来切分ODS表，这就产⽣了数据漂移。具体场景如下：

  1. 根据extract_time进⾏同步。

  2. 根据modified_time进⾏限制同步， 在实际⽣产中这种情况最常⻅，但是往往会发⽣不更新 modified time⽽导致的数据遗漏，或者凌晨时间产⽣的数据记录漂移到后天 。由于⽹络或者系统压⼒问题， log_time 会晚proc_time ，从⽽导致凌晨时间产⽣的数据记录漂移到后⼀天。

  3. 根据proc_time来限制，会违背ods和业务库保持⼀致的原则，因为仅仅根据proc_time来限制，会遗漏很多其他过程的变化。

第⼆种解决⽅案：

  1. ⾸先通过log_time多同步前⼀天最后15分钟和后⼀天凌晨开始15分钟的数据，然后⽤modified_time过滤⾮当天的数据，这样确保数据不会因为系统问题被遗漏。

  2. 然后根据log_time获取后⼀天15分钟的数据，基于这部分数据，按照主键根据log_time做升序排序，那么第⼀条数据也就是最接近当天记录变化的。

  3. 最后将前两步的数据做全外连接，通过限制业务时间proc_time来获取想要的数据。

7. 维度建模和范式建模的区别

通常数据建模有以下⼏个流程：

  1. 概念建模：即通常先将业务划分多个主题。

  2. 逻辑建模：即定义各种实体、属性和关系。

  3. 物理建模：设计数据对象的物理实现，⽐如表字段类型、命名等。

那么范式建模，即3NF模型具有以下特点：

  1. 原⼦性，即数据不可分割。

  2. 基于第⼀个条件，实体属性完全依赖于主键，不能存在仅依赖主关键字⼀部分属性。即不能存在部分依赖。

  3. 基于第⼆个条件，任何⾮主属性不依赖于其他⾮主属性。即消除传递依赖。

基于以上三个特点，3NF的最终⽬的就是为了降低数据冗余，保障数据⼀致性；同时也有了数据关联逻辑复杂的缺点。

⽽维度建模是⾯向分析场景的，主要关注点在于快速、灵活，能够提供⼤规模的数据响应。

常⽤的维度模型类型主要有：

  1. 星型模型：即由⼀个事实表和⼀组维度表组成，每个维表都有⼀个维度作为主键。事实表居中，多个维表呈辐射状分布在四周，并与事实表关联，形成⼀个星型结构。

  2. 雪花模型：在星型模型的基础上，基于范式理论进⼀步层次化，将某些维表扩展成事实表，最终形成雪花状结构。

  3. 星系模型：基于多个事实表，共享⼀些维度表。

8. 谈谈元数据的理解？

狭义来讲就是⽤来描述数据的数据。

⼴义来看，除了业务逻辑直接读写处理的业务数据，所有其他⽤来维护整个系统运转所需要的数据，都可以较为元数据。

定义：元数据metadata是关于数据的数据。在数仓系统中，元数据可以帮助数据仓库管理员和数据仓库开发⼈员⽅便的找到他们所关⼼的数据；元数据是描述数据仓库内部数据的结构和建⽴⽅法的数据。按照⽤途可分为：技术元数据、业务元数据。

技术元数据

存储关于数据仓库技术细节的数据，⽤于开发和管理数据仓库使⽤的数据。

  1. 数据仓库结构的描述，包括数据模式、视图、维、层次结构和导出数据的定义，以及数据集市的位置和内容。

  2. 业务系统、数据仓库和数据集市的体系结构和模式。

  3. 由操作环境到数据仓库环境的映射，包括元数据和他们的内容、数据提取、转换规则和数据刷新规则、权限等。

业务元数据

从业务⻆度描述了数据仓库中的数据，他提供了介于使⽤者和实际系统之间的语义层，使不懂计算机技术的业务⼈员也能读懂数仓中的数据。

  1. 企业概念模型：表示企业数据模型的⾼层信息。整个企业业务概念和相互关系。以这个企业模型为基础，不懂sql的⼈也能做到⼼中有数

  2. 多维数据模型。告诉业务分析⼈员在数据集市中有哪些维、维的类别、数据⽴⽅体以及数据集市中的聚合规则。

  3. 业务概念模型和物理数据之间的依赖。业务视图和实际数仓的表、字段、维的对应关系也应该在元数据知识库中有所体现。

9. 数仓如何确定主题域？

主题

主题是在较⾼层次上将数据进⾏综合、归类和分析利⽤的⼀个抽象概念，每⼀个主题基本对应⼀个宏观的分析领域。在逻辑意义上，它是对企业中某⼀宏观分析领域所涉及的分析对象。

