阿里巴巴大数据实践(一) - 数据技术

阿里的onedata总体架构分为四层,从底层的数据采集层,到数据计算层、数据服务层再到上面的数据应用层。
数据日志采集是包括web端采集和app日志采集,通过日志文件到消息中间件 也就是日志中心;
数据库采集直接通过数据库同步工具提取数据库的数据,也就是数据同步中心;
数据计算层包括了离线计算和实时分析量大功能模块和上下衔接,当然最重要的是数据中心,包括数据管理、数据架构、构建方法和工具平台组成,ODS操作数据、DWD(公共明细)、DWS(公共汇总)、ADS(应用数据)。数据计算层将计算结果提供给数据服务层;
数据服务层将数据存储在MySQL和HBASE等库里,再继续封装到数据服务和基础工具层,然后给上层应用层。
数据应用层包括对内、对平台、对商家、对公众等的应用;

日志采集

浏览器日志采集

浏览器日志采集包括页面加载信息采集和页面交互日志采集
目前所有互联网产品的两大基本指标:页面浏览量( Page View, PV)和访客数( Unique Visitors, UV)的统计基础。
现在页面的交互设计也越来越好,比如很多都有介入推荐系统或是兴趣或是不再关注等等,系统会记录用户使用时候的访问动作,通过量化的方式得到用户兴趣点或者一些体验优化的点。这些不仅对数据算法和页面有帮助,而且对后台系统的优化也是有帮助。

采集流程

网页访问过程是以浏览器请求、服务器响应并返回所请 求的内容 (大多以 HTML 文档的形式)这种模式进行的,中间要经过http请求和http响应、文档解析等过程。而核心思路是在 HTML 文档内的适当位置增加 一个日志采集节点,当浏览器解析到这个节点时,将自动触发一个特定 的 HTTP 请求到日志采集服务器:
采集过程:
( 1 )客户端日志采集
可以通过HTML里加载脚本来触发业务响应时采集,也可以开发人员手动加入采集代码
(2)客户端日志发送。
采集到的日志信息一般以 URL 参数形式放在 HTTP 日志请求的请求行内。
( 3 )服务器端日志收集
(4)服务器端日志解析存档

阿里巴巴的页面浏览日志采集框架,不仅指定了上述的采集技术方 案,同时也规定了 PV日志的采集标准规范,其中规定了 PV日志应采 集和可采集的数据项,并对数据格式做了规定。

页面交互日志采集

阿里使用开发的一套开放的基于 HTTP 协议的日志服务-“黄金令箭”
(1)业务方把要采集业务和业务场景及采集点提交到元数据管理平台,平台注册后获取代码模板
(2)业务方将代码上传植入目标页面
(3)用户使用页面触发到指点采集点则开始采集
(4)采集代码完成采集通过http传递给日志服务器

页面日志的服务器端清洗和预处理

( 1 )识别流量攻击、网络爬虫和流量作弊(虚假流量)
验:也就是合法性校验
(2 )数据缺项补正
补:比如身份信息回补
(3 )无效数据剔除
删:删除冗余和无效的数据
(4)日志隔离分发
隔:基于数据安全或者业务特性的考虑,某些日志 在进入公共数据环境之前需要做隔离。
具体比如flink日志有用logback来做隔离job

移动端日志采集

阿里使用一个称为UserTrack 的采集SDK完成

页面事件

每条页面事件日志记录三类信息 : ①设备 及用户的基本信息:②被访问页面的信息,这里主要是一些业务参数(如 商品详情页的商品 ID、所属的店铺等) ; ③访问基本路径(如页面来源、 来源的来源等),用于还原用户完整的访问行为。
主要是三种埋点接口技术
调用页面展现的接口、调用页面退出的接口、添加页面扩展信息的接口 (如添加店铺id)
需要组合使用,比如1+2 可以计算页面停留时长
阿里系内,使用 SPM (Super Position Model ,超级位置模型)进行来源去向的追踪,在无线客户端 也同样使用 SPM, SPM 信息就可以通过透传机制带人到下一步甚至下 下一步的浏览页面,这样整个用户行为路径还原就轻松实现了。

