BIGO 的数据管理与应用实践

2022-04-25 17:24:55 浏览数 (2)

本文整理自 BIGO 在 nMeetp 上的主题分享，主要介绍 BIGO 过去一年在数据管理建设方面的理解和探索。而 BIGO 数据管理的核心重点在于元数据平台的建设，用以支撑上层数据管理和建设应用，包括数据地图、数据建模、数据治理和权限管理等等。本文主要围绕以下五个方向展开：

  1. OneMeta 基础建设；
  2. 图引擎：Nebula 替换 JanusGraph
  3. 数据资产平台应用；
  4. Adhoc 即席查询；
  5. 未来规划

BIGO 是欢聚时代（YY 直播母公司）原移动新产品部基础上成立的独立公司，致力于打造全球领先的社区化视频直播应用与品牌。旗下主打产品 BIGO LIVE，上线仅一个月就荣登泰国免费 APP 榜首。

数据管理平台

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上图为 BIGO 数据资产管理平台的抽象图，如上图所示，在元数据平台里面存储着技术元数据、业务元数据、数据血缘、数据计量、规范模型、权限内容等数据，基于元数据平台上层对接应用层，包括：地图、成本、取数、权限、治理、模型。

OneMeta 基础建设

业务背景

目前 BIGO 数据管理面临以下问题：

  1. 元数据杂乱无标准，没有统一的搜索和管理平台；
  2. 数据没有血缘关系，各个开发平台如同数据孤岛；
  3. 没有业务类元数据，业务方难以查询及统一口径；
  4. 数据权限管控粗放，权限申请及审批流程原始化；

简单来说：缺少标准、数据缺少联系、缺少业务元数据、缺少细颗粒度的权限管控，为此，BIGO 内部搭建了元数据管理平台 OneMeta 来解决上述问题。

而 OneMeta 的平台能力如下：

  1. 全域元数据实时入库及管理功能，统一构建公司个人及团队数据资产目录。
  2. 数据地图、取数查询、数据治理、血缘姻联、权限管理、规范模型等应用存储管理能力。
  3. 支持 HIVE / HDFS / OOZIE / CLICKHOUSE / BAINA / SPARKSQL / KYUUBI / KAFKA 等元数据及血缘关系的存储。
  4. 精准计量业务元数据：各式各样的元数据的操作次数、冷热程度、业务归属等信息更新。

元数据平台架构

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BIGO 元数据平台主要依赖 Apache Atlas、Vesoft Nebula、Yandex ClickHouse 和 BIGO 内部开发的 DataCollector 进行构建，整体上可以划分为四层。

最上层（蓝色部分）是数据采集的源头和 DataCollector 服务，各个平台的技术元数据主要以 Hook 的形式实时收集，而业务元数据则通过 DataCollector 服务以小时或天级定时调度、更新；第二层（橙色部分）是消息队列和 API 层，提供通道接入数据到 Atlas；第三层则是 Atlas（绿色部分），这是最核心的元数据管理层，所有元数据、属性信息和血缘关系等都在 Atlas 进行管理，此外 Atlas 层还提供了接口供应用调用；最底层（紫色部分）是存储层，主要使用 Nebula Graph、Elasticsearch 和 ClickHouse，其中主要的元数据都存储在 Nebula 中，其中需要全文索引的数据通过 Nebula Graph 转存到 ES，而需要查询历史趋势或聚合的数据时，则去 CK（ClickHouse）中读取数据。

Apache Atlas 优化

这部分讲解下 BIGO 基于开源的 Atlas 做了何种优化，主要有以下方面的优化：

  1. 通过 SpringBoot 切面实现审计能力建设。
  2. 引入 MicroMeter 和 Prometheus 实现监控告警能力建设。
  3. 抽离图引擎依赖，支持分布式 Nebula Graph 图引擎的读写，新增 3w 行代码。
  4. 新增访问速度控制及黑白名单功能，控制突发流量和恶意访问，保证系统稳定。
  5. 定期任务，以便清理失效 Process 过程数据，避免数据膨胀。
  6. 添加 Atlas 平滑退出机制，防止因重启导致消费消息丢失。
  7. 重构血缘关系 DAG 图展示，优化用户视觉体验同时避免大图渲染过慢问题。
  8. 支持血缘关系关联调度引擎工作流，解决数据血缘中最重要的「查找产出」一环。
  9. Hook 拓展：全新支持 Oozie、Kyuubi、Baina、ClickHouse、Kafka 等元数据采集。
  10. 若干原生版本代码中的 BUG 修复。

