Doris的分区Partition和分桶Bucket介绍

Doris数据库是一个分布式的列式存储数据库，它支持分区和分桶两种数据划分方式

分区：Doris数据库支持水平分区，即将数据按照某个字段的值进行分区，相同的值会被分配到同一个分区中。这种方式可以将数据均匀地分布到不同的节点上，提高查询效率和并行处理能力。
分桶：Doris数据库支持垂直分桶，即将同一行数据的不同列分别存储在不同的桶中。这种方式可以将经常一起查询的列存储在同一个桶中，提高查询效率。
节点负载均衡：Doris数据库可以将数据均匀地分布到不同的节点上，保证每个节点的负载均衡，提高系统的可扩展性和稳定性。
数据压缩：Doris数据库支持多种数据压缩算法，可以将数据在存储时进行压缩，减少存储空间，降低存储成本。
数据副本：Doris数据库支持数据副本，可以将数据复制到多个节点上，提高系统的容错能力和可用性。

Doris 支持两层的数据划分。第一层是 Partition，支持 Range 和 List 的划分方式。第二层是 Bucket（Tablet），仅支持 Hash 的划分方式。

Doris数据划分也可以仅使用一层分区。使用一层分区时，只支持 Bucket 划分

1. Partition - 分区

Partition 列可以指定一列或多列，分区列必须为 KEY 列。
不论分区列是什么类型，在写分区值时，都需要加双引号。
分区数量理论上没有上限。
当不使用 Partition 建表时，系统会自动生成一个和表名同名的，全值范围的 Partition。该 Partition 对用户不可见，并且不可删改。
创建分区时不可添加范围重叠的分区。

Partition，支持 Range 和 List

1.1 Range 分区使用介绍

Range分区是一种基于分区键对表进行分区的方式，分区键指的是表中的某一列，而Range则是指这个列的值的范围。使用Range分区，可以将数据按照列的值的范围进行划分，将数据分散到不同的节点上，以实现分布式存储和查询

分区列通常为时间列，以方便的管理新旧数据
Partition 支持通过 VALUES LESS THAN (...) 仅指定上界，系统会将前一个分区的上界作为该分区的下界，生成一个左闭右开的区间。也支持通过 VALUES [...) 指定上下界，生成一个左闭右开的区间
当不使用Partition建表时，系统会自动生成一个和表名同名的，全值范围的 Partition。该Partition对用户不可见，并且不可删改

官方示例介绍

1.1.1 建Range Partition测试表

-- Range Partition
use test_db;

CREATE TABLE IF NOT EXISTS test_db.example_range_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"
)
ENGINE=OLAP
AGGREGATE KEY(`user_id`, `date`, `city`, `age`, `sex`)
PARTITION BY RANGE(`date`)
(
    PARTITION `p201701` VALUES LESS THAN ("2017-02-01"),
    PARTITION `p201702` VALUES LESS THAN ("2017-03-01"),
    PARTITION `p201703` VALUES LESS THAN ("2017-04-01")
)
DISTRIBUTED BY HASH(`user_id`) BUCKETS 16
PROPERTIES
(
    "replication_num" = "3",
    "storage_medium" = "SSD",
    "storage_cooldown_time" = "2023-05-12 12:00:00"
);

如上 example_range_tbl 示例，当建表完成后，会自动生成如下3个分区：
p201701: [MIN_VALUE,  2017-02-01)
p201702: [2017-02-01, 2017-03-01)
p201703: [2017-03-01, 2017-04-01)

1.1.2 查看分区partition方式

MySQL [test_db]> show partitions from example_range_tbl;

1.1.3 向对应分区插入数据

insert into test_db.example_range_tbl values (10000,'2017-01-01','北京',20,0,'2017-01-01 06:00:00',20,10,10)

1.1.4 查询分区内数据

验证数据是否在对应分区内

MySQL [test_db]> SELECT user_id,date FROM example_range_tbl PARTITION `p201701`;
+---------+------------+
| user_id | date       |
+---------+------------+
| 10000   | 2017-01-01 |
+---------+------------+
1 row in set (0.01 sec)

MySQL [test_db]> SELECT user_id,date FROM example_range_tbl PARTITION `p201702`;
Empty set (0.01 sec)

MySQL [test_db]> SELECT user_id,date FROM example_range_tbl PARTITION `p201703`;
Empty set (0.00 sec)

1.1.5 测试插入无对应分区数据

MySQL [test_db]> insert into test_db.example_range_tbl values (20000,'2017-11-01','北京',20,0,'2017-11-01 06:00:00',20,10,10);
Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.04 sec)
{
   
   'label':'insert_1bb0bf5655344769-b3479bb93baa9a5a', 'status':'VISIBLE', 'txnId':'53'}

MySQL [test_db]> select user_id,date from example_range_tbl;
+---------+------------+
| user_id | date       |
+---------+------------+
| 10000   | 2017-01-01 |
+---------+------------+
1 row in set (0.01 sec)

插入的这条数据，‘2017-11-01’ 没有对应的分区, 插入不成功, 但不会抛出异常或错误。( 查询结果里没有新插入的这条数据 )