⾯向主题的数据组织⽅式，就是在较⾼层次上对分析对象数据的⼀个完整并且⼀致的描述，能刻画各个分析对象所涉及的企业各项数据，以及数据之间的联系。

主题是根据分析的要求来确定的。

主题域

  1. 从数据⻆度看（集合论）

主题语通常是联系较为紧密的数据主题的集合。可以根据业务的关注点，将这些数据主题划分到不同的主题域。主题域的确定由最终⽤户和数仓设计⼈员共同完成。

  1. 从需要建设的数仓主题看（边界论）

主题域是对某个主题进⾏分析后确定的主题的边界。

数仓建设过程中，需要对主题进⾏分析，确定主题所涉及到的表、字段、维度等界限。

  1. 确定主题内容

数仓主题定义好以后，数仓中的逻辑模型也就基本成形了，需要在主题的逻辑关系中列出属性和系统相关⾏为。此阶段需要定义好数据仓库的存储结构，向主题模型中添加所需要的信息和能充分代表主题的属性组。

10. 在处理大数据过程中，如何保证得到期望值

  1. 保证在数据采集的时候不丢失数据，这个尤为重要，如果在数据采集的时候就已经不准确，后面很难达到期望值

  2. 在数据处理的时候不丢失数据，例如sparkstreaming处理kafka数据的时候，要保证数据不丢失，这个尤为重要

  3. 前两步中，如果无法保证数据的完整性，那么就要通过离线计算进行数据的校对，这样才能保证我们能够得到期望值

11. 你感觉数仓建设中最重要的是什么

数仓建设中，最重要的是数据准确性，数据的真正价值在于数据驱动决策，通过数据指导运营，在一个不准确的数据驱动下，得到的一定是错误的数据分析，影响的是公司的业务发展决策，最终导致公司的策略调控失败。

12. 数据仓库建模怎么做的

数仓建设中最常用模型--Kimball维度建模详解

13. 数据质量怎么监控

单表数据量监控

一张表的记录数在一个已知的范围内，或者上下浮动不会超过某个阈值

  1. SQL结果：var 数据量 = select count（*）from 表 where 时间等过滤条件

  2. 报警触发条件设置：如果数据量不在[数值下限, 数值上限]， 则触发报警

  3. 同比增加：如果((本周的数据量 -上周的数据量)/上周的数据量*100)不在 [比例下线，比例上限]，则触发报警

  4. 环比增加：如果((今天的数据量 - 昨天的数据量)/昨天的数据量*100)不在 [比例下线，比例上限]，则触发报警

  5. 报警触发条件设置一定要有。如果没有配置的阈值，不能做监控
    日活、周活、月活、留存（日周月）、转化率（日、周、月）GMV（日、周、月）
    复购率（日周月）

单表空值检测

某个字段为空的记录数在一个范围内，或者占总量的百分比在某个阈值范围内

  1. 目标字段：选择要监控的字段，不能选“无”

  2. SQL结果：var 异常数据量 = select count(*) from 表 where 目标字段 is null

  3. 单次检测：如果(异常数据量)不在[数值下限, 数值上限]，则触发报警

单表重复值检测

一个或多个字段是否满足某些规则

  1. 目标字段：第一步先正常统计条数；select count(*) form 表；

  2. 第二步，去重统计；select count(*) from 表 group by 某个字段

  3. 第一步的值和第二步的值做减法，看是否在上下线阀值之内

  4. 单次检测：如果(异常数据量)不在[数值下限, 数值上限]， 则触发报警

跨表数据量对比

主要针对同步流程，监控两张表的数据量是否一致

  1. SQL结果：count(本表) - count(关联表)

  2. 阈值配置与“空值检测”相同

14. 数据分析方法论了解过哪些？

数据商业分析的目标是利用大数据为所有职场人员做出迅捷，高质，高效的决策提供可规模化的解决方案。商业分析是创造价值的数据科学。

数据商业分析中会存在很多判断：

  1. 观察数据当前发生了什么？

比如想知道线上渠道A、B各自带来了多少流量，新上线的产品有多少用户喜欢，新注册流中注册的人数有多少。这些都需要通过数据来展示结果。

  1. 理解为什么发生？

我们需要知道渠道A为什么比渠道B好，这些是要通过数据去发现的。也许某个关键字带来的流量转化率比其他都要低，这时可以通过信息、知识、数据沉淀出发生的原因是什么。

  1. 预测未来会发生什么？

在对渠道A、B有了判断之后，根据以往的知识预测未来会发生什么。在投放渠道C、D的时候，猜测渠道C比渠道D好，当上线新的注册流、新的优化，可以知道哪一个节点比较容易出问题，这些都是通过数据进行预测的过程。

  1. 商业决策

所有工作中最有意义的还是商业决策，通过数据来判断应该做什么。这是商业分析最终的目的。

数据湖

数据湖知识了解推荐阅读：万字详解数据仓库、数据湖、数据中台和湖仓一体

1. 什么是数据湖

数据湖是一种不断演进中、可扩展的大数据存储、处理、分析的基础设施；以数据为导向，实现任意来源、任意速度、任意规模、任意类型数据的全量获取、全量存储、多模式处理与全生命周期管理；并通过与各类外部异构数据源的交互集成，支持各类企业级应用。

用架构图能很快说明白，用阿里的数据架构图来说:

