2020-02-12
时序数据库 Apache-IoTDB 源码解析之文件数据块(四

SpringBoot图文教程「概念 案例 思维导图」「基础篇上」

上一章聊到行式存储、列式存储的基本概念,并介绍了 TsFile 是如何存储数据以及基本概念。详情请见:

时序数据库 Apache-IoTDB 源码解析之文件格式简介(三)

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这一章主要想聊一聊:

  1. TsFile的文件概览
  2. TsFile的数据块

TsFile文件概览

一个完整的 TsFile 是由图中的几大块组成,图中的数据块与索引块之间使用 1 个字节的分隔符 2 来进行分隔,这个分隔符的意义是当 TsFile 损坏的时候,顺序扫描 TsFile 时,依然可以判断下一个是 MetaData 是什么东西。

1. 识别符(Magic)

现在各种软件五花八门,很多软件都拥有自己的文件格式用来存储数据内容,但当硬盘上文件非常多的时候如何有效的识别是否为自己的文件,确认可以打开呢?经常用 windows 系统的朋友可能会想到用扩展名,但假如文件名丢失了,那我们如何知道这个文件是不是能被程序正确访问呢?

这时候通常会使用一个独有的字符填充在文件开头和结尾,这样程序只要访问 1 个固定长度的字符就知道这个文件是不是自己能正常访问的文件了,当然,TsFile 作为一个数据库文件,肯定需要在这个识别符上精心打造一番,它看起来是这样:

   (decimal) 84 115 70 105 108 101 (hex) 54 73 46 69 6c 65 (ASCII) T s F i l e 

非常 cool 。

2.文件版本(Version)

再精妙的设计也难免产生一些问题,那么就需要升级,那么文件内容也一样,有时候当你的改动特别大了,就会出现完全不兼容的两个版本,这个很好理解不过多解释。TsFile 中采用了 6 个字节来保存文件版本信息,当前 0.9.x 版本看起来就是这样:

   (decimal) 48 48 48 48 48 50 (hex) 30 30 30 30 30 32 (ASCII) 0 0 0 0 0 2 

3.数据块

3.1 ChunkGroup

文件的数据块中包含了多个 ChunkGroup ,其中 ChunkGroup 的概念已经在上一章聊过,它代表了设备(逻辑概念上的一个集合)一段时间内的数据,在 IoTDB 中称为 Device。

在实际的文件中,ChunkGroup是由多个 Chunk 和一个 ChunkGroupFooter 组成。其中最后一个 Chunk 的结尾和 ChunkGroupFooter 之间使用 1 个字节的分隔符 0 来做区分,ChunkGroupFooter 没有什么具体作用,不做详细解释。

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3.2 Chunk

一个 ChunkGroup 中包含了多个 Chunk,它代表了测点数据(逻辑概念上的某一类数据的集合,如体温数据),在 IoTDB 中称为 Measurement。

在实际文件中 Chunk 是由 ChunkHeader 和多个 Page 组成,并被 1 个字节的分隔符 1 包裹。ChunkHeader中主要保存了当前 Chunk 的数据类型、压缩方式、编码方式、包含的 Pages 占用的字节数等信息。

3.3 Page

一个 Chunk 中包含多个 Page,它是一个数据组织方式,数据大小被限制在 64K 左右。

在实际文件中由 PageHeader 和 PageData 组成。其中 PageHeader 里主要保存了,当前 page 里的一些预聚合信息,包含了最大值、最小值、开始时间、结束时间等。他的存在是非常有意义的,因为当某些特定场景的读时候,不必要解开 page 的数据就能够得到结果,比如说 selece 体温 from 王五 where time > 1580950800 , 当读到 PageHeader 的时候,找到 startTime 和 endTime 就能判断是否可以使用当前 page。 这个聚合信息的结构同样出现在索引块中,下一章再具体聊这个聚合结构。

3.4 PageData

一个 Page 中包含了一个 PageData,里面有两个数组:时间数组和值数组,且这两个数组的下标是对齐的,也就是时间数组中的第一个对应值数组中的第一个。举个例子:

timeArray: [1,2,3,4] valueArray: ['a', 'b', 'c', 'd'] 