Data Collector 功能

在 BIGO 元数据平台中有个比较重要的功能——DataCollector，它是一个数据采集服务，主要功能用于定时收集并更新业务元数据（服务于上层的数据计量等应用），比如 HIVE 表每天的访问次数和访问人员、HDFS 路径的存储量、元数据的业务线归属、元数据的冷热判断、元数据的真实负责人等业务元数据。同时，DataCollector 还具备数据清理（生命周期 TTL）和同步数据接入层（Baina）元数据的功能。

图引擎替代

Atlas 原生图引擎是 JanusGraph，在使用过程中发现 Atlas Janus 有以下缺陷：第一，Atlas 依赖的内嵌 JanusGraph 图引擎存在单点问题，并发量上来后存在计算瓶颈。第二，JanusGraph 依赖 Solr 构建索引，虽然 JanusGraph 声称可用 Elasticsearch 替换 Solr，但实际操作起来却存在不少问题。此外，BIGO 内部对 Solr 不存在相关的技术累计，这需要投入一定的人力成本。第三，海量数据场景下 JanusGraph 搜索性能差，并存在偶发搜索不到数据的 BUG 难以解决。第四，JanusGraph 没有开源社区与公司内部团队支持，维护成本高。

再来说下 Nebula Graph 替换 JanusGraph 的几大优势。首先，业务同学和运维同学多方测试证明 Nebula Graph 在图探索性能上是 JanusGraph 的 N 倍以上。再者，Nebula Graph 是个分布式图数据库，支持分布式部署，计算和存储均可横向扩展，并且支持高并发。此外，Nebula Graph 开源社区活跃，产品不断迭代优化，支持千亿顶点和万亿边的数据量。最后，在 BIGO 内部有合作团队支持与维护 Nebula Graph 平台功能维护和开发。

图引擎替换的挑战&解决方案

虽然在选型上确定了用 Nebula Graph 来替换 JanusGraph，但是在实际的替换过程中还是存在一定的挑战。

首先是在数据模型上，Nebula Graph 是个强 Schema 类型数据库，如果要替换弱类型的 JanusGraph 的话，需要弱化 Tag 和 Edge 的概念。然后，在数据类型支持方面二者也有出入，原生 Nebula Graph 对 MAP、LIST 之类的复杂类型支持程度不高。再者是索引的设计问题，在 Nebula Graph 中索引功能并非起到加速作用，而是 LOOKUP 此类搜索的必备条件。此外，Nebula Graph 本身是不支持事务的，这块给我们增加了不少的工作量。最后一点，是使用习惯的转变，在查询方式上 Nebula Graph 自研查询语言 nGQL，而 JanusGraph 支持通过 Java API 和 Gremlin 进行查询。

问题出现了如何解决呢？在强弱类型转换上，BIGO 内部修改了 Atlas 的核心代码，增加参数动态判断 DDL 数据类型。简单来说，在写入数据或者执行查询时，通过特定参数来判断该条 nGQL 操作何种数据类型。在数据类型支持方面，Atlas 业务层自定义数据序列化方式来支持复杂类型。在原生索引搜索上，在系统初始化时自动创建独立索引和复合索引解决 Atlas 的搜索问题。在事务方面，在 Atlas 业务层新增半事务接口，减少 Nebula Graph 存储层数据出错的概率。

