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架構(gòu)和設(shè)計(jì)的對(duì)比
查詢對(duì)比實(shí)戰(zhàn)
總結(jié)

Elasticsearch 是一個(gè)實(shí)時(shí)的分布式搜索分析引擎，它的底層是構(gòu)建在Lucene之上的。簡(jiǎn)單來說是通過擴(kuò)展Lucene的搜索能力，使其具有分布式的功能。ES通常會(huì)和其它兩個(gè)開源組件logstash（日志采集）和Kibana（儀表盤）一起提供端到端的日志/搜索分析的功能，常常被簡(jiǎn)稱為ELK。

Clickhouse是俄羅斯搜索巨頭Yandex開發(fā)的面向列式存儲(chǔ)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。ClickHouse是過去兩年中OLAP領(lǐng)域中最熱門的，并于2016年開源。

ES是最為流行的大數(shù)據(jù)日志和搜索解決方案，但是近幾年來，它的江湖地位受到了一些挑戰(zhàn)，許多公司已經(jīng)開始把自己的日志解決方案從ES遷移到了Clickhouse，這里就包括：攜程，快手等公司。

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架構(gòu)和設(shè)計(jì)的對(duì)比

ES的底層是Lucenc，主要是要解決搜索的問題。搜索是大數(shù)據(jù)領(lǐng)域要解決的一個(gè)常見的問題，就是在海量的數(shù)據(jù)量要如何按照條件找到需要的數(shù)據(jù)。搜索的核心技術(shù)是倒排索引和布隆過濾器。ES通過分布式技術(shù)，利用分片與副本機(jī)制，直接解決了集群下搜索性能與高可用的問題。

圖片

ElasticSearch是為分布式設(shè)計(jì)的，有很好的擴(kuò)展性，在一個(gè)典型的分布式配置中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（node）可以配制成不同的角色，如下圖所示：

Client Node，負(fù)責(zé)API和數(shù)據(jù)的訪問的節(jié)點(diǎn)，不存儲(chǔ)／處理數(shù)據(jù)
Data Node，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和索引
Master Node，管理節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)Cluster中的節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)，不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖片

ClickHouse是基于MPP架構(gòu)的分布式ROLAP（關(guān)系OLAP）分析引擎。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有同等的責(zé)任，并負(fù)責(zé)部分?jǐn)?shù)據(jù)處理（不共享任何內(nèi)容）。ClickHouse 是一個(gè)真正的列式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS)。在 ClickHouse 中，數(shù)據(jù)始終是按列存儲(chǔ)的，包括矢量（向量或列塊）執(zhí)行的過程。讓查詢變得更快，最簡(jiǎn)單且有效的方法是減少數(shù)據(jù)掃描范圍和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的大小，而列式存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)壓縮就可以幫助實(shí)現(xiàn)上述兩點(diǎn)。Clickhouse同時(shí)使用了日志合并樹，稀疏索引和CPU功能（如SIMD單指令多數(shù)據(jù)）充分發(fā)揮了硬件優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)高效的計(jì)算。Clickhouse 使用Zookeeper進(jìn)行分布式節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)。

圖片

為了支持搜索，Clickhouse同樣支持布隆過濾器。

查詢對(duì)比實(shí)戰(zhàn)

為了對(duì)比ES和Clickhouse的基本查詢能力的差異，我寫了一些代碼（https://github.com/gangtao/esvsch）來驗(yàn)證。

這個(gè)測(cè)試的架構(gòu)如下：

圖片

架構(gòu)主要有四個(gè)部分組成：

ES stack ES stack有一個(gè)單節(jié)點(diǎn)的Elastic的容器和一個(gè)Kibana容器組成，Elastic是被測(cè)目標(biāo)之一，Kibana作為驗(yàn)證和輔助工具。部署代碼如下：

version: '3.7'

services:
  elasticsearch:
    image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.4.0
    container_name: elasticsearch
    environment:
      - xpack.security.enabled=false
      - discovery.type=single-node
    ulimits:
      memlock:
        soft: -1
        hard: -1
      nofile:
        soft: 65536
        hard: 65536
    cap_add:
      - IPC_LOCK
    volumes:
      - elasticsearch-data:/usr/share/elasticsearch/data
    ports:
      - 9200:9200
      - 9300:9300
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: '4'
          memory: 4096M
        reservations:
          memory: 4096M

  kibana:
    container_name: kibana
    image: docker.elastic.co/kibana/kibana:7.4.0
    environment:
      - ELASTICSEARCH_HOSTS=http://elasticsearch:9200
    ports:
      - 5601:5601
    depends_on:
      - elasticsearch

volumes:
  elasticsearch-data:
    driver: local

Clickhouse stack Clickhouse stack有一個(gè)單節(jié)點(diǎn)的Clickhouse服務(wù)容器和一個(gè)TabixUI作為Clickhouse的客戶端。部署代碼如下：