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  • ODS（operational data store, staging area）存储来自各业务系统（生产系统）的原始数据，即为数据湖。

  • CDM为经过整合、清洗的数据。其中的DWS汇总层，为面向主题的数据仓库（狭义），用于BI报表出数。

简单来说，数据湖的定义就是原始数据保存区. 虽然这个概念国内谈的少，但绝大部分互联网公司都已经有了。国内一般把整个HDFS叫做数仓（广义），即存放所有数据的地方。

2. 数据湖的发展

数据湖最早是2011年由Pentaho的首席技术官James Dixon提出的一个概念，他认为诸如数据集市，数据仓库由于其有序性的特点，势必会带来数据孤岛效应，而数据湖可以由于其开放性的特点可以解决数据孤岛问题。

为什么不是数据河？

因为，数据要能存，而不是一江春水向东流。

为什么不是数据池？

因为，要足够大，大数据太大，一池存不下。

为什么不是数据海？

因为，企业的数据要有边界，可以流通和交换，但更注重隐私和安全，“海到无边天作岸”，那可不行。

所以数据要能“存”，数据要够“存”，数据要有边界地“存”。企业级的数据是需要长期积淀的，因此是“数据湖”。

同时湖水天然会进行分层，满足不同的生态系统要求，这与企业建设统一数据中心，存放管理数据的需求是一致的。热数据在上层方便流通应用，温数据、冷数据位于数据中心的不同存储介质之中，达到数据存储容量与成本的平衡。

但随着数据湖在各类企业的应用，大家都觉得：嗯，这个数据有用，我要放进去；那个数据也有用，我也要放进去；于是把所有的数据不假思索地扔进基于数据湖的相关技术或工具中，没有规则不成方圆，当我们认为所有数据都有用时，那么所有的数据都是垃圾，数据湖也变成了造成企业成本高企的数据沼泽。

3. 数据湖有哪些优势

  • 轻松地收集数据：数据湖与数据仓库的一大区别就是，Schema On Read，即在使用数据时才需要Schema信息；而数据仓库是Schema On Write，即在存储数据时就需要设计好Schema。这样，由于对数据写入没有限制，数据湖可以更容易的收集数据。

  • 从数据中发掘更多价值：数据仓库和数据市场由于只使用数据中的部分属性，所以只能回答一些事先定义好的问题；而数据湖存储所有最原始、最细节的数据，所以可以回答更多的问题。并且数据湖允许组织中的各种角色通过自助分析工具，对数据进行分析，以及利用AI、机器学习的技术，从数据中发掘更多的价值。

  • 消除数据孤岛：数据湖中汇集了来自各个系统中的数据，这就消除了数据孤岛问题。

  • 具有更好的扩展性和敏捷性：数据湖可以利用分布式文件系统来存储数据，因此具有很高的扩展能力。开源技术的使用还降低了存储成本。数据湖的结构没那么严格，因此天生具有更高的灵活性，从而提高了敏捷性。

4. 数据湖应该具备哪些能力

  1. 数据集成能力：

需要具备把各种数据源接入集成到数据湖中的能力。数据湖的存储也应该是多样的，比如HDFS、HIVE、HBASE等等。

  1. 数据治理能力：

治理能力的核心是维护好数据的元数据（metadata）。强制要求所有进入数据湖的数据必须提供相关元数据，应该作为最低限度的治理管控。没有元数据，数据湖就面临成为数据沼泽的风险。更丰富的功能还包括：

  • 自动提取元元数据，并根据元数据对数据进行分类，形成数据目录。
  • 自动对数据目录进行分析，可以基于AI和机器学习的方法，发现数据之间的关系。
  • 自动建立数据之间血缘关系图。
  • 跟踪数据的使用情况，以便将数据作为产品，形成数据资产。
  1. 数据搜索和发现能力：

如果把整个互联网想象成一个巨大的数据湖。那么，之所以人们可以这么有效的利用这个湖中的数据，就是因为有了Google这样的搜索引擎。人们可以通过搜索，方便地找到他们想要的数据，进而进行分析。搜索能力是数据湖的十分重要的能力。

  1. 数据安全管控能力：

对数据的使用权限进行管控，对敏感数据进行脱敏或加密处理，也是数据湖能商用所必须具备的能力。

  1. 数据质量检验能力：

数据质量是分析正确的关键。因此必须对进入数据湖中的数据的质量情况进行检验。及时发现数据湖中数据质量的问题。为有效的数据探索提供保障。

  1. 自助数据探索能力：

应该具备一系列好用的数据分析工具，以便各类用户可以对数据湖中的数据进行自助探索。包括：

  • 支持对流、NoSQL、图等多种存储库的联合分析能力
  • 支持交互式的大数据SQL分析
  • 支持AI、机器学习分析
  • 支持类似OLAP的BI分析
  • 支持报表的生成