1.1.6 增加一个partition分区

alter table example_range_tbl add partition p201705 values less than ('2017-06-01');

当alter执行完成后，新的分区信息如下：

p201701: [MIN_VALUE,  2017-02-01)
p201702: [2017-02-01, 2017-03-01)
p201703: [2017-03-01, 2017-04-01)
p201705: [2017-04-01, 2017-06-01)

1.1.7 删除一个partition分区

alter table example_range_tbl drop partition p201703;

当alter执行完成后，新的分区信息如下：
p201701: [MIN_VALUE,  2017-02-01)
p201702: [2017-02-01, 2017-03-01)
p201705: [2017-04-01, 2017-06-01)

注意：

这时其他分区并不会发生变化, p201702和p201705之间就出现了一个空洞: [2017-03-01, 2017-04-01) 即如果导入的数据范围在这个空洞范围内，数据是无法导入的，虽然不会抛出异常或错误，但处于这个空洞区间的数据相当于抹去了。

1.1.8 Range多列分区

建表示例：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS test_db.example_range_tbl_more
(
    `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"
)
ENGINE=OLAP
AGGREGATE KEY(`user_id`, `date`, `city`, `age`, `sex`)
PARTITION BY RANGE(`date`, `user_id`)
(
    PARTITION `p201701_1000` VALUES LESS THAN ("2017-02-01", "1000"),
    PARTITION `p201702_2000` VALUES LESS THAN ("2017-03-01", "2000"),
    PARTITION `p201703_all`  VALUES LESS THAN ("2017-04-01")
)
DISTRIBUTED BY HASH(`user_id`) BUCKETS 16
PROPERTIES
(
    "replication_num" = "3",
    "storage_medium" = "SSD",
    "storage_cooldown_time" = "2023-05-12 12:00:00"
);

在以上示例中，我们指定 date(DATE 类型) 和 id(INT 类型) 作为分区列。以上示例最终得到的分区如下：
* p201701_1000:    [(MIN_VALUE,  MIN_VALUE), ("2017-02-01", "1000")   )
* p201702_2000:    [("2017-02-01", "1000"),  ("2017-03-01", "2000")   )
* p201703_all:     [("2017-03-01", "2000"),  ("2017-04-01", MIN_VALUE)) 

最后一个分区用户缺省只指定了 date 列的分区值，所以 id 列的分区值会默认填充 MIN_VALUE。当用户插入数据时，分区列值会按照顺序依次比较，最终得到对应的分区，举例如下：

* 数据  -->  分区
* 2017-01-01, 200     --> p201701_1000
* 2017-01-01, 2000    --> p201701_1000
* 2017-02-01, 100     --> p201701_1000
* 2017-02-01, 2000    --> p201702_2000
* 2017-02-15, 5000    --> p201702_2000
* 2017-03-01, 2000    --> p201703_all
* 2017-03-10, 1       --> p201703_all
* 2017-04-01, 1000    --> 无法导入
* 2017-05-01, 1000    --> 无法导入

1.2 List 分区使用介绍

分区列支持 BOOLEAN, TINYINT, SMALLINT, INT, BIGINT, LARGEINT, DATE, DATETIME, CHAR, VARCHAR 数据类型，分区值为枚举值。只有当数据为目标分区枚举值其中之一时，才可以命中分区。
Partition 支持通过 VALUES IN (…) 来指定每个分区包含的枚举值。

官方示例介绍

1.2.1 建List Partition测试表

-- List Partition

CREATE TABLE IF NOT EXISTS test_db.example_list_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) NOT NULL 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"
)
ENGINE=olap
AGGREGATE KEY(`user_id`, `date`, `city`, `age`, `sex`)
PARTITION BY LIST(`city`)
(
    PARTITION `p_cn` VALUES IN ("Beijing", "Shanghai", "Hong Kong"),
    PARTITION `p_usa` VALUES IN ("New York", "San Francisco"),
    PARTITION `p_jp` VALUES IN ("Tokyo")
)
DISTRIBUTED BY HASH(`user_id`) BUCKETS 16
PROPERTIES
(
    "replication_num" = "3",
    "storage_medium" = "SSD",
    "storage_cooldown_time" = "2023-05-12 12:00:00"
);

如上 example_list_tbl 示例，当建表完成后，会自动生成如下3个分区：
p_cn: ("Beijing", "Shanghai", "Hong Kong")
p_usa: ("New York", "San Francisco")
p_jp: ("Tokyo")

1.2.2 向对应分区插入数据

MySQL [test_db]> insert into test_db.example_list_tbl values (10000,'2017-01-01','Beijing',20,0,'2017-01-01 06:00:00',20,10,10);
Query OK, 1 row affected (0.04 sec)
{
   
   'label':'insert_92a0193c3d65454a-a9d71623490c05eb', 'status':'VISIBLE', 'txnId':'66'}

MySQL [test_db]> select user_id,date from example_list_tbl; 
+---------+------------+
| user_id | date       |
+---------+------------+
| 10000   | 2017-01-01 |
+---------+------------+
1 row in set (0.02 sec)

