篇二|什么是ClickHouse的表引擎?

xiaohua 2025-01-06use 什么是引擎表

在上一篇分享中，我们介绍了ClickHouse的安装部署和简单使用。本文将介绍ClickHouse中一个非常重要的概念— 表引擎(table engine) 。如果对MySQL熟悉的话，或许你应该听说过InnoDB和MyISAM存储引擎。不同的存储引擎提供不同的存储机制、索引方式、锁定水平等功能，也可以称之为 表类型 。ClickHouse提供了丰富的表引擎，这些不同的表引擎也代表着不同的 表类型 。比如数据表拥有何种特性、数据以何种形式被存储以及如何被加载。本文会对ClickHouse中常见的表引擎进行介绍，主要包括以下内容：

Log系列表引擎功能相对简单，主要用于快速写入小表(1百万行左右的表)，然后全部读出的场景。 即一次写入多次查询 。

该引擎适用于 一次写入，多次读取的场景 。对于处理小批数据的中间表可以使用该引擎。值得注意的是，使用大量的小表存储数据，性能会很低。

进入默认数据存储目录，查看底层数据存储形式,可以看出： TinyLog 引擎表每一列都对应的文件

当我们执行 ALTER操作 时会报错，说明该表引擎不支持ALTER操作

相比TinyLog而言，StripeLog拥有更高的查询性能（拥有.mrk标记文件，支持并行查询），同时其使用了更少的文件描述符（所有数据使用同一个文件保存）。

进入默认数据存储目录，查看底层数据存储形式

可以看出StripeLog表引擎对应的存储结构包括三个文件：

Log引擎表适用于临时数据，一次性写入、测试场景。Log引擎结合了TinyLog表引擎和StripeLog表引擎的长处，是Log系列引擎中性能最高的表引擎。

进入默认数据存储目录，查看底层数据存储形式

Log引擎的存储结构包含三部分：

在所有的表引擎中，最为核心的当属MergeTree系列表引擎，这些表引擎拥有最为强大的性能和最广泛的使用场合。对于非MergeTree系列的其他引擎而言，主要用于特殊用途，场景相对有限。而MergeTree系列表引擎是官方主推的存储引擎，支持几乎所有ClickHouse核心功能。

MergeTree在写入一批数据时，数据总会以数据片段的形式写入磁盘，且数据片段不可修改。为了避免片段过多，ClickHouse会通过后台线程，定期合并这些数据片段，属于相同分区的数据片段会被合成一个新的片段。这种数据片段往复合并的特点，也正是合并树名称的由来。

MergeTree作为家族系列最基础的表引擎，主要有以下特点：

查看一下数据存储格式，可以看出，存在三个分区文件夹，每一个分区文件夹内存储了对应分区的数据。

进入一个分区目录查看

可以看出，新插入的数据新生成了一个数据块，并没有与原来的分区数据在一起，我们可以执行 optimize 命令，执行合并操作

执行上面的合并操作之后，会新生成一个该分区的文件夹，原理的分区文件夹不变。

上文提到 MergeTree 表引擎无法对相同主键的数据进行去重，ClickHouse提供了ReplacingMergeTree引擎，可以针对相同主键的数据进行去重，它能够在合并分区时删除重复的数据。值得注意的是， ReplacingMergeTree 只是在一定程度上解决了数据重复问题，但是并不能完全保障数据不重复。

当我们再次向该表插入具有相同主键的数据时，观察查询数据的变化

从上面的示例中可以看出，ReplacingMergeTree是支持对数据去重的，那么是根据什么进行去重呢？答案是： ReplacingMergeTree在去除重复数据时，是以ORDERBY排序键为基准的，而不是PRIMARY KEY 。我们在看一个示例：

再次向该表中插入相同emp_id和name的数据，并执行合并操作，再观察数据

至此，我们知道了ReplacingMergeTree是支持去重的，并且是按照 ORDERBY排序键 为基准进行去重的。细心的你会发现，上面的重复数据是在一个分区内的，那么如果重复的数据不在一个分区内，会发生什么现象呢？我们再次向上面的 emp_replacingmergetree1 表插入不同分区的重复数据

ReplacingMergeTree在去除重复数据时，是以ORDERBY排序键为基准的，而不是PRIMARY KEY。

在执行分区合并时，会触发删除重复数据。optimize的合并操作是在后台执行的，无法预测具体执行时间点，除非是手动执行。

ReplacingMergeTree是以分区为单位删除重复数据的。只有在相同的数据分区内重复的数据才可以被删除，而不同数据分区之间的重复数据依然不能被剔除。

如果没有设置 [ver]版本号 ，则保留同一组重复数据中的最新插入的数据；如果设置了 [ver]版本号 ，则保留同一组重复数据中 ver字段取值最大的那一行 。

一般在数据量比较大的情况，尽量不要使用该命令。因为在海量数据场景下，执行optimize要消耗大量时间

该引擎继承了MergeTree引擎，当合并 SummingMergeTree 表的数据片段时，ClickHouse 会把所有具有相同主键的行合并为一行，该行包含了被合并的行中具有数值数据类型的列的汇总值，即如果存在重复的数据，会对对这些重复的数据进行合并成一条数据，类似于group by的效果。

