Apache Kylin 在携程的实践

在近期的 Apache Kylin Meetup 上，携程大数据资深研发工程师张巍分享了 Kylin 在携程的应用。本文为大家介绍携程当前的架构以及使用 Kylin 过程中的挑战与心得。

携程在 2016 年左右开始应用 Kylin 的解决方案。在 2018 年的 5、6 月份，我作为小白接手了 Kylin，逐渐琢磨、踩坑，折腾折腾就过来了。我将介绍 Kylin 在携程这一年的发展历程，碰到的挑战，以及解决的问题。

背景

1. 早期架构

下图是携程早期的 OLAP 结构，比较简单。有两个应用，一个是 BI 分析报表工具，另一个是自助分析的 Adhoc 平台，下层主要是 Hive，技术比较单一。Hive 是比较慢的运行引擎，但是很稳定。期间我们也使用过 Shark，但 Shark 维护成本比较高，所以后面也被替换掉了。文件存储用的是 HDFS。整个架构是比较简单的，搭建过程中成本也比较低。

早期架构的特点：一个字慢！ 两字很慢！三个字非常慢！！！

2. 技术选型

随着业务需求的多样化发展，我们团队引入了许多 OLAP 引擎，其中也包括了 Kylin。这里我们重点介绍下选择 Kylin 所考虑的几个方面：

百亿数据集支持：

首先对我们来说，海量数据的支持必不可少的。因为很多的用户向我们抱怨，由于携程早期都是采用微软的解决方案，几乎没办法支撑百亿级的数据分析，即便使用 Hive，也需要等待很长时间才能得到结果。

SQL 支持：

很多的分析人员之前使用的 SQL Server, 所以即使迁移到新的技术也希望能保留使用 SQL 的习惯。

亚秒级响应：

还有很多的用户反馈，他们需要更快的响应速度，Hive、Spark SQL 响应只能达到分钟级别，MPP 数据库像 Presto、ClickHouse 也只能做到秒级，毫秒级是很困难的。

高并发：

在一定的用户规模下，并发查询的场景非常普遍。仅仅通过扩容是非常消耗机器资源的，一定规模下维护成本也很高。而且，传统的 MPP 会随着并发度升高，性能出现急剧的下降。就拿 Presto 来说，一般单个查询消耗 10 s，如果同时压 100 个并发，就出不了结果。Kylin 在这一方面的表现好很多。

HBase 的技术储备：

携程有大量使用 HBase 的场景，在我们大数据团队中有精通 HBase 的开发人员，而 Kylin 的存储采用 HBase，所以运维起来我们会更得心应手。

离线多：

携程目前离线分析的场景比较多，Kylin 在离线分析场景下属于比较成熟的解决方案，所以我们选择了 Kylin。

当前架构

首先我们先看一下目前 Kylin 在携程的使用规模。

Cube 的数量现在稳定在 300 多个，覆盖 7 个业务线，其中最大的业务线是度假玩乐。目前单份数据存储总量是 56 T，考虑到 HDFS 三份拷贝，所以总存储量大约 182 T，数据规模达到 300 亿条左右。最大的 Cube 来自于火车票业务，一天最大的数据是 28 亿，一天次构建最大的结果集在 13 T 左右。查询次数比较固定，基本上是 20 万查询/天，通过 Kylin 的查询日志分析下来，90% 的查询可以达到 300 ms 左右。

下图是 OLAP 的架构图，在携程主打的 OLAP 采用 Spark、Presto 和 Kylin，Hive 慢慢被 Spark 给替代。Kylin 服务两个业务产品，一块是 Artnova BI 分析工具，还有其他的业务部门报表产品，也会接入 Kylin。存储层是 HBase、HDFS 等等。