5. 数据湖的实现遇到了哪些问题

数据湖刚提出来时，只是一个朴素的理念。而从理念变成一个可以落地的系统，就面临着许多不得不考虑的现实问题：

首先，把所有原始数据都存储下来的想法，要基于一个前提，就是存储成本很低。而今数据产生的速度越来越快、产生的量越来越大的情况下，把所有原始数据，不分价值大小，都存储下来，这个成本在经济上能不能接受，可能需要打一个问号。

其次，数据湖中存放这各类最原始的明细数据，包括交易数据、用户数据等敏感数据，这些数据的安全怎么保证？用户访问的权限如何控制？

再次，湖中的数据怎么治理？谁对数据的质量、数据的定义、数据的变更负责？如何确保数据的定义、业务规则的一致性？

数据湖的理念很好，但是它现在还缺乏像数据仓库那样，有一整套方法论为基础，有一系列具有可操作性的工具和生态为支撑。正因如此，目前把Hadoop用来对特定的、高价值的数据进行处理，构建数据仓库的模式，取得了较多的成功；而用来落实数据湖理念的模式，遭遇了一系列的失败。这里，总结一些典型的数据湖失败的原因：

  1. 数据沼泽：当越来越多的数据接入到数据湖中，但是却没有有效的方法跟踪这些数据，数据沼泽就发生了。在这种失败中，人们把所有东西都放在HDFS中，期望以后可以发掘些什么，可没多久他们就忘那里有什么。

  2. 数据泥团：各种各样的新数据接入进数据湖中，它们的组织形式、质量都不一样。 由于缺乏用于检查，清理和重组数据的自助服务工具，使得这些数据很难创造价值。

  3. 缺乏自助分析工具：由于缺乏好用的自助分析工具，直接对数据湖中的数据分析很困难。一般都是数据工程师或开发人员创建一个整理后的小部分数据集，把这些数据集交付给更广泛的用户，以便他们使用熟悉的工具进行数据分析。这限制了更广泛的人参与到探索大数据中，降低了数据湖的价值。

  4. 缺乏建模的方法论和工具：在数据湖中，似乎每一项工作都得从头开始，因为以前的项目产生的数据几乎没有办法重用。 其实，我们骂数据仓库很难变化以适应新需求，这其中有个原因就是它花很多时间来对数据进行建模，而正是有了这些建模，使得数据可以共享和重用。数据湖也需要为数据建模，不然每次分析师都得从头开始。

  5. 缺少数据安全管理：通常的想法是每个人都可以访问所有数据，但这是行不通的。企业对自己的数据是有保护本能的，最终一定是需要数据安全管理的。

  6. 一个数据湖搞定一切：大家都对能在一个库中存储所有数据的想法很兴奋。然而，数据湖之外总会有新的存储库，很难把他们全都消灭掉。 其实，大多数公司所需的，是可以对多种存储库联合访问功能。是不是在一个地方存储，并不是那么重要。

6. 数据湖与数据仓库的区别

数据仓库，准确说，是面向历史数据沉淀和分析使用的，有三大特点：

  • 其一是集成性，由于数据来源众多，因而需要技术和规范来统一存储方式；
  • 其二是非易失和随时间变化，数据仓库存储了过去每一天的快照且通常不更新，使用者可以在任一天向前或者向后对比数据的变化；
  • 其三是面向主题，根据业务对数据进行有效的编码，让理论最佳值在应用中落地。

数据湖，准确说，其出发点是补全数据仓库实时处理能力、交互式分析能力等新技术缺失的情况。其最重要的特点，就是丰富的计算引擎：批处理、流式、交互式、机器学习，该有的，应有尽有，企业需要什么，就用什么。数据湖也有三个特征：

  • 其一是灵活性，默认业务的不确定性是常态的，在无法预期未来变化时，技术设施基础，就要具备“按需”贴合业务的能力；
  • 其二是管理性，数据湖需要保存原始信息和处理后的信息，在数据源、数据格式、数据周期等维度上，能够追溯数据的接入、存储、分析和使用等流动过程；
  • 其三是多态性，本身的引擎需要进可能的丰富，因为业务场景不固定，而多态的引擎支持、扩展能力，能够较好的适应业务的快速变化。

7. 为什么要做数据湖？区别在于？

数据湖和数仓，就是原始数据和数仓模型的区别。因为数仓（狭义）中的表，主要是事实表-维度表，主要用于BI、出报表，和原始数据是不一样的。

为什么要强调数据湖呢？

真正的原因在于，data science和machine learning进入主流了，需要用原始数据做分析，而数仓的维度模型则通常用于聚合。

另一方面，机器学习用到的数据，也不止于结构化数据。用户的评论、图像这些非结构化数据，也都可以应用到机器学习中。

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但数据湖背后其实还有更大的区别：

  • 传统数仓的工作方式是集中式的：业务人员给需求到数据团队，数据团队根据要求加工、开发成维度表，供业务团队通过BI报表工具查询。

  • 数据湖是开放、自助式的（self-service）：开放数据给所有人使用，数据团队更多是提供工具、环境供各业务团队使用（不过集中式的维度表建设还是需要的），业务团队进行开发、分析。