推荐将该引擎和 MergeTree 一起使用。例如，将完整的数据存储在 MergeTree 表中，并且使用 SummingMergeTree 来存储聚合数据。这种方法可以避免因为使用不正确的主键组合方式而丢失数据。

如果用户只需要查询数据的汇总结果，不关心明细数据，并且数据的汇总条件是预先明确的，即 GROUP BY的分组字段是确定的 ，可以使用该表引擎。

当我们再次插入具有相同emp_id,name的数据时，观察结果

要保证 PRIMARY KEY expr 指定的主键是 ORDER BY expr 指定字段的前缀，比如

这种强制约束保障了即便在两者定义不同的情况下，主键仍然是排序键的前缀，不会出现索引与数据顺序混乱的问题。

用ORBER BY排序键作为聚合数据的条件Key。即如果排序key是相同的，则会合并成一条数据，并对指定的合并字段进行聚合。

以数据分区为单位来聚合数据。当分区合并时，同一数据分区内聚合Key相同的数据会被合并汇总，而不同分区之间的数据则不会被汇总。

如果没有指定聚合字段，则会按照非主键的数值类型字段进行聚合

如果两行数据除了排序字段相同，其他的非聚合字段不相同，那么在聚合发生时，会保留最初的那条数据，新插入的数据对应的那个字段值会被舍弃

该表引擎继承自MergeTree，可以使用 AggregatingMergeTree 表来做增量数据统计聚合。如果要按一组规则来合并减少行数，则使用 AggregatingMergeTree 是合适的。AggregatingMergeTree是通过预先定义的聚合函数计算数据并通过二进制的格式存入表内。

与SummingMergeTree的区别在于：SummingMergeTree对非主键列进行sum聚合，而AggregatingMergeTree则可以指定各种聚合函数。

对于AggregateFunction类型的列字段，在进行数据的写入和查询时与其他的表引擎有很大区别，在写入数据时，需要调用 <agg>-State 函数；而在查询数据时，则需要调用相应的 <agg>-Merge 函数。对于上面的建表语句而言，需要使用 sumState 函数进行数据插入

上面演示的用法非常的麻烦，其实更多的情况下，我们可以结合物化视图一起使用，将它作为物化视图的表引擎。而这里的物化视图是作为其他数据表上层的一种查询视图。

AggregatingMergeTree通常作为物化视图的表引擎，与普通MergeTree搭配使用。

CollapsingMergeTree就是一种通过以增代删的思路，支持行级数据修改和删除的表引擎。它通过定义一个sign标记位字段，记录数据行的状态。如果sign标记为1，则表示这是一行有效的数据；如果sign标记为-1，则表示这行数据需要被删除。当CollapsingMergeTree分区合并时，同一数据分区内，sign标记为1和-1的一组数据会被抵消删除。

每次需要新增数据时，写入一行sign标记为1的数据；需要删除数据时，则写入一行sign标记为-1的数据。

上面的建表语句使用CollapsingMergeTree(sign)，其中字段sign是一个Int8类型的字段

CollapsingMergeTree同样是以ORDER BY排序键作为判断数据唯一性的依据。

分数数据折叠不是实时的，需要后台进行Compaction操作，用户也可以使用手动合并命令，但是效率会很低，一般不推荐在生产环境中使用。

当进行汇总数据操作时，可以通过改变查询方式，来过滤掉被删除的数据

只有相同分区内的数据才有可能被折叠。其实，当我们修改或删除数据时，这些被修改的数据通常是在一个分区内的，所以不会产生影响。

值得注意的是：CollapsingMergeTree对于写入数据的顺序有着严格要求，否则导致无法正常折叠。

如果数据的写入程序是单线程执行的，则能够较好地控制写入顺序；如果需要处理的数据量很大，数据的写入程序通常是多线程执行的，那么此时就不能保障数据的写入顺序了。在这种情况下，CollapsingMergeTree的工作机制就会出现问题。但是可以通过VersionedCollapsingMergeTree的表引擎得到解决。

上面提到CollapsingMergeTree表引擎对于数据写入乱序的情况下，不能够实现数据折叠的效果。VersionedCollapsingMergeTree表引擎的作用与CollapsingMergeTree完全相同，它们的不同之处在于，VersionedCollapsingMergeTree对数据的写入顺序没有要求，在同一个分区内，任意顺序的数据都能够完成折叠操作。

VersionedCollapsingMergeTree使用 version 列来实现乱序情况下的数据折叠。

可以看出：该引擎除了需要指定一个sign标识之外，还需要指定一个UInt8类型的version版本号。