这里顺便提到元数据的管理，目前正在做这块的开发，其中包含字段的血缘分析、表的特征分析，后期 Kylin 会根据分析的结果自动替用户构建 Cube。打个比方：某些表，用户频繁的访问，或者在维度很固定的情况下，Kylin 就会自动配置一个对应的 Cube。前端的报表自动就匹配了 Kylin 作为查询引擎，对用户来说，之前每次要 20 s 才能展示的报表，突然有一天只需要 500 ms 就可以展示了。

另外，我们计划将 Kylin 接入规则引擎，从而给数据产品提供统一的入口。并且提供查询自动降级等对用户友好的功能。

我们再看下 Kylin 部署图：

1. 两套集群

主要考虑到 MR 构建的性能。目前在大集群上跑 MR, 由于 Hadoop 在高峰时期持续到中午都非常繁忙，计算资源基本上是满负荷。一次 MR 任务的调度需要等待 20 秒左右才跑起来，对于准实时的构建性能影响非常大，很难满足用户的准实时数据落地的需求。虽然目前暂时把任务优先级别调高，但提升也是比较有限的。

2. 负载均衡

负载均衡是为了防止单机宕机对用户产生的影响，是出于稳定性的考虑。

3. 独立的 HBase + HDFS 查询集群

脱离线上大集群，单独构建 HBase + HDFS 集群, 可以大大减少其他因素对于查询性能的影响。

4. 共享的计算集群

在我们接收 Kylin 之前，整个 Kylin 的部署是 7 个业务线，7 个 Kylin 的 Instance，比方说火车票这个 Instance 只有 2 个 Cube，每天的查询量几百次。单个节点放在那里很多时间都是空闲的，浪费资源不说，维护成本也高。

为什么要读写分离？ 因为 Kylin 是典型的适用于一次写、多次查询的场景，对于查询，最好是其他不相关的干扰因素越少越好。在之前的构建和查询混杂在一起的情况下，查询性能受制于构建任务，互相制约，难以保证服务的稳定性。

监控

我们自己开发了一套 Kylin 集群的监控系统。

1. Kylin HBase 集群的监控，把握 HBase 的负载

这里我们说个故事。几个月前，Kylin 出现了一个很大的与 Kylin HBase 相关的问题。因为 HBase Master 进程和 ZooKeeper 失联了，然后 HMaster 两个都失联，全部挂了之后，整个 HBase Master 出现宕机状态。我们最后是通过上图的页面发现当时 HMaster 系统的 CPU 特别高，然后顺藤摸瓜，找出问题的根源。

2. 查询性能监控

可以更加实时地看到各个时段平均查询的响应速度，我们每次优化之后都能通过这个页面看到优化的效果是否明显。

3. 清理合并任务的运行状态监控告警

通过这套监控系统，我们可以实时把握 Kylin 的垃圾清理状态。Kylin 中数据垃圾的堆积是灾难性的, 如果不监控，积少成多的失败会导致灾难性的后果。

这里说个故事。之前由于合并清理任务没有及时地被监控，导致长时间的失败，我们都没有在意，后果是什么呢？HBase 的 Region 数量暴增到 5 万以上，导致 HBase 的压力特别大，最后无法支撑，从而挂机，这是个惨痛的代价。

经验分享

1. 维度组合优化

像度假部门，他们很多的场景需要 20、30 个维度。在这种场景下，我们需要确定强制维度。为什么使用强制维度？比方说：用户门票分析，有些维度是必需的，比如性别、姓名、身份证。通过优化其实可以将原先 30 个维度的场景减少到 14 个以内。

2. 高基字典

如果在 Kylin 上面配高基 dict，fact distinct 这个步骤就会对于高基的字典生成一个很大的如下 Sequence File，如果这个文件达到 700 MB，Hadoop 初始化 StreamBuffer 时就会抛出异常。

1.4G hdfs://ns/kylin/kylin_metadata/kylin-a2696e1c-1516-4ff1-800e-5f7b940d203a/C_PaymentCR_Flat_clone/fact_distinct_columns/V_OLAPPAY_CONVERTRATE_FLAT.SITE