1.2.3 查询分区内数据

MySQL [test_db]> SELECT user_id,date FROM example_list_tbl PARTITION `p_cn`;
+---------+------------+
| user_id | date       |
+---------+------------+
| 10000   | 2017-01-01 |
+---------+------------+
1 row in set (0.01 sec)

MySQL [test_db]> SELECT user_id,date FROM example_list_tbl PARTITION `p_usa`;
Empty set (0.00 sec)

MySQL [test_db]> SELECT user_id,date FROM example_list_tbl PARTITION `p_jp`;
Empty set (0.00 sec)

这里和上方Range分区相同，不展开测试插入删除数据等操作

1.2.4 增加一个子分区

alter table example_list_tbl add partition p_uk values IN ("London");

当我们增加一个分区 p_uk VALUES IN (“London”)，分区结果如下：
p_cn: ("Beijing", "Shanghai", "Hong Kong")
p_usa: ("New York", "San Francisco")
p_jp: ("Tokyo")
p_uk: ("London")

2. Bucket - 分桶

分桶语法DISTRIBUTED BY HASH(user_id) BUCKETS 16
如果使用了 Partition，则 DISTRIBUTED ... 语句描述的是数据在各个分区内的划分规则。如果不使用 Partition，则描述的是对整个表的数据的划分规则
分桶列可以是多列，Aggregate 和 Unique 模型必须为 Key 列，Duplicate 模型可以是 key 列和 value 列。分桶列可以和 Partition 列相同或不同
分桶列的选择，是在 查询吞吐 和 查询并发 之间的一种权衡
- 如果选择多个分桶列，则数据分布更均匀。如果一个查询条件不包含所有分桶列的等值条件，那么该查询会触发所有分桶同时扫描，这样查询的吞吐会增加，单个查询的延迟随之降低。这个方式适合大吞吐低并发的查询场景
- 如果仅选择一个或少数分桶列，则对应的点查询可以仅触发一个分桶扫描。此时，当多个点查询并发时，这些查询有较大的概率分别触发不同的分桶扫描，各个查询之间的IO影响较小（尤其当不同桶分布在不同磁盘上时），所以这种方式适合高并发的点查询场景
Auto Bucket : 根据数据量，计算分桶数。对于分区表，可以根据历史分区的数据量、机器数、盘数，确定一个分桶
分桶的数量理论上没有上限

3. 官方关于 Partition 和 Bucket 的数量和数据量的建议

一个表的 Tablet 总数量等于 (Partition num * Bucket num)。
一个表的 Tablet 数量，在不考虑扩容的情况下，推荐略多于整个集群的磁盘数量。
单个 Tablet 的数据量理论上没有上下界，但建议在 1G - 10G 的范围内。如果单个 Tablet 数据量过小，则数据的聚合效果不佳，且元数据管理压力大。如果数据量过大，则不利于副本的迁移、补齐，且会增加 Schema Change 或者 Rollup 操作失败重试的代价（这些操作失败重试的粒度是 Tablet）。
当 Tablet 的数据量原则和数量原则冲突时，建议优先考虑数据量原则。
在建表时，每个分区的 Bucket 数量统一指定。但是在动态增加分区时（ADD PARTITION），可以单独指定新分区的 Bucket 数量。可以利用这个功能方便的应对数据缩小或膨胀。
一个 Partition 的 Bucket 数量一旦指定，不可更改。所以在确定 Bucket 数量时，需要预先考虑集群扩容的情况。比如当前只有 3 台 host，每台 host 有 1 块盘。如果 Bucket 的数量只设置为 3 或更小，那么后期即使再增加机器，也不能提高并发度。
举一些例子：假设在有10台BE，每台BE一块磁盘的情况下。如果一个表总大小为 500 MB，则可以考虑4-8个分片。5 GB： 8-16个分片。50 GB： 32个分片。500 GB：建议分区，每个分区大小在 50 GB 左右，每个分区16-32个分片。5 TB：建议分区，每个分区大小在 50 GB 左右，每个分区16-32个分片。

4. 复合分区与单分区

复合分区

第一级称为 Partition，即分区。用户可以指定某一维度列作为分区列（当前只支持整型和时间类型的列），并指定每个分区的取值范围。
第二级称为 Distribution，即分桶。用户可以指定一个或多个维度列以及桶数对数据进行 HASH 分布或者不指定分桶列设置成 Random Distribution 对数据进行随机分布。

以下场景推荐使用复合分区

有时间维度或类似带有有序值的维度，可以以这类维度列作为分区列。分区粒度可以根据导入频次、分区数据量等进行评估。
历史数据删除需求：如有删除历史数据的需求（比如仅保留最近N 天的数据）。使用复合分区，可以通过删除历史分区来达到目的。也可以通过在指定分区内发送 DELETE 语句进行数据删除。
解决数据倾斜问题：每个分区可以单独指定分桶数量。如按天分区，当每天的数据量差异很大时，可以通过指定分区的分桶数，合理划分不同分区的数据,分桶列建议选择区分度大的列。

用户也可以不使用复合分区，即使用单分区。则数据只做 HASH 分布。