也就是组织架构和分工的差别 —— 传统企业的数据团队可能被当做IT，整天要求提数，而在新型的互联网/科技团队，数据团队负责提供简单易用的工具，业务部门直接进行数据的使用。

8. 数据湖挑战

从传统集中式的数仓转为开放式的数据湖，并不简单，会碰到许多问题

  • 数据发现：如何帮助用户发现数据、了解有哪些数据？

  • 数据安全：如果管理数据的权限和安全？因为一些数据是敏感的、或者不应直接开放给所有人的（比如电话号码、地址等）

  • 数据管理：多个团队使用数据，如何共享数据成果（比如画像、特征、指标），避免重复开发

这也是目前各大互联网公司都在改进的方向！

9. 湖仓一体

2020年，大数据DataBricks公司首次提出了湖仓一体（Data Lakehouse）概念，希望将数据湖和数据仓库技术合而为一，此概念一出各路云厂商纷纷跟进。

Data Lakehouse（湖仓一体）是新出现的一种数据架构，它同时吸收了数据仓库和数据湖的优势，数据分析师和数据科学家可以在同一个数据存储中对数据进行操作，同时它也能为公司进行数据治理带来更多的便利性。

1) 目前数据存储的方案

一直以来，我们都在使用两种数据存储方式来架构数据：

  • 数据仓库：主要存储的是以关系型数据库组织起来的结构化数据。数据通过转换、整合以及清理，并导入到目标表中。在数仓中，数据存储的结构与其定义的schema是强匹配的。

  • 数据湖：存储任何类型的数据，包括像图片、文档这样的非结构化数据。数据湖通常更大，其存储成本也更为廉价。存储其中的数据不需要满足特定的schema，数据湖也不会尝试去将特定的schema施行其上。相反的是，数据的拥有者通常会在读取数据的时候解析schema（schema-on-read），当处理相应的数据时，将转换施加其上。

现在许多的公司往往同时会搭建数仓、数据湖这两种存储架构，一个大的数仓和多个小的数据湖。这样，数据在这两种存储中就会有一定的冗余。

2) Data Lakehouse（湖仓一体）

Data Lakehouse的出现试图去融合数仓和数据湖这两者之间的差异，通过将数仓构建在数据湖上，使得存储变得更为廉价和弹性，同时lakehouse能够有效地提升数据质量，减小数据冗余。在lakehouse的构建中，ETL起了非常重要的作用，它能够将未经规整的数据湖层数据转换成数仓层结构化的数据。

下面详细解释下：

湖仓一体（Data Lakehouse）：

依据DataBricks公司对Lakehouse 的定义：一种结合了数据湖和数据仓库优势的新范式，解决了数据湖的局限性。Lakehouse 使用新的系统设计：直接在用于数据湖的低成本存储上实现与数据仓库中类似的数据结构和数据管理功能。

解释拓展：

湖仓一体，简单理解就是把面向企业的数据仓库技术与数据湖存储技术相结合，为企业提供一个统一的、可共享的数据底座。

避免传统的数据湖、数据仓库之间的数据移动，将原始数据、加工清洗数据、模型化数据，共同存储于一体化的“湖仓”中，既能面向业务实现高并发、精准化、高性能的历史数据、实时数据的查询服务，又能承载分析报表、批处理、数据挖掘等分析型业务。

湖仓一体方案的出现，帮助企业构建起全新的、融合的数据平台。通过对机器学习和AI算法的支持，实现数据湖+数据仓库的闭环，提升业务的效率。数据湖和数据仓库的能力充分结合，形成互补，同时对接上层多样化的计算生态。

11. 目前有哪些开源数据湖组件

目前开源的数据湖有江湖人称“数据湖三剑客”的Hudi、Delta Lake和IceBerg。

1) Hudi

Apache Hudi是一种数据湖的存储格式，在Hadoop文件系统之上提供了更新数据和删除数据的能力以及消费变化数据的能力。

Hudi支持如下两种表类型：

  • Copy On Write

使用Parquet格式存储数据。Copy On Write表的更新操作需要通过重写实现。

  • Merge On Read

使用列式文件格式（Parquet）和行式文件格式（Avro）混合的方式来存储数据。Merge On Read使用列式格式存放Base数据，同时使用行式格式存放增量数据。最新写入的增量数据存放至行式文件中，根据可配置的策略执行COMPACTION操作合并增量数据至列式文件中。

应用场景

  • 近实时数据摄取

Hudi支持插入、更新和删除数据的能力。可以实时摄取消息队列（Kafka）和日志服务SLS等日志数据至Hudi中，同时也支持实时同步数据库Binlog产生的变更数据。

Hudi优化了数据写入过程中产生的小文件。因此，相比其他传统的文件格式，Hudi对HDFS文件系统更加的友好。

  • 近实时数据分析

Hudi支持多种数据分析引擎，包括Hive、Spark、Presto和Impala。Hudi作为一种文件格式，不需要依赖额外的服务进程，在使用上也更加的轻量化。

  • 增量数据处理

Hudi支持Incremental Query查询类型，可以通过Spark Streaming查询给定COMMIT后发生变更的数据。Hudi提供了一种消费HDFS变化数据的能力，可以用来优化现有的系统架构。