异常详情与解决方法见这里。

3. MR 内存分配

精确去重时，Kylin 会做全局字典，在 MR 构建过程中，全局字典在 Kylin 里会被切分成很多 Slice，构建过程中这些 Slice 存放在缓存中。由于缓存需要控制大小，所以通过不停地换入换出，保证缓存的大小可控。由于每个数据其实都需要访问其中一个 Slice，我们遇到的问题是：因为内存太少，整个全局字典 Slice 换入换出太频繁，一条数据过来之后，找不到 Slice，会从 HDFS 中加载。整个过程非常缓慢，当我们把内存调高了一倍之后，构建速度明显改善。

4. 构建调度缓慢

Kylin 依赖 Scheduler 的实现去调度 Job 构建任务，在 Streaming 的构建场景下，会积累大量的历史 Job 信息。Scheduler 在每个步骤调度的间隔会去扫描 Job 历史，从而获取哪些 Job 需要继续被构建下去。在这个过程中，Scheduler 会一个一个 RPC 请求访问 HBase。如果 Job 历史超过 1 万个，1 万次 RPC 的请求耗时大概有 1 分钟左右，这样大大影响 Scheduler 的调度性能。我们这里通过缓存需要被调度的 Job 信息，减少了 99% 的无用的 HBase RPC 调用，从而提高了整体调度间隔消耗的时间。

5. Merge 上传无效字典

用过 Kylin 的人都知道，在 Kylin 构建过程中，有很多的 Segments 之后，要把它们 merge。Streaming 产生新 Segments 的频率很高，因此，可能 5 分钟就出现一个 Segment。一天里，一个 Cube 就可以产生 1440 个 Segments。在 merge 的过程中，即使 merge 两个 Segments，Kylin 也会上传 1440 个 Segments 的元信息。这块我们已经进行优化，并且成功合并到了 Kylin 2.6.0 之后的版本。

6. 数据安全

当我们迁移到统一的公用集群之后，我们要考虑数据安全，每一个用户仅仅对自己的 Cube 可见，所以我们在 Kylin 2.3.1 版本上，加了用户隔离的逻辑。对于用户来说，这样可以直接看到自己业务相关的 Cube。

7. 节点自动探知

去年，我们出现了一个事故。当时，凌晨一个查询节点出现岩机器宕机故障。由于 Kylin 配置中 kylin.rest.servers 指明了所有同步节点的 Host，导致即使出现一个节点宕机，同步请求依然会不停地发向这个节点，最后所有同步的线程被阻塞。读写分离的集群出现了灾难性的数据不同步情况。

我们的方案：引进了服务发现组建 ZooKeeper。

8. 独立 HBase 的 HA 模式

去年，我们 HBase NameNode 主备切换导致 Kylin 无法正常工作的问题。我们实现了通过 namespace 的方式来访问 HDFS，并将相关的改进提交到社区。

9. 设置 kylin.storage.hbase.max-region-count

控制 hbase.max-region-count 其实可以有效地控制生成 HFile 过程中对于 DataNode 的写压力。比如说：在 HDFS 集群比较有限的情况下，大量的 MR 写操作，会给 HDFS 系统带来很大的压力，减少这个值可以有效地控制 MR 写 HFile 的并发度，但也会影响构建性能，这个需要权衡。

案例分享

离线分析案例

携程之前使用的是 OpenTSDB+Hive。采用 Kylin 前，先从 Hive 先生成聚合表，然后导入 HBase，通过 OpenTSDB 去分析，现在积累了接近百亿的数据，随着数据的增长，老的方案已经无法满足业务需求了，而且同步数据成本高，OpenTSDB 没办法支持精准去重响应时间也很差。用了 Kylin 之后，现在的业务规模已经可以支撑上百亿了，目前已经配有 200 个左右的线上活跃的 Cube。