在page中就是这样保存的数据,其中 1 代表了时间 1970-01-01 08:00:00 后的 1 毫秒,对应的值就是 'a'。

数据块展示

我们继续使用上一章聊到的示例数据来展示真正的TsFile中是如何保存的。

时间戳 人名 体温 心率
1580950800 王五 36.7 100
1580950911 王五 36.6 90

当数据被写入 TsFile 中,大概就是下面一个展示的情况,这里省略了索引部分。

            POSITION| CONTENT -------- ------- 0| [magic head] TsFile 6| [version number] 000002 // 因为 6个字节的magic   6个字节的 version 所以 chunkGroup 从 12 开始 ||||||||||||||||||||| [Chunk Group] of wangwu begins at pos 12, ends at pos 253, version:0, num of Chunks:2 // 这里展示的是 ChunkHeader 中保存的信息 12| [Chunk] of xinlv, numOfPoints:1, time range:[1580950800,1580950800], tsDataType:INT32, [minValue:100,maxValue:100,firstValue:100,lastValue:100,sumValue:100.0] | [marker] 1 // chunk 的真正开始是从这个分隔符 1 开始的 | [ChunkHeader] // header 的数据在上面展示了 | 1 pages //这里保存的具体数据 | time:1580950800; value:100 // 下一个 chunk 121| [Chunk] of tiwen, numOfPoints:1, time range:[1580950800,1580950800], tsDataType:FLOAT, [minValue:36.7,maxValue:36.7,firstValue:36.7,lastValue:36.7,sumValue:36.70000076293945] | [marker] 1 | [ChunkHeader] | 1 pages | time:1580950800; value:36.7 230| [Chunk Group Footer] | [marker] 0 // chunkFooter 和 chunk 使用 0 作为分隔 | [deviceID] wangwu | [dataSize] 218 | [num of chunks] 2 ||||||||||||||||||||| [Chunk Group] of wangwu ends 

回想我们的查询语句 select 体温 from 王五 , 当经历过索引之后会得到 offset 的值等于 121 ,这时候我们只需要调用reader.seek(121),从这里开始就是所有体温数据的开始点,从这里一直读到 230 的 ChunkGroupFooter 结构的时候,就可以返回给用户数据了。

有兴趣自己实验的朋友可以,引入 TsFile 的包,自行实验,下面给出测试代码:

<dependency> <groupId>org.apache.iotdb</groupId> <artifactId>tsfile</artifactId> <version>0.9.1</version> </dependency> 
public static void main(String[] args) throws IOException, WriteProcessException { MeasurementSchema chunk1 = new MeasurementSchema("tiwen", TSDataType.FLOAT, TSEncoding.PLAIN); MeasurementSchema chunk2 = new MeasurementSchema("xinlv", TSDataType.INT32, TSEncoding.PLAIN); Schema chunks = new Schema(); chunks.registerMeasurement(chunk1); chunks.registerMeasurement(chunk2); TsFileWriter writer = new TsFileWriter(new File("test"), chunks); RowBatch chunkGroup = chunks.createRowBatch("wangwu"); long[] timestamps = chunkGroup.timestamps; Object[] values = chunkGroup.values; timestamps[0] = 1580950800; float[] tiwen = (float[]) values[0]; int[] xinlv = (int[]) values[1]; // 写入王五的体温 tiwen[0] = 36.7f; //写入王五的心率 xinlv[0] = 100; chunkGroup.batchSize  ; timestamps[1] = 1580950800; // 写入第二条王五的体温 tiwen[1] = 36.6f; //写入第二条王五的心率 xinlv[1] = 90; chunkGroup.batchSize  ; writer.write(chunkGroup); writer.close(); } 

执行完成之后你可以使用 IoTDB 中的 TsFileSketchTool 来查看文件结构,得到文中示例的展示结果;或者使用 od 等工具查看,祝玩儿的开心。IoTDB 0.9.1 版本下载

这一章聊到了 TsFile 分为了 数据块 和 索引块,并且介绍了数据块的具体组成部分和查询逻辑。那么索引块是什么结构,怎样完成了在大量混杂的数据中搜索到的想要的数据,请持续关注。

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