本期直播我们邀请到 KaiwuDB 高级研发工程师管延信为大家分享《揭秘 KWDB 时序引擎核心能力——存储与读写》，点击下方视频观看完整版回放 ↓↓↓

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背景介绍

在数字化浪潮席卷的万物互联时代，物联网设备与智能应用正以指数级速度催生海量时序数据。突破数据存储瓶颈、实现高效快速查询，已成为企业构建数据基础设施的关键议题。本次直播我们重点剖析了 KWDB 时序标签存储模型，从底层存储架构的优化策略到时序 SQL 语法语义的设计逻辑，从高性能读写功能的技术实现到复杂查询场景的应对方案，全方位带领大家了解 KWDB 如何实现数据的高速写入与毫秒级查询，助力高效数据管理。

1. 时序数据定义及特征

1.1 时序数据定义

时序数据（Time Series Data）是指按照时间顺序记录的数据序列，其中每个数据点都有一个时间戳。该类型数据在各领域都非常常见，如金融（股票价格）、气象（每日温度）、工业（传感器数据）等。

时序数据的主要特点是以时间为索引，数据点之间存在时间上的连续性和相关性，采集频率存在高低差异。

这些时序数据一般被发送至服务器进行汇总并进行实时分析和处理，对系统的运行做出实时监测或预测、预警，这些数据也可以被长期保存下来，用以进行离线数据分析。

1.2 时序数据特征

• 数据是时序的，带有时间戳。
• 数据是结构化的。
• 写多读少。
• 数据较少有更新删除操作。
• 一个数据采集点就是一个数据流。
• 一般是周期性产生/采集数据。
• 数据是有保留期限的。
• 需要实时分析、预测、诊断。
• 也需要离线分析能力。
• 数据不强制依赖于事务。

2. KWDB 时序数据存储模型

2.1 标签数据（如设备信息）与指标数据（如测量值）独立存储

• 节省存储空间（大量冗余 vs 持续变化）。
• 独立索引设计（Hash & B+ 树 vs 稀疏）。
• 独立并发控制机制（数据一致性 vs 尽量无锁）。

2.2 按设备与时间维度自动对指标数据分区

• 支持高效写入与查询。
• 灵活的生命周期管理机制。
• 分布式节点间快速均衡。

2.3 分区内数据按设备分块存储，避免大量文件产生

3. KWDB 标签分类与使用策略

3.1 主标签（Primary Tags）

• 定义规则：每个表必须包含至少 1 个主标签，且创建后不可修改。
• 典型场景：设备唯一标识（sensor_id）、用户 ID、资产编号等。
• 设计建议：
• 选择离散值高的字段（如自增 ID）。
• 避免使用可能变更的字段（如手机号）。
• 控制主标签数量（通常 1-4 个）。

  -- 创建含复合主标签的表CREATE TABLE smart_meter (
    ts timestamptz NOT NULL,
    power_usage FLOAT
) TAGS (
    region VARCHAR(6) NOT NULL,
    meter_no BIGINT NOT NULL
) PRIMARY TAGS (region, meter_no);

3.2 普通标签（Tags）

• 动态管理：支持增删改操作，适合业务变化场景。
• 典型应用：
• 设备分组（group_id）。
• 设备型号（model_type）。
• 维护人员（maintainer）。

  -- 动态维护标签示例ALTER TABLE sensor 
ADD TAG firmware_version VARCHAR(20);  -- 新增固件版本标签 ALTER TABLE sensor 
ALTER TAG firmware_version TYPE VARCHAR(50);    -- 修改标签类型 ALTER TABLE sensor 
RENAME TAG group_id TO cluster_id;     -- 重命名标签 ALTER TABLE sensor 
DROP TAG location;                     -- 删除标签

3.3 KWDB 时序数据写入

• 可以通过 insert 自动创建对应设备。
• 减少标签数据冗余存储。

4. KWDB 索引优化实战

4.1 主标签的 Hash 索引

KWDB 自动为主标签创建 Hash 索引，针对精确查询实现 O(1) 时间复杂度：

-- 高效查询示例
SELECT * FROM sensor 
WHERE sensor_id = 1005;

4.2 普通标签索引策略

4.2.1 对于高频查询的非主标签，建议手动创建索引：

-- 创建普通标签索引
CREATE INDEX idx_sensor_group ON sensor (group_id