Atlas 和 Nebula Graph 的改造

这里，集中讲述在图引擎替换过程中 BIGO 对 Atlas 和 Nebula Graph 的改造。

在 Atlas 改造过程中，BIOG 新增 3w 行代码解藕 Atlas 和原生图引擎 JanusGraph 并支持分布式图引擎 Nebula Graph 读写。通过改造全文索引实现在 Atlas 层以 INTERSECT 方式多条件并发过滤查询，从而提升搜索速度。还将 Atlas 的多属性更新改造为并发更新，加速元数据入库的更新速度。对消费消息丢失的预处理上，BIGO 在 Atlas 层添加平滑退出机制，防止因重启导致消费消息丢失。此外，Atlas 通过支持自定义多种（反）序列化方式实现对复杂类型数据的支持。刚有提到过事务支持，在 Atlas 层新增 Vertex#openTranscation/Vertex#commit 接口支持半事务，减少由于 Nebula Graph 无事务回滚出错。最后，在 Atlas 层合并大量独立索引为复合索引，通过创建默认索引和属性优化系统初始化速度。

而 Nebula Graph 方面，BIGO 也对其进行了改造。首先是对 LOOKUP 子句的改造，让其支持并发执行，经测试扫描 100 万数据的 Latency 从 8s 降低到了 1s。此外，支持了 LOOKUP 从 Elasticsearch 查询分页功能。再者，其他部分改造工作集中在 Elasticsearch，BIGO 支持了后端 ElasticSearch 中的数据更新和删除；对 Listener 也做了 Commitsnapshot 的支持，以及全量数据的更新。对全文索引支持了 REBUILD 功能，并将 REBUILD INDEX 权限下发到 admin 用户。BIGO 还增加了单独创建和删除全文索引功能，避免所有的列写入 ElasticSearch 增加其存储使用量。最后，对 Nebula Graph 的定期 Compaction 操作也进行了优化，减少上层性能波动。

替换之后搜索性能

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上图展示了 BIGO 用 Nebula Graph 替换 JanusGraph 之后的搜索性能。上图 P99 需要耗时 2s 多的原因是搜索总存在大搜索，会拖慢搜索速度。替换之后，搜索速度提升 5 倍以上，从原先的 5s 返回结果降低到了 1s 以内；而且再也不会出现偶尔搜索不到数据的问题，系统维护也无需额外维护索引，还支持了高并发和超大数据量存储。

数据资产平台应用

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之前有分享过下层的统一元数据平台架构，这里再来详细讲解下。如上图所示，下层主要为统一元数据平台，上层则为产品应用层。左下部分为实时元数据入库模块，包括 Hive、Kyuubi、Oozie、Baina、CK（ClickHouse）、HDFS 等等数据源，经过 Hook 通过 Kafka 消息队列写入到统一元数据库平台。统一元数据库平台核心组件是 Atlas，其依赖 ClickHouse 和 Nebula Graph。此外，统一元数据平台还依赖 BIGO 内部的 OneSQL 平台，主要是统一 SQL 查询引擎，以及 Ranger 主要负责权限管控。

而数据资产平台上层则对接了应用层，包括：REST 接口、数据地图、实时血缘、即席查询、数仓建模、可视化建表、离职交接、权限管理等应用。

下面着重来介绍下相关应用。

数据地图

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上图为数据地图-搜索（部分），支持全域元数据（HIVE、HDFS、CK、BAINA）搜索与发现（数据源还在增加中）、结果排序和下载、支持筛选、支持高级搜索等功能。在搜索界面，左侧为筛选条件，顶部为搜索框入口，下方为搜索结果展示数据。

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上图为数据地图-详情（部分），通过搜索找到特定的元数据之后，可点击查看技术明细、数据计量、业务归属、生命周期、历史趋势等元数据基础信息。在详情界面，以上图 HIVE 元数据的详情为例，主要分为上方的基本信息和下方的明细信息、血缘关系、数据预览展示。

基本信息罗列了昨日查询次数 107 次，数据大小 1.27 TiB，占用空间为 3.8 TiB…此外，通过【编辑】操作可对数据生命周期、业务线进行管理。

明细信息（下方左侧）罗列字段信息：HIVE 表的字段、字段类型、字段相关描述，供产品、运营使用。下方右侧为分区字段信息，如果某个数据是分区表的话，该模块会展示分区字段的信息；如果是个全量表的话，则不会展示分区字段信息。此外，数据血缘关系、数据预览功能这里不作详细介绍。

