实时数仓：基于数据湖的实时数仓与数据治理架构

设计一个基于数据湖的实时数仓与数据治理架构，需要围绕以下几个核心方面展开：实时数据处理、数据存储与管理、数据质量治理、数据权限管理以及数据消费。以下是一个参考架构方案：

一、架构整体概览

核心组成部分

1. 数据源层

   • 数据来源：多样化的数据源（OLTP数据库、日志系统、IoT设备、API接口等）。
   • 数据类型：结构化、半结构化（JSON、CSV）、非结构化（图片、视频）。

2. 数据接入层

   • 工具：使用 Flink CDC 或 Debezium 捕获数据库变更；通过 Kafka 或 Pulsar 作为数据流传输工具。
   • 实现：实时采集和流式数据传输，支持批流融合。

3. 数据存储层

   • 湖仓一体化存储：
     • 使用 Hudi/Iceberg/Delta Lake 作为数据湖存储格式，提供流批融合的 ACID 事务支持。
     • 元数据管理工具：集成 Apache Hive Metastore 或 AWS Glue。
     • 分层存储：
       • ODS层：原始数据按时间分区存储。
       • DWD层：清洗后数据，按主题域区分，增强列式存储优化。
       • DWS层：宽表或汇总数据，支持实时与离线分析。
       • ADS层：直接服务于BI和报表需求。

4. 数据处理层

   • 实时处理：
     • 使用 Flink Structured Streaming 或 Spark Structured Streaming 处理实时流数据。
     • 实现基于事件驱动的实时数据加工。
   • 离线处理：
     • 使用 Spark SQL 或 Hive 定期对冷数据做批量清洗和汇总。
   • 查询加速：
     • Doris 提供在线分析服务，支持对实时数仓和数据湖查询加速。

5. 数据消费层

   • BI工具：如 Apache Superset、Tableau。
   • 实时监控：通过 Grafana 或自研监控平台展示实时指标。
   • 数据接口：通过 REST API 或 GraphQL 提供服务。

6. 数据治理层

   • 数据质量：Great Expectations 或自研工具，监控数据准确性、一致性、完整性。
   • 数据权限：集成 Apache Ranger 或 AWS Lake Formation，实现细粒度权限控制。
   • 数据血缘：通过 Apache Atlas 构建血缘追踪系统。

二、架构设计细节

1. 实时数据处理架构

• 工具选择：
  • Kafka：实时数据管道，存储流数据。
  • Flink Structured Streaming：低延迟的流式处理框架。
  • Hudi/Iceberg/Delta Lake：支持实时写入与批量读取。
• 流处理流程：
  1. 事件驱动：
     • 例如：电商订单事件，基于订单状态变化驱动实时处理。
  2. 时间驱动：
     • 例如：按时间窗口计算销售汇总数据（1分钟/1小时）。

2. 数据湖存储架构

• 数据按 主题域 和 时间分区 存储：
  • ODS：ods/{业务域}/{表名}/{年}/{月}/{日}/{小时}
  • DWD：dwd/{业务域}/{表名}/{年}/{月}/{日}
  • DWS：dws/{业务域}/{汇总主题}/{年}/{月}
  • ADS：ads/{业务域}/{分析主题}/{年}/{月}
• 数据湖存储格式：选择支持事务的格式（Hudi、Iceberg）。

3. 数据治理实现

1. 数据质量管理：
   • 定义质量规则：
     • Null值校验、唯一性校验、值域校验。
   • 工具：通过 Great Expectations 自动化校验规则。
2. 数据权限管理：
   • 设置访问策略：
     • 按主题域、角色分配细粒度权限。
   • 工具：使用 Apache Ranger。
3. 数据血缘管理：
   • 构建数据流向：
     • 数据从 Kafka -> Flink -> Hudi -> Doris 的全链路血缘图。
   • 工具：Apache Atlas。

4. 数据消费设计

• BI报表和实时监控：
  • 将指标数据实时暴露到 Doris，供 Superset 或其他BI工具使用。
• API服务：
  • 提供基于实时数仓的接口服务，支持企业内部应用快速访问。

三、架构优点与挑战

优点

1. 实时性强：利用事件驱动和流处理，实时响应数据变化。
2. 灵活扩展：湖仓一体化架构，支持高效存储和查询。
3. 数据治理完备：实现从质量、权限到血缘的全面管理。

挑战

1. 实时任务复杂度高：Flink流任务设计需要更高的工程能力。
2. 数据湖性能优化：Hudi/Iceberg在查询性能上仍需精心设计分区和索引。
3. 治理系统维护成本高：需要持续投入开发和运维力量。