Apache Spark 社区期待的 Delta Lake 开源了

短命女 2022-01-10 11:45 186阅读 0赞

2019年4月24日在美国旧金山召开的 [Spark][]\+AI Summit 2019 会上，Databricks 的联合创始人及 CEO Ali Ghodsi 宣布将 Databricks Runtime 里面的 Delta Lake 基于 Apache License 2.0 协议开源。**Delta Lake 是一个存储层**，**为 Apache [Spark][] 和大数据 workloads 提供 ACID 事务能力**，其通过写和快照隔离之间的乐观并发控制（optimistic concurrency control），在写入数据期间提供一致性的读取，从而为构建在 HDFS 和云存储上的数据湖（data lakes）带来可靠性。Delta Lake 还提供内置数据版本控制，以便轻松回滚。目前 Delta Lake 项目地址为 [https://delta.io/][https_delta.io]，代码维护地址 [https://github.com/delta-io/delta][https_github.com_delta-io_delta]。

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文章目录

*  [1 为什么需要 Delta Lake][1_ Delta Lake]
 *  [2 Delta Lake 开源项目介绍][2_Delta Lake]
    
     *  [2.1 支持 ACID 事务][2.1_ ACID]
     *  [2.2 模式管理（Schema management）][2.2_Schema management]
     *  [2.3 可扩展元数据处理][2.3]
     *  [2.4 数据版本][2.4]
     *  [2.5 统一流和批处理 Sink][2.5_ Sink]
     *  [2.6 数据存储格式采用开源的][2.6]
     *  [2.7 记录更新和删除][2.7]
     *  [2.8 数据异常处理][2.8]
     *  [2.9 100% 兼容 Apache Spark API][2.9_100_ _ Apache Spark API]

## 为什么需要 Delta Lake ##

现在很多公司内部数据架构中都存在数据湖，**数据湖是一种大型数据存储库和处理引擎**。**它能够存储大量各种类型的数据，拥有强大的信息处理能力和处理几乎无限的并发任务或工作的能力**，最早由 Pentaho 首席技术官詹姆斯迪克森在2011年的时候提出。虽然数据湖在数据范围方面迈出了一大步，但是也面临了很多问题，主要概括如下：

*  **数据湖的读写是不可靠的。**数据工程师经常遇到不安全写入数据湖的问题，导致读者在写入期间看到垃圾数据。他们必须构建方法以确保读者在写入期间始终看到一致的数据。
 *  **数据湖中的数据质量很低。**将非结构化数据转储到数据湖中是非常容易的。但这是以数据质量为代价的。没有任何验证模式和数据的机制，导致数据湖的数据质量很差。因此，努力挖掘这些数据的分析项目也会失败。
 *  **随着数据的增加，处理性能很差。**随着数据湖中存储的数据量增加，文件和目录的数量也会增加。处理数据的作业和查询引擎在处理元数据操作上花费大量时间。在有流作业的情况下，这个问题更加明显。
 *  **数据湖中数据的更新非常困难。**工程师需要构建复杂的管道来读取整个分区或表，修改数据并将其写回。这种模式效率低，并且难以维护。

由于存在这些挑战，许多大数据项目无法实现其愿景，有时甚至完全失败。**我们需要一种解决方案，使数据从业者能够利用他们现有的数据湖，同时确保数据质量。这就是 Delta Lake 产生的背景。**

## Delta Lake 开源项目介绍 ##

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Delta Lake 很好地解决了上述问题，以简化我们构建数据湖的方式。Delta Lake 提供以下主要功能：

### 支持 ACID 事务 ###

Delta Lake 在多并发写入之间提供 ACID 事务保证。每次写入都是一个事务，并且在事务日志中记录了写入的序列顺序。事务日志跟踪文件级别的写入并使用乐观并发控制，这非常适合数据湖，因为多次写入/修改相同的文件很少发生。在存在冲突的情况下，Delta Lake 会抛出并发修改异常以便用户能够处理它们并重试其作业。Delta Lake 还提供强大的可序列化隔离级别，允许工程师持续写入目录或表，并允许消费者继续从同一目录或表中读取。读者将看到阅读开始时存在的最新快照。

### 模式管理（Schema management） ###

Delta Lake 自动验证正在被写的 DataFrame 模式是否与表的模式兼容。表中存在但不在 DataFrame 中的列设置为 null。如果 DataFrame 有表中不存在的列，则此操作会引发异常。Delta Lake 具有显式添加新列的 DDL 以及自动更新模式的能力。

### 可扩展元数据处理 ###

Delta Lake 将表或目录的元数据信息存储在事务日志中，而不是 Metastore 中。这允许 Delta Lake 在恒定时间内列出大型目录中的文件，同时在读取数据时非常高效。

### 数据版本 ###

Delta Lake 允许用户读取表或目录之前的快照。当文件被修改文件时，Delta Lake 会创建较新版本的文件并保留旧版本的文件。当用户想要读取旧版本的表或目录时，他们可以在 Apache Spark 的读取 API 中提供时间戳或版本号，Delta Lake 根据事务日志中的信息构建该时间戳或版本的完整快照。这允许用户重现之前的数据，并在需要时将表还原为旧版本的数据。

### 统一流和批处理 Sink ###

除批量写入外，Delta Lake 还可用作 Apache Spark structured streaming 的高效流式 sink。结合 ACID 事务和可扩展的元数据处理，高效的流式 sink 现在可以实现大量近实时分析用例，而无需同时维护复杂的流式传输和批处理管道。

### 数据存储格式采用开源的 ###

Delta Lake 中的所有数据都是使用 Apache Parquet 格式存储，使 Delta Lake 能够利用 Parquet 原生的高效压缩和编码方案。

### 记录更新和删除 ###

这个功能马上可以使用。Delta Lake 将支持 merge, update 和 delete 等 DML 命令。这使得数据工程师可以轻松地在数据湖中插入/更新和删除记录。 由于 Delta Lake 以文件级粒度跟踪和修改数据，因此它比读取和覆盖整个分区或表更有效。

### 数据异常处理 ###

Delta Lake 还将支持新的 API 来设置表或目录的数据异常。工程师能够设置一个布尔条件并调整报警阈值以处理数据异常。当 Apache Spark 作业写入表或目录时，Delta Lake 将自动验证记录，当数据存在异常时，它将根据提供的设置来处理记录。

### 100% 兼容 Apache Spark API ###

这点非常重要。开发人员可以将 Delta Lake 与他们现有的数据管道一起使用，仅需要做一些细微的修改。比如我们之前将处理结果保存成 Parquet 文件，如果想使用 Delta Lake 仅仅需要做如下修改：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <code>dataframe</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>.write</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>.format(</code><code>"parquet"</code><code>)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>.save(</code><code>"/data"</code><code>)</code> &nbsp; <code>修改成</code> &nbsp; <code>dataframe</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>.write</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>.format(</code><code>"delta"</code><code>)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>.save(</code><code>"/data"</code><code>)</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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[2_Delta Lake]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#Delta_Lake
[2.1_ ACID]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#_ACID
[2.2_Schema management]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#Schema_management
[2.3]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#i
[2.4]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#i-2
[2.5_ Sink]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#_Sink
[2.6]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#i-3
[2.7]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#i-4
[2.8]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#i-5
[2.9_100_ _ Apache Spark API]: https://www.iteblog.com/archives/2545.html?from=related#100_Apache_Spark_API
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