2) Delta Lake

Delta Lake是Spark计算框架和存储系统之间带有Schema信息数据的存储中间层。它给Spark带来了三个最主要的功能：

第一，Delta Lake使得Spark能支持数据更新和删除功能；

第二，Delta Lake使得Spark能支持事务；

第三，支持数据版本管理，运行用户查询历史数据快照。

核心特性

  • ACID事务：为数据湖提供ACID事务，确保在多个数据管道并发读写数据时，数据能保持完整性。

  • 数据版本管理和时间旅行：提供了数据快照，使开发人员能够访问和还原早期版本的数据以进行审核、回滚或重现实验

  • 可伸缩的元数据管理：存储表或者文件的元数据信息，并且把元数据也作为数据处理，元数据与数据的对应关系存放在事务日志中；

  • 流和批统一处理：Delta中的表既有批量的，也有流式和sink的；

  • 数据操作审计：事务日志记录对数据所做的每个更改的详细信息，提供对更改的完整审计跟踪；

  • Schema管理功能：提供自动验证写入数据的Schema与表的Schema是否兼容的能力，并提供显示增加列和自动更新Schema的能力；

  • 数据表操作(类似于传统数据库的SQL)：合并、更新和删除等，提供完全兼容Spark的Java/scala API；

  • 统一格式：Delta中所有的数据和元数据都存储为Apache Parquet。

3) IceBerg

Iceberg官网定义：Iceberg是一个通用的表格式（数据组织格式），它可以适配Presto，Spark等引擎提供高性能的读写和元数据管理功能。

数据湖相比传统数仓而言，最明显的便是优秀的T+0能力，这个解决了Hadoop时代数据分析的顽疾。传统的数据处理流程从数据入库到数据处理通常需要一个较长的环节、涉及许多复杂的逻辑来保证数据的一致性，由于架构的复杂性使得整个流水线具有明显的延迟。

Iceberg 的 ACID 能力可以简化整个流水线的设计，降低整个流水线的延迟。降低数据修正的成本。传统 Hive/Spark 在修正数据时需要将数据读取出来，修改后再写入，有极大的修正成本。Iceberg 所具有的修改、删除能力能够有效地降低开销，提升效率。

  1. ACID能力，无缝贴合流批一体数据存储最后一块版图

随着flink等技术的不断发展，流批一体生态不断完善，但在流批一体数据存储方面一直是个空白，直到Iceberg等数据湖技术的出现，这片空白被慢慢填补。

Iceberg 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，这大大简化了 ETL；

Iceberg 提供了 upsert、merge into 能力，可以极大地缩小数据入库延迟；

  1. 统一数据存储，无缝衔接计算引擎和数据存储

Iceberg提供了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。批处理和流任务可以使用相同的存储模型，数据不再孤立；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。

Iceberg屏蔽了底层数据存储格式的差异，提供对于Parquet，ORC和Avro格式的支持。Iceberg起到了中间桥梁的能力，将上层引擎的能力传导到下层的存储格式。

  1. 开放架构设计，开发维护成本相对可控

Iceberg 的架构和实现并未绑定于某一特定引擎，它实现了通用的数据组织格式，利用此格式可以方便地与不同引擎对接，目前 Iceberg 支持的计算引擎有 Spark、Flink、Presto 以及 Hive。

相比于 Hudi、Delta Lake，Iceberg 的架构实现更为优雅，同时对于数据格式、类型系统有完备的定义和可进化的设计；面向对象存储的优化。Iceberg 在数据组织方式上充分考虑了对象存储的特性，避免耗时的 listing 和 rename 操作，使其在基于对象存储的数据湖架构适配上更有优势。

  1. 增量数据读取，实时计算的一把利剑

Iceberg 支持通过流式方式读取增量数据，支持 Structed Streaming 以及 Flink table Source。

11. 三大数据湖组件对比

1) 概览

Delta lake

由于Apache Spark在商业化上取得巨⼤成功，所以由其背后商业公司Databricks推出的Delta lake也显得格外亮眼。在没有delta数据湖之前，Databricks的客户⼀般会采⽤经典的lambda架构来构建他们的流批处理场景。

Hudi

Apache Hudi是由Uber的⼯程师为满⾜其内部数据分析的需求⽽设计的数据湖项⽬，它提供的fast upsert/delete以及compaction等功能可以说是精准命中⼴⼤⼈民群众的痛点，加上项⽬各成员积极地社区建设，包括技术细节分享、国内社区推⼴等等，也在逐步地吸引潜在⽤户的⽬光。

Iceberg

Netflix的数据湖原先是借助Hive来构建，但发现Hive在设计上的诸多缺陷之后，开始转为⾃研Iceberg，并最终演化成Apache下⼀个⾼度抽象通⽤的开源数据湖⽅案。