version: "3.7"
services:
  clickhouse:
    container_name: clickhouse
    image: yandex/clickhouse-server
    volumes:
      - ./data/config:/var/lib/clickhouse
    ports:
      - "8123:8123"
      - "9000:9000"
      - "9009:9009"
      - "9004:9004"
    ulimits:
      nproc: 65535
      nofile:
        soft: 262144
        hard: 262144
    healthcheck:
      test: ["CMD", "wget", "--spider", "-q", "localhost:8123/ping"]
      interval: 30s
      timeout: 5s
      retries: 3
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: '4'
          memory: 4096M
        reservations:
          memory: 4096M

  tabixui:
    container_name: tabixui
    image: spoonest/clickhouse-tabix-web-client
    environment:
      - CH_NAME=dev
      - CH_HOST=127.0.0.1:8123
      - CH_LOGIN=default
    ports:
      - "18080:80"
    depends_on:
      - clickhouse
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: '0.1'
          memory: 128M
        reservations:
          memory: 128M

數(shù)據(jù)導(dǎo)入 stack 數(shù)據(jù)導(dǎo)入部分使用了Vector.dev開發(fā)的vector，該工具和fluentd類似，都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管道式的靈活的數(shù)據(jù)導(dǎo)入。
測(cè)試控制 stack 測(cè)試控制我使用了Jupyter，使用了ES和Clickhouse的Python SDK來進(jìn)行查詢的測(cè)試。

用Docker compose啟動(dòng)ES和Clickhouse的stack后，我們需要導(dǎo)入數(shù)據(jù)，我們利用Vector的generator功能，生成syslog，并同時(shí)導(dǎo)入ES和Clickhouse，在這之前，我們需要在Clickhouse上創(chuàng)建表。ES的索引沒有固定模式，所以不需要事先創(chuàng)建索引。

創(chuàng)建表的代碼如下：

CREATE TABLE default.syslog(
    application String,
    hostname String,
    message String,
    mid String,
    pid String,
    priority Int16,
    raw String,
    timestamp DateTime('UTC'),
    version Int16
) ENGINE = MergeTree()
    PARTITION BY toYYYYMMDD(timestamp)
    ORDER BY timestamp
    TTL timestamp + toIntervalMonth(1);

創(chuàng)建好表之后，我們就可以啟動(dòng)vector，向兩個(gè)stack寫入數(shù)據(jù)了。vector的數(shù)據(jù)流水線的定義如下：

[sources.in]
  type = "generator"
  format = "syslog"
  interval = 0.01
  count = 100000

[transforms.clone_message]
  type = "add_fields"
  inputs = ["in"]
  fields.raw = "{{ message }}"

[transforms.parser]
  # General
  type = "regex_parser"
  inputs = ["clone_message"]
  field = "message" # optional, default
  patterns = ['^<(?P<priority>\d*)>(?P<version>\d) (?P<timestamp>\d{4}-\d{2}-\d{2}T\d{2}:\d{2}:\d{2}\.\d{3}Z) (?P<hostname>\w+\.\w+) (?P<application>\w+) (?P<pid>\d+) (?P<mid>ID\d+) - (?P<message>.*)$']

[transforms.coercer]
  type = "coercer"
  inputs = ["parser"]
  types.timestamp = "timestamp"
  types.version = "int"
  types.priority = "int"

[sinks.out_console]
  # General
  type = "console"
  inputs = ["coercer"]
  target = "stdout"

  # Encoding
  encoding.codec = "json"


[sinks.out_clickhouse]
  host = "http://host.docker.internal:8123"
  inputs = ["coercer"]
  table = "syslog"
  type = "clickhouse"

  encoding.only_fields = ["application", "hostname", "message", "mid", "pid", "priority", "raw", "timestamp", "version"]
  encoding.timestamp_format = "unix"

[sinks.out_es]
  # General
  type = "elasticsearch"
  inputs = ["coercer"]
  compression = "none"
  endpoint = "http://host.docker.internal:9200"
  index = "syslog-%F"

  # Encoding

  # Healthcheck
  healthcheck.enabled = true

這里簡(jiǎn)單介紹一下這個(gè)流水線：

http://source.in 生成syslog的模擬數(shù)據(jù)，生成10w條，生成間隔和0.01秒
transforms.clone_message 把原始消息復(fù)制一份，這樣抽取的信息同時(shí)可以保留原始消息
transforms.parser 使用正則表達(dá)式，按照syslog的定義，抽取出application，hostname，message ，mid ，pid ，priority ，timestamp ，version 這幾個(gè)字段
transforms.coercer 數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化
sinks.out_console 把生成的數(shù)據(jù)打印到控制臺(tái)，供開發(fā)調(diào)試
sinks.out_clickhouse 把生成的數(shù)據(jù)發(fā)送到Clickhouse
sinks.out_es 把生成的數(shù)據(jù)發(fā)送到ES