控件点击及其他事件

控件点击事件比页面事件要简单得多,一般控件的逻辑简单,就把点击的基础信息和设备信息收集即可

其他挑战

考虑很多具体场景,比如还有日志大小、流量消耗、网络和服务器压力等因素,可以把日志归类,在客户端先做聚合技术,再传输;
还有回退的问题会影响数据分析,利用页面的生命周期,识别页面的复用 , 配合栈的深度来识别是否是回退行为。
app有原生app和加入H5的混合APP,H5 和 Native 日志统一,比如阿里将 H5 日志归到 Native 日志。

日志传输

日志先在客户端存储,在等待时机上传,除了日志大小还要考虑时间;
客户端数据上传时是向服务器发送 POST 请求,服务器端处理上传 请求 ,对请求进行相关校验 ,将数据追加到本地文件中进行存储,存储 方式使用 Nginx 的 access_log, access_log 的切分维度为天,即当天接 收的日志存储到当天的日志文件中;
阿里使用消息队列( TimeTunel, TT)来实现从日志采集服务器到数据计算的 MaxCompute。

日志采集的挑战

1.日志分流与定制处理
日志解析和处理 过程中必须考虑业务分流,阿里 PV 日志的请求位置(URL)是随着页面所在业务类型 的不同而变化的。尽可能靠前地布置路由差异,就可以尽可能早地进行分流,降低日志处理过程中的分支判断消耗,并作为后续的计算资源调配的前提,提高资源利用效率。
2.计算与采集一体化
日志采集方案必须将来集与计算作为一个系统来考量,进行一体化设计

数据同步

数据同步是更为通用的技术,比如在主库和备库做备份的时候,集群同步、主节点和从节点同步等。
同步方式可以分为三种 : 直连同步、数据文件同步和数据库日志解析同步。
1.直连同步
比如通过统一API或数据库链路, 类似基于ODBC/JDBC则可以按照规范的SQL或函数调用来读取不同数据库的数据
2.数据文件同步
比如通过FTP方式直接传输数据库的数据文件
3.数据库日志解析同步
比如oracle可以通过归档日志文件收集变化的数据信息,并判断日志中的变更是否属于被收集对象,将其 解析到目标数据文件中。MySQL可以根据binlog判断。

阿里的数据仓库同步

针对不同的数据源类型和数据应用的时效性要求而采取不同的策略。

批量数据同步

考虑数据源的不同,将数据统一使用字符串类型作为中间状态,使用自研的dataX产品能满足多方向高自由度的异构数据交换。数据传输在单进程(单机模式)/多进程 (分布式模式)下完成,传输过程全内存操作,不读写磁盘,也没有进程间通信,实现了在异构数据库或文件系统之间的高速数据交换。

实时数据同步

常用日志类数据和数据应用,比如交易订单数据,通过解析MySQL的binlog文件,类似oralce的归档日志,来实时获得增量的数据更新,然后通过消息订阅模式实现数据的实时同步。
日志数据-> 日志交互中心->订阅了日志的数据仓库
Time Tunnel 支持主动、被动等多种数据订阅机制,订阅端自动负载均衡,消费者自己把握消费策略;
同时支持订阅历史数据,可以随意设置订阅位置,方便用户回补数据。

接下来就是最为核心的部分数据计算层,阿里的数据计算层包括两大体系:数据存储及计算平台,计算包括离线计算(MaxCompute)和实时计算(streamCompute),另一个是数据整合和管理体系。

离线数据技术

数据开发平台

为了进行更快速便捷的离线数据开发,建立 专门的数据开放平台
那就是要把开发的流程放到平台上,不用太多的导入导出等麻烦操作,那数据研发开发的工作有哪些:
了解需求→模型设计→ ETL 开发→测试→发布上线→日常运维→任务下线。
通过统一的数据开发平台、数据计算平台和数据模型和开发规范,帮数据开发者解决问题。

统一计算平台

统一计算平台是在云上的统一服务,将数据服务封装成各种编程接口和界面;
提供数据上传/下载通道、 SQL、 MapReduce、机器学习算法、 图编程模 型和流式计算模型多种计算分析服务,并且提供完善的安全解决方案。
客户端形式包括:web 、sdk、CLT 、IDE
接入层服务包括HTTP、cache 、负载均衡等