Apache Iceberg⽬前看则会显得相对平庸⼀些，简单说社区关注度暂时⽐不上delta，功能也不如Hudi丰富，但却是⼀个野⼼勃勃的项⽬，因为它具有⾼度抽象和⾮常优雅的设计，为成为⼀个通⽤的数据湖⽅案奠定了良好基础。

2) 共同点

三者均为Data Lake的数据存储中间层，其数据管理的功能均是基于⼀系列的meta⽂件。Meta⽂件的⾓⾊类似于数据库的catalog\wal，起到schema管理、事务管理和数据管理的功能。与数据库不同的是，这些meta⽂件是与数据⽂件⼀起存放在存储引擎中的，⽤户可以直接看到。这个做法直接继承了⼤数据分析中数据对⽤户可见的传统，但是⽆形中也增加了数据被不⼩⼼破坏的风险。⼀旦删了meta⽬录，表就被破坏了，恢复难度很⼤。

Meta包含有表的schema信息。因此系统可以⾃⼰掌握schema的变动，提供schema演化的⽀持。Meta⽂件也有transaction log的功能（需要⽂件系统有原⼦性和⼀致性的⽀持）。所有对表的变更都会⽣成⼀份新的meta⽂件，于是系统就有了ACID和多版本的⽀持，同时可以提供访问历史的功能。在这些⽅⾯，三者是相同的。

3) 关于Hudi

Hudi 的设计⽬标正如其名，Hadoop Upserts Deletes and Incrementals（原为 Hadoop Upserts anD Incrementals），强调了其主要⽀持Upserts、Deletes 和 Incremental 数据处理，其主要提供的写⼊⼯具是 Spark HudiDataSource API 和⾃⾝提供的 HoodieDeltaStreamer，均⽀持三种数据写⼊⽅式：UPSERT，INSERT 和 BULK_INSERT。其对 Delete 的⽀持也是通过写⼊时指定⼀定的选项⽀持的，并不⽀持纯粹的 delete 接⼝。

在查询⽅⾯，Hudi ⽀持 Hive、Spark、Presto。

在性能⽅⾯，Hudi 设计了 HoodieKey ，⼀个类似于主键的东西。对于查询性能，⼀般需求是根据查询谓词⽣成过滤条件下推⾄datasource。Hudi 这⽅⾯没怎么做⼯作，其性能完全基于引擎⾃带的谓词下推和 partition prune 功能。

Hudi 的另⼀⼤特⾊是⽀持 Copy On Write 和 Merge On Read。前者在写⼊时做数据的 merge，写⼊性能略差，但是读性能更⾼⼀些。后者读的时候做 merge，读性能差，但是写⼊数据会⽐较及时，因⽽后者可以提供近实时的数据分析能⼒。最后，Hudi 提供了⼀个名为run_sync_tool 的脚本同步数据的 schema 到 Hive 表。Hudi 还提供了⼀个命令⾏⼯具⽤于管理 Hudi 表。

4) 关于Iceberg

Iceberg 没有类似的 HoodieKey 设计，其不强调主键。没有主键，做 update/delete/merge 等操作就要通过 Join 来实现，⽽ Join 需要有⼀个类似 SQL 的执⾏引擎。

Iceberg 在查询性能⽅⾯做了⼤量的⼯作。值得⼀提的是它的 hidden partition 功能。Hidden partition 意思是说，对于⽤户输⼊的数据，⽤户可以选取其中某些列做适当的变换（Transform）形成⼀个新的列作为 partition 列。这个 partition 列仅仅为了将数据进⾏分区，并不直接体现在表的 schema中。

5) 关于Delta

Delta 的定位是流批⼀体的 Data Lake 存储层，⽀持 update/delete/merge。由于出⾃ Databricks，spark 的所有数据写⼊⽅式，包括基于dataframe 的批式、流式，以及 SQL 的 Insert、Insert Overwrite 等都是⽀持的（开源的 SQL 写暂不⽀持，EMR 做了⽀持）。不强调主键，因此其 update/delete/merge 的实现均是基于 spark 的 join 功能。在数据写⼊⽅⾯，Delta 与 Spark 是强绑定的，这⼀点 Hudi 是不同的：Hudi 的数据写⼊不绑定 Spark（可以⽤ Spark，也可以使⽤ Hudi ⾃⼰的写⼊⼯具写⼊）。

在查询⽅⾯，开源 Delta ⽬前⽀持 Spark 与 Presto，但是，Spark 是不可或缺的，因为 delta log 的处理需要⽤到 Spark。这意味着如果要⽤ Presto 查询 Delta，查询时还要跑⼀个 Spark 作业。更为难受的是，Presto 查询是基于 SymlinkTextInputFormat 。在查询之前，要运⾏ Spark 作业⽣成这么个 Symlink ⽂件。如果表数据是实时更新的，意味着每次在查询之前先要跑⼀个 SparkSQL，再跑 Presto。为此，EMR 在这⽅⾯做了改进可以不必事先启动⼀个 Spark 任务。