運(yùn)行Docker命令，執(zhí)行該流水線：

docker run \
  -v $(mkfile_path)/vector.toml:/etc/vector/vector.toml:ro \
  -p 18383:8383 \
  timberio/vector:nightly-alpine

數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，我們針對(duì)一下的查詢來做一個(gè)對(duì)比。ES使用自己的查詢語言來進(jìn)行查詢，Clickhouse支持SQL，我簡(jiǎn)單測(cè)試了一些常見的查詢，并對(duì)它們的功能和性能做一些比較。

返回所有的記錄



# ES
{
  "query":{
    "match_all":{}
  }
}

# Clickhouse
"SELECT * FROM syslog"

匹配單個(gè)字段

# ES
{
  "query":{
    "match":{
      "hostname":"for.org"
    }
  }
}

# Clickhouse
"SELECT * FROM syslog WHERE hostname='for.org'"

匹配多個(gè)字段

# ES
{
  "query":{
    "multi_match":{
      "query":"up.com ahmadajmi",
        "fields":[
          "hostname",
          "application"
        ]
    }
  }
}

# Clickhouse、
"SELECT * FROM syslog WHERE hostname='for.org' OR application='ahmadajmi'"

單詞查找，查找包含特定單詞的字段

# ES
{
  "query":{
    "term":{
      "message":"pretty"
    }
  }
}

# Clickhouse
"SELECT * FROM syslog WHERE lowerUTF8(raw) LIKE '%pretty%'"

范圍查詢，查找版本大于2的記錄

# ES
{
  "query":{
    "range":{
      "version":{
        "gte":2
      }
    }
  }
}

# Clickhouse
"SELECT * FROM syslog WHERE version >= 2"

查找到存在某字段的記錄 ES是文檔類型的數(shù)據(jù)庫(kù)，每一個(gè)文檔的模式不固定，所以會(huì)存在某字段不存在的情況；而Clickhouse對(duì)應(yīng)為字段為空值

# ES
{
  "query":{
    "exists":{
      "field":"application"
    }
  }
}

# Clickhouse
"SELECT * FROM syslog WHERE application is not NULL"

正則表達(dá)式查詢，查詢匹配某個(gè)正則表達(dá)式的數(shù)據(jù)

# ES
{
  "query":{
    "regexp":{
      "hostname":{
        "value":"up.*",
          "flags":"ALL",
            "max_determinized_states":10000,
              "rewrite":"constant_score"
      }
    }
  }
}

# Clickhouse
"SELECT * FROM syslog WHERE match(hostname, 'up.*')"

聚合計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)某個(gè)字段出現(xiàn)的次數(shù)

# ES
{
  "aggs":{
    "version_count":{
      "value_count":{
        "field":"version"
      }
    }
  }
}

# Clickhouse
"SELECT count(version) FROM syslog"

聚合不重復(fù)的值，查找所有不重復(fù)的字段的個(gè)數(shù)

# ES
{
  "aggs":{
    "my-agg-name":{
      "cardinality":{
        "field":"priority"
      }
    }
  }
}

# Clickhouse
"SELECT count(distinct(priority)) FROM syslog "

我用Python的SDK，對(duì)上述的查詢?cè)趦蓚€(gè)Stack上各跑10次，然后統(tǒng)計(jì)查詢的性能結(jié)果。

我們畫出出所有的查詢的響應(yīng)時(shí)間的分布：

圖片

總查詢時(shí)間的對(duì)比如下：

圖片

通過測(cè)試數(shù)據(jù)我們可以看出Clickhouse在大部分的查詢的性能上都明顯要優(yōu)于Elastic。在正則查詢（Regex query）和單詞查詢（Term query）等搜索常見的場(chǎng)景下，也并不遜色。

在聚合場(chǎng)景下，Clickhouse表現(xiàn)異常優(yōu)秀，充分發(fā)揮了列村引擎的優(yōu)勢(shì)。

注意，我的測(cè)試并沒有任何優(yōu)化，對(duì)于Clickhouse也沒有打開布隆過濾器。可見Clickhouse確實(shí)是一款非常優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以用于某些搜索的場(chǎng)景。當(dāng)然ES還支持非常豐富的查詢功能，這里只有一些非常基本的查詢，有些查詢可能存在無法用SQL表達(dá)的情況。

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總結(jié)

本文通過對(duì)于一些基本查詢的測(cè)試，對(duì)比了Clickhouse 和Elasticsearch的功能和性能，測(cè)試結(jié)果表明，Clickhouse在這些基本場(chǎng)景表現(xiàn)非常優(yōu)秀，性能優(yōu)于ES，這也解釋了為什么用很多的公司應(yīng)從ES切換到Clickhouse之上。

來源：zhuanlan.zhihu.com/p/353296392

ES 和 Clickhouse 查詢能力對(duì)比，實(shí)踐結(jié)果根本料不到

架構(gòu)和設(shè)計(jì)的對(duì)比

查詢對(duì)比實(shí)戰(zhàn)

總結(jié)