MaxCompute特点
(1 )计算性能高且更加普惠
(2 )集群规模大且稳定性高
(3 )功能组件非常强大
(4)安全性高

统一开发平台

数据研发使用统一开发平台的流程


image.png

涉及到具体的开发和工具的就要多看些实际的场景和文档了。各自公司都有各自的产品和流程。
这里主要是一个云端开发平台(D2)和一个SQLSCAN
SQLSCAN 主要对sql语句的质量、规范、性能的审核
数据测试是一个叫做在彼岸的系统:
包括一些主要场景
(1 )新增业务需求
(2)数据迁移、重构和修改
包含组件:

  • 数据对比 : 支持不同集群、异构数据库的表做数据对比。
  • 数据分布:提取表和字段的一些特征值,并将这些特征值与预期值进行比对
  • 数据脱敏:将敏感数据模糊化

任务调度系统

开发人员开发了一堆的应用都会转为一个运行的进程执行任务,很多是分布式的,就有非常多任务,而且类型繁多有 MapReduce、 Hive、 SQL、 Spark、 Java、 Shell、 Python、 Perl、虚拟节点等
这就需要开发一个统一的调度系统了,相当于智能调度中心。
调度系统有两个核心模块:
调度引擎根据任务节点属性以及依赖关系进行实例化,生成各类参数实值,并生成调度树
执行引擎的就是具体生成任务,并分配CPU、内存等资源。

特点及应用

自动配置
采用输入输出配置和自动识别相结合的方式
定时调度
周期调度
手动运行
补数据
基线管理
监控报警

实时技术

随着移动互联的时代到来,数据信息量暴增,越来愈多场景需要实时性更高的数据分析计算,比如推荐系统,直播系统上的识别等等,阿里最早是在双十一直播大屏上,直播大屏对数据有着非常 高的精度要求,同时面临着高吞吐量、低延时、零差错、高稳定等多方面的挑战。

数据时效性

按数据延迟分为离线、准实时、实时
离线:在今天( T)处理 N 天前 ( T-N, N > I )的数据,延迟时间粒度为天。
准实时 :在当前小时(H)处理 N 小时前 (H-N, N>O,如 0.5 小时、 l 小时等)的数据,延迟时间粒度为小时。
实时:在当前时刻处理当前的数据,延迟时间粒度为秒;
一般hive为离线数据仓库,而spark 和新的kylin为准实时的开源方案,要实现实时更高的性能还需增加消息队列和各种优化配置,要形成一套流式方案。
流式数据处理特点:
时效性高、常驻任务、性能要求高、应用局限性

流式数据架构

看下具体的流程架构


image.png

这是一般的流程,主要包括数据采集、数据处理、数据存储和数据服务等过程。

流式数据模型

流式数据建模分为五个层次:(ODS、 DWD、 DWS、 ADS、 DIM)
ODS 层Operational Data Store
和离线数据一样直接从业务采集的数据,数据操作层
DWD层 Data Warehouse Detail
DWD 层是在 ODS 层基础上,根据业务过程建模出来的实时事实明细层
DWS层 Data Warehouse Service
数据仓库服务层,将数据明细层订阅的事实明细汇总到一个汇总层 ,主要是通用的维度数据,比如卖家信息,就是汇总到一个主题域,就是宽表。
ADS层 Application Data Store
就是个性化维度汇总层,针对不同业务部门的个性化需求制作的报表。
常用于一些垂直创新业务中,数据集市也是种狭义的ADS层。
DIM层
维度表层,一般就是存储关系和基本类目表的层,比如商品维表
具体例如
ODS层:到订单粒度的变更过程明细,每个订单都会有很多变更的过程,可以分解很多子单,这是真实业务场景数据显示不能改变。
DWD层:到订单粒度的支付过程,每个订单都有个是否支付和支付的结果明细,这个是唯一的一条记录。
DWS层:卖家实时成交金额,这是订单汇总的结果,一个卖家只有一个记录实时显示,实时刷新。
ADS层:外卖地区实时成交金额,针对的是外卖部的个性化需求
DIM层:比如订单商品类目和行业的对应关系维表。