在查询性能⽅⾯，开源的 Delta ⼏乎没有任何优化。

Delta 在数据 merge ⽅⾯性能不如 Hudi，在查询⽅⾯性能不如 Iceberg，是不是意味着 Delta ⼀⽆是处了呢？其实不然。Delta 的⼀⼤优点就是与 Spark 的整合能⼒，尤其是其流批⼀体的设计，配合 multi-hop 的 data pipeline，可以⽀持分析、Machine learning、CDC 等多种场景。使⽤灵活、场景⽀持完善是它相⽐ Hudi 和 Iceberg 的最⼤优点。另外，Delta 号称是 Lambda 架构、Kappa 架构的改进版，⽆需关⼼流批，⽆需关⼼架构。这⼀点上 Hudi 和 Iceberg 是⼒所不及的。

6) 总结

三个引擎的初衷场景并不完全相同，Hudi 为了 incremental 的 upserts，Iceberg 定位于⾼性能的分析与可靠的数据管理，Delta 定位于流批⼀体的数据处理。这种场景的不同也造成了三者在设计上的差别。尤其是 Hudi，其设计与另外两个相⽐差别更为明显。因此后⾯是趋同还筑起各⾃专长优势壁垒未可知。

Delta、Hudi、Iceberg三个开源项⽬中，Delta和Hudi跟Spark的代码深度绑定，尤其是写⼊路径。这两个项⽬设计之初，都基本上把Spark作为他们的默认计算引擎了。⽽Apache Iceberg的⽅向⾮常坚定，宗旨就是要做⼀个通⽤化设计的Table Format。

它完美的解耦了计算引擎和底下的存储系统，便于多样化计算引擎和⽂件格式，很好的完成了数据湖架构中的Table Format这⼀层的实现，因此也更容易成为Table Format层的开源事实标准。

另⼀⽅⾯，Apache Iceberg也在朝着流批⼀体的数据存储层发展，manifest和snapshot的设计，有效地隔离不同transaction的变更，⾮常⽅便批处理和增量计算。并且，Apache Flink已经是⼀个流批⼀体的计算引擎，⼆者都可以完美匹配，合⼒打造流批⼀体的数据湖架构。

Apache Iceberg这个项⽬背后的社区资源⾮常丰富。在国外，Netflix、Apple、Linkedin、Adobe等公司都有PB级别的⽣产数据运⾏在Apache Iceberg上；在国内，腾讯这样的巨头也有⾮常庞⼤的数据跑在Apache Iceberg之上，最⼤的业务每天有⼏⼗T的增量数据写⼊。

必备SQL题

1. 第二高的薪水

编写一个 SQL 查询，获取 Employee 表中第二高的薪水（Salary） 。

+----+--------+
| Id | Salary |
+----+--------+
| 1  | 100    |
| 2  | 200    |
| 3  | 300    |
+----+--------+

例如上述 Employee 表，SQL查询应该返回 200 作为第二高的薪水。如果不存在第二高的薪水，那么查询应返回 null。

+---------------------+
| SecondHighestSalary |
+---------------------+
| 200                 |
+---------------------+

SELECT
    IFNULL(
      (SELECT DISTINCT Salary
       FROM Employee
       ORDER BY Salary DESC
        LIMIT 1 OFFSET 1),
    NULL) AS SecondHighestSalary

2. 分数排名

编写一个 SQL 查询来实现分数排名。

如果两个分数相同，则两个分数排名（Rank）相同。请注意，平分后的下一个名次应该是下一个连续的整数值。换句话说，名次之间不应该有“间隔”。

+----+-------+
| Id | Score |
+----+-------+
| 1  | 3.50  |
| 2  | 3.65  |
| 3  | 4.00  |
| 4  | 3.85  |
| 5  | 4.00  |
| 6  | 3.65  |
+----+-------+

例如，根据上述给定的 Scores 表，你的查询应该返回（按分数从高到低排列）：

+-------+------+
| Score | Rank |
+-------+------+
| 4.00  | 1    |
| 4.00  | 1    |
| 3.85  | 2    |
| 3.65  | 3    |
| 3.65  | 3    |
| 3.50  | 4    |
+-------+------+

select Score,
dense_rank() over(order by Score desc) `rank`
from Scores

3. 连续出现的数字

编写一个 SQL 查询，查找所有至少连续出现三次的数字。

+----+-----+
| Id | Num |
+----+-----+
| 1  |  1  |
| 2  |  1  |
| 3  |  1  |
| 4  |  2  |
| 5  |  1  |
| 6  |  2  |
| 7  |  2  |
+----+-----+

例如，给定上面的 Logs 表， 1 是唯一连续出现至少三次的数字。

+-----------------+
| ConsecutiveNums |
+-----------------+
| 1               |
+-----------------+

select distinct Num ConsecutiveNums
from 
(
select
Num,
lead(Num,1,null) over(order by id) n2,
lead(Num,2,null) over(order by id) n3
from Logs
)t1
where Num = n2 and Num = n3

因文章最多只能50000字，已达到上限，故文章做了删减操作。
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