Kylin 之Cube 构建优化

从之前章节的介绍可以知道，在没有采取任何优化措施的情况下，Kylin会对每一种维度的组合进行预计算，每种维度的组合的预计算结果被称为Cuboid。假设有4个维度，我们最终会有24 =16个Cuboid需要计算。

但在现实情况中，用户的维度数量一般远远大于4个。假设用户有10 个维度，那么没有经过任何优化的Cube就会存在210 =1024个Cuboid；而如果用户有20个维度，那么Cube中总共会存在220 =1048576个Cuboid。虽然每个Cuboid的大小存在很大的差异，但是单单想到Cuboid的数量就足以让人想象到这样的Cube对构建引擎、存储引擎来说压力有多么巨大。因此，在构建维度数量较多的Cube时，尤其要注意Cube的剪枝优化（即减少Cuboid的生成）。

1.找到问题Cube

1.1 检查Cuboid数量

Apache Kylin提供了一个简单的工具，供用户检查Cube中哪些Cuboid 最终被预计算了，我们称其为被物化（Materialized）的Cuboid。同时，这种方法还能给出每个Cuboid所占空间的估计值。由于该工具需要在对数据进行一定阶段的处理之后才能估算Cuboid的大小，因此一般来说只能在Cube构建完毕之后再使用该工具。目前关于这一点也是该工具的一大不足，由于同一个Cube的不同Segment之间仅是输入数据不同，模型信息和优化策略都是共享的，所以不同Segment中哪些Cuboid被物化哪些没有被物化都是一样的。因此只要Cube中至少有一个Segment，那么就能使用如下的命令行工具去检查这个Cube中的Cuboid状态：

bin/kylin.sh org.apache.kylin.engine.mr.common.CubeStatsReader CUBE_NAME
CUBE_NAME：想要查看的cube的名字

例如：

[luomk@hadoop102 kylin]$ bin/kylin.sh org.apache.kylin.engine.mr.common.CubeStatsReader FirstCube… …… …Statistics of FirstCube[FULL_BUILD]Cube statistics hll precision: 14Total cuboids: 7Total estimated rows: 51Total estimated size(MB): 3.027915954589844E-4
Sampling percentage:  100
Mapper overlap ratio: 1.0
Mapper number: 1
Length of dimension DEFAULT.EMP.JOB is 1
Length of dimension DEFAULT.EMP.MGR is 1
Length of dimension DEFAULT.EMP.DEPTNO is 1
|---- Cuboid 111, est row: 10, est MB: 0|---- Cuboid 011, est row: 9, est MB: 0, shrink: 90%|---- Cuboid 001, est row: 3, est MB: 0, shrink: 33.33%|---- Cuboid 010, est row: 7, est MB: 0, shrink: 77.78%|---- Cuboid 101, est row: 9, est MB: 0, shrink: 90%|---- Cuboid 100, est row: 5, est MB: 0, shrink: 55.56%
|---- Cuboid 110, est row: 8, est MB: 0, shrink: 80%

从分析结果的下半部分可以看到，所有的Cuboid及它的分析结果都以树状的形式打印了出来。在这棵树中，每个节点代表一个Cuboid，每个Cuboid都由一连串1或0的数字组成，如果数字为0，则代表这个Cuboid中不存在相应的维度；如果数字为1，则代表这个Cuboid中存在相应的维度。除了最顶端的Cuboid之外，每个Cuboid都有一个父亲Cuboid，且都比父亲Cuboid少了一个“1”。其意义是这个Cuboid就是由它的父亲节点减少一个维度聚合而来的（上卷）。最顶端的Cuboid称为Base Cuboid，它直接由源数据计算而来。

每行Cuboid的输出中除了0和1的数字串以外，后面还有每个Cuboid 的的行数与父亲节点的对比（Shrink值）。所有Cuboid行数的估计值之和应该等于Segment的行数估计值，每个Cuboid都是在它的父亲节点的基础上进一步聚合而成的，因此从理论上说每个Cuboid无论是行数还是大小都应该小于它的父亲。在这棵树中，我们可以观察每个节点的Shrink值，如果该值接近100%，则说明这个Cuboid虽然比它的父亲Cuboid少了一个维度，但是并没有比它的父亲Cuboid少很多行数据。换而言之，即使没有这个Cuboid，我们在查询时使用它的父亲Cuboid，也不会有太大的代价。那么我们就可以对这个Cuboid进行剪枝操作。

1.2 检查Cube大小

还有一种更为简单的方法可以帮助我们判断Cube是否已经足够优化。在Web GUI的Model页面选择一个READY状态的Cube，当我们把光标移到该Cube的Cube Size列时，Web GUI会提示Cube的源数据大小，以及当前Cube的大小除以源数据大小的比例，称为膨胀率（Expansion Rate），如图所示:

一般来说，Cube的膨胀率应该在0%~1000%之间，如果一个Cube的膨胀率超过1000%，那么Cube管理员应当开始挖掘其中的原因。通常，膨胀率高有以下几个方面的原因。

(1) Cube中的维度数量较多，且没有进行很好的Cuboid剪枝优化，导致Cuboid数量极多;

(2) Cube中存在较高基数的维度，导致包含这类维度的每一个Cuboid占用的空间都很大，这些Cuboid累积造成整体Cube体积变大;

(3) 存在比较占用空间的度量，例如Count Distinct，因此需要在Cuboid的每一行中都为其保存一个较大的寄存器，最坏的情况将会导致Cuboid中每一行都有数十KB，从而造成整个Cube的体积变大;