多流关联

这是流式数据的关键问题,两个不同流来的数据时间可能不同,无法知道哪个新的,那么需要进行实时关联,


image.png

比如双流关联,只有匹配上的数据才会进入到下游,否则存到外部系统,有更新的时候再读取外部数据到内存中,比如订单有多个变更,就会找最新的变更,再和组后的支付关联。

数据服务

服务架构演进

DWSOA ->OpenAPI- > SmartDQ -> OneService
DWSOA是第一阶段就是传统SOA架构,面向需求,一个需求来了开发几个接口服务暴露出去给业务调用;
缺点是接口粒度比较粗,灵活性不高,扩展性差,复用率低
OpenAPI 阶段本质还是接口服务,但是会更加重视粒度和可扩展性,避免烟囱式开发。
将一些通用的数据组成服务做出开放的接口,可以其它接口调用
SmartDQ
在OpenAPI上再抽象一层,用领域专用语言描述取数需求,
同时也封装了标准 DataSource,可以使 用 ORM (Object Relation Mapping,对象关系映射)框架(目前比较主 流的框架有 Hibernate、 MyBatis 等)来解决对象关系映射问题

目标是接口尽可能抽象、收敛

最后SQL无法解决复杂场景问题,比如个性化的垂直业务场景、实时数据推送服务、定时任务服务。
所以就有了oneservice
主要是提供多种服务类型来满足用户需求,分别是 OneService-SmartDQ、 OneService-Lego、 OneService-iPush、 OneService-uTiming

最佳实践

性能优化

资源分配

将复杂计算逻辑剥离不用接口而使用底层公共服务处理
分开两个独立的Get 线程池和 List 线程池, 分别处理 Get 请求和 List 请求
执行计划优化
拆分查询到不同物理表,将list类型查询转为get类型查询

缓存优化

元数据缓存、模型缓存逻辑表查询到物理表查询的映射缓存、查询结果缓存。

查询能力

合并离线数据查询与实时数据查询,在离线数据无法查到结果的时候即时切换到实时查询。
对于需要轮询的数据,采用推送代替轮询。当监听到数据有更新时,推送更新的数据。

稳定性

元数据隔离

根据应用环境 设计了三套元数据:日常元数据、预发元数据和线上元数据

隔离发布

资源划分、资源独占、增量更新

隔离

机房隔离 、分组隔离

还有安全和监控,限流降级等

限流使用应用内QPS保护
降级主要有两种做法:
通过限流措施,将 QPS 置为 0,则对应的所有访问全部立即失败, 防止了故障的扩散。
通过修改元数据,将存在问题的资源置为失效状态,则重新加载 元数据后,对应的访问就全部失败了,不会再消耗系统资源。

数据挖掘

数据挖掘算法平台

2012年之前主要是数据量不大的SPSS 、SAS、 Clementine等,后期大数据时代引入分布式计算、Hadoop、spark、storm等,现在阿里基于自研的maxcompute和GPU上构建算法平台。


image.png

数据挖掘中台体系

针对数据挖掘过程中的工作抽象出三个层:
特征层( Featural Data Mining Layer, FDM)、中间层和应用层( Application-oriented Data Mining Layer, ADM ),其中中间层包括个体中间层( Individual Data Mining Layer, IDM)和关系中间层( Relational Data Mining Layer, RDM)
FDM:特征层,就是提取公共的数据特征,清洗处理等,提高数据清洗效率
IDM 层 :个体挖掘指标中间层,面向个体挖掘场景,用于存储 通用性强的结果数据,主要包含商品、卖家、买家、行业等维度
RDM 层 : 关系挖掘指标中间层。面向关系挖掘,比如店铺相似性,竞争关系等
ADM 层: 用户偏好 、品牌等个性化应用指标

常见数据挖掘场景

个体挖掘应用

用户画像、用户身份、业务指标预测、反欺诈发作弊

关系挖掘应用

相似关系挖掘、竞争关系挖掘、推荐系统
数据挖掘案例
用户画像可以分为基础属性、购物偏好、 社交关系、财 富属性等几大类。
互联网反作弊
(1 )账户/资金安全与网络欺诈防控
(2)非人行为和账户识别
(3 )虚假订单与信用炒作识别
(4)广告推广与 APP 安装反作弊
(5) UGC 恶意信息检测

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