实时血缘

在实时血缘模块，BIGO 重构了有向无环图 DAG 图，新增数据表格展示，实现了数据懒加载、关联和搜索工作流，在业务层的血缘关系图里实时地展示工作流的执行状态。

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血缘模块支持图表和可视化两类视图，上图选择了可视化视图模式。可视化视图部分可在上、下游节点中选择对应节点，配有【显示过程】按钮用来显示或者隐藏过程工作流。举个例子，a 表和 b 表，b 表是由 a 表通过一个工作流生成，打开【显示过程】按钮则会展示该生成过程，关闭【显示过程】则会屏蔽这个过程数据。

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上图为数据血缘核心模块，展示了某个元数据的上下游。左侧浮动深度和过滤选项，可选择以某个元数据为中心的上下游层数（深度），比如，上图就选择了 tiki_core_india... 数据的 2 层上游和下游节点。

数据治理

数据治理这块，主要展示 TTL 管理，用于管理通用打点表各个事件的生命周期。

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上图为数据治理 TTL 管理部分截图，从上文提到的数据地图详情部分点击【编辑】按钮即可对数据进行 TTL 生命周期管理。当然，BIGO 数据治理除了生命周期管理之外，还有别的功能这里不做详细介绍。

数据建模

在数据建模方面，元数据统一平台提供 SQL 脚本方式用来创建表模型，供数仓开发者和数据分析师交互使用。

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图注：一条 SQL 模型数据

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图注：数据建模入口

监控大盘

BIGO 内部的监控大盘实时展示公司数据，包括资源总量、各业务线资源占比、变化趋势和热门资源等，从而推动团队、业务线进行成本优化。

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图注：脱敏的大盘截图

除了上述的应用之外，数据资产管理平台还有模板取数、权限管理、离职交接、群组管理、数据预览，以及收藏下载等应用。

Adhoc 即席查询

业务背景

BIGO 原来使用 Cloudera HUE 作为即席查询平台，但由于多种原因，HUE 早已无法适配内部查询需求，经常被用户投诉难用且不稳定。主要原因有：

  1. 代码陈旧，基本处于被开源放弃状态；
  2. BIGO 历史原因经历至少六位员工接手 HUE，堆积大量内部代码；
  3. HUE 运维非常繁琐；
  4. 编辑窗口不符合用户实际需求；
  5. BIGO 已内部建设统一 SQL 路由器，无需让用户选择执行引擎。

基于上述原因，决定自研一套全新 SQL 查询平台，解决上述问题，统一元数据管理和数据查询到资产管理平台，并加入以下特性：第一点，建设统一 SQL 路由器（onesql），根据语法规则自动路由 SQL 到后端 sparksql/hive/presto/flinksql 引擎执行；第二点，提供全新查询入口给用户执行 SQL，并规范化 DDL 语句，为数据治理、权限管理及成本控制提供便利；第三点，根据产品调研设计全新多 TAG 交互操作的编辑窗口；第四点，提供通过 SQL 建表 / LOAD 数据或通过可视化建表 / LOAD 数据的功能；第五点，自动兼容 pad / phone 等移动设备端查询，方便国内外同事使用；第六点，增加日常用户访问审计 / 全面监控告警；最后一点，支持在统一入口查询 ClickHouse 数据（规划中）。

未来展望

数据平台未来规划的话，主要围绕：元数据建设、产品增加、业务赋能三方面。

在元数据建设方面，将会覆盖接入层、计算层、调度层、存储层所有平台的元数据。此外，我们还在规划计算资源治理以及一站式任务开发（Python / Jar / Shell / SQL）等。

在产品增强方面主要分为治理、成本、效率、应用四块内容，在治理方面，加强数据治理能力，自动治理不健康的数据；在成本方面，帮助公司各团队实现成本分析闭环，为成本优化提供工具；在效率方面，通过规范建表、精准计量、查询优化、血缘建设等提升用户工作效率；在应用方面，进一步完善集成即席查询和分布式调度系统功能，增强用户使用体验。

在业务赋能方面，将会进行智能归因诊断，赋能业务团队自动分析问题能力。此外，还会迭代优化模板取数，赋能业务团队简单挖掘更多数据价值。

数据库图数据库 数据管理 NebulaGraph

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