因此，对于Cube膨胀率居高不下的情况，管理员需要结合实际数据进行分析，可灵活地运用接下来介绍的优化方法对Cube进行优化。

2.优化构建

2.1 使用聚合组

聚合组（Aggregation Group）是一种强大的剪枝工具。聚合组假设一个Cube的所有维度均可以根据业务需求划分成若干组（当然也可以是一个组），由于同一个组内的维度更可能同时被同一个查询用到，因此会表现出更加紧密的内在关联。每个分组的维度集合均是Cube所有维度的一个子集，不同的分组各自拥有一套维度集合，它们可能与其他分组有相同的维度，也可能没有相同的维度。每个分组各自独立地根据自身的规则贡献出一批需要被物化的Cuboid，所有分组贡献的Cuboid的并集就成为了当前Cube中所有需要物化的Cuboid的集合。不同的分组有可能会贡献出相同的Cuboid，构建引擎会察觉到这点，并且保证每一个Cuboid无论在多少个分组中出现，它都只会被物化一次。

对于每个分组内部的维度，用户可以使用如下三种可选的方式定义，它们之间的关系，具体如下。

(1) 强制维度（Mandatory），如果一个维度被定义为强制维度，那么这个分组产生的所有Cuboid中每一个Cuboid都会包含该维度。每个分组中都可以有0个、1个或多个强制维度。如果根据这个分组的业务逻辑，则相关的查询一定会在过滤条件或分组条件中，因此可以在该分组中把该维度设置为强制维度。

(2) 层级维度（Hierarchy），每个层级包含两个或更多个维度。假设一个层级中包含D1，D2…Dn这n个维度，那么在该分组产生的任何Cuboid中，这n个维度只会以（），（D1），（D1，D2）…（D1，D2…Dn）这n+1种形式中的一种出现。每个分组中可以有0个、1个或多个层级，不同的层级之间不应当有共享的维度。如果根据这个分组的业务逻辑，则多个维度直接存在层级关系，因此可以在该分组中把这些维度设置为层级维度。

(3) 联合维度（Joint），每个联合中包含两个或更多个维度，如果某些列形成一个联合，那么在该分组产生的任何Cuboid中，这些联合维度要么一起出现，要么都不出现。每个分组中可以有0个或多个联合，但是不同的联合之间不应当有共享的维度（否则它们可以合并成一个联合）。如果根据这个分组的业务逻辑，多个维度在查询中总是同时出现，则可以在该分组中把这些维度设置为联合维度。

这些操作可以在Cube Designer的Advanced Setting中的Aggregation Groups区域完成，如下图所示。

聚合组的设计非常灵活，甚至可以用来描述一些极端的设计。假设我们的业务需求非常单一，只需要某些特定的Cuboid，那么可以创建多个聚合组，每个聚合组代表一个Cuboid。具体的方法是在聚合组中先包含某个Cuboid所需的所有维度，然后把这些维度都设置为强制维度。这样当前的聚合组就只能产生我们想要的那一个Cuboid了。

再比如，有的时候我们的Cube中有一些基数非常大的维度，如果不做特殊处理，它就会和其他的维度进行各种组合，从而产生一大堆包含它的Cuboid。包含高基数维度的Cuboid在行数和体积上往往非常庞大，这会导致整个Cube的膨胀率变大。如果根据业务需求知道这个高基数的维度只会与若干个维度（而不是所有维度）同时被查询到，那么就可以通过聚合组对这个高基数维度做一定的“隔离”。我们把这个高基数的维度放入一个单独的聚合组，再把所有可能会与这个高基数维度一起被查询到的其他维度也放进来。这样，这个高基数的维度就被“隔离”在一个聚合组中了，所有不会与它一起被查询到的维度都没有和它一起出现在任何一个分组中，因此也就不会有多余的Cuboid产生。这点也大大减少了包含该高基数维度的Cuboid的数量，可以有效地控制Cube的膨胀率。

2.2 并发粒度优化

当Segment中某一个Cuboid的大小超出一定的阈值时，系统会将该Cuboid的数据分片到多个分区中，以实现Cuboid数据读取的并行化，从而优化Cube的查询速度。具体的实现方式如下：构建引擎根据Segment估计的大小，以及参数“kylin.hbase.region.cut”的设置决定Segment在存储引擎中总共需要几个分区来存储，如果存储引擎是HBase，那么分区的数量就对应于HBase中的Region数量。kylin.hbase.region.cut的默认值是5.0，单位是GB，也就是说对于一个大小估计是50GB的Segment，构建引擎会给它分配10个分区。用户还可以通过设置kylin.hbase.region.count.min（默认为1）和kylin.hbase.region.count.max（默认为500）两个配置来决定每个Segment最少或最多被划分成多少个分区。

由于每个Cube的并发粒度控制不尽相同，因此建议在Cube Designer 的Configuration Overwrites（上图所示）中为每个Cube量身定制控制并发粒度的参数。假设将把当前Cube的kylin.hbase.region.count.min设置为2，kylin.hbase.region.count.max设置为100。这样无论Segment的大小如何变化，它的分区数量最小都不会低于2，最大都不会超过100。相应地，这个Segment背后的存储引擎（HBase）为了存储这个Segment，也不会使用小于两个或超过100个的分区。我们还调整了默认的kylin.hbase.region.cut，这样50GB的Segment基本上会被分配到50个分区，相比默认设置，我们的Cuboid可能最多会获得5倍的并发量。

2.3 Rowkey 的优化

编码

按维度分片

调整Rowkey顺序

2.4 其他优化

降低度量精度

及时清理无用的Segment

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