实时分析案例

这个是去年 3、4 月份用户提的新需求。Kylin 现在是上图所示的 Streaming-Cube 的架构，Kylin 接入的是携程的 Hermes，Hermes 是 Kafka 的一个封装。我们现在支持原生 Kafka 接入和 Hermes 接入，底层沿用 MR，因为我们测试过 Spark，其实很多的场景上和 MR 相当，效果不是特别明显。

这部分主要是用于度假预订状态告警，度假团队需要去分析用户预订的情况，准确实时地发送给客服人员任何预订失败等错误状况，所以这块对于数据构建落地的时间敏感度比较高。目前，通过一系列优化，Streaming 的构建基本保持在 5 分钟左右，可以满足一部分业务的需求。但是，更大的挑战是达到一分钟以内，也就是说秒级构建，所以对于我们来说 Streaming-realtime 会是一个值得尝试的方向。

展望

携程针对 Kylin 主要有两方面的展望。

1. 支持自动构建 Cube

这块我们目前在调研，通过分析应用采集的元数据、SQL 特征，可以自动地为用户构建 Cube，为用户节约 Kylin 的学习成本，同时减少重复查询对于 MPP 的压力。

2. Real-time Streaming 的调研和落地

为了能够更加丰富 Kylin 的使用场景，我们打算对 eBay 为 Kylin 贡献的实时流处理技术做进一步调研和落地工作。

Q&A

Q：演讲中提到的构建的 Cube 有 20 个指标，这种情况下去重，是精准去重还是近似去重？有多少个指标呢？

A：用户配的是精确。精确去重指标不会太多。

Q：演讲中提到 20 个维度的响应时间是亚秒级，有 20 个维度。请问你们做了哪些优化的工作来达到如此快的响应时间？

A：我们构建的时候，对于这种维度多的情况，建议当用户采取了以下 3 种措施来优化查询：

§ 使用 Mandatory Dimension；

§ 实现分布式缓存；

§ 配置高基维度的时候，会建议他们把高基维度往前移，这样会更高效地命中 Cube，并减小扫描的数据范围）。

Q：配了 20 个维度，最终产生的 Cube 单日有多大？

A：最大的 Cube 日产生 13 T 的数据。

Q：刚刚提到的监控方案是你们自主研发的，还是有开源的方案可以用？

A：监控是我们自主研发的。我们接入了公司已经成熟的监控平台，避免反复造轮子。

Q：分享里提到的实时 5 分钟构建一次，我理解是采用批操作，并不是真正的流，而是把流几分钟拆成一个批次。是吗？

A：对的。

Q：前面讲到底层用的 MR，没用 Spark，因为觉得时间上并没有什么节省。这个是 Spark 本身的原因，还是因为你们的任务还不是很大的量？因为每次 Spark 启任务的时间和 MR 相比有差别？

A：离线这块目前可以达到要求，所以还没有转成 Spark。我们在实时这块用 Spark 的过程中，就是像你说的，每次提交任务就很慢，达不到要求。

Q：是因为频繁提交的问题？不是因为它本身？

A：对，不是因为它本身。我们也在调研如何避免每个构建过程都启动一次 driver。

Q：在我之前的应用场景里，有一个维度特别的高基维，每天增量就很大，我们查询机制里这个维度是必选的。比如说是人的工号，里面放了很多人，然后我们要去预计算，如果说这个维度非常高，数据量会非常大，这种情况下你们会采取什么办法呢？

A：高基字段可以设置下 shard by。

Q：携程每天预计算的集群大概是有多大？

A：离线集群是 2 台物理机，每台 100 多 G 的物理机，查询节点放了 4 台虚机。实时这块，因为用户量目前不多，所以都是建在虚机上，所以内存也不大。

Q：在维度特别大，数据量又很大的情况下，剪枝的话，Cuboid 大概会控制在多少？

A：维度特别大的情况，我们最多是 4096 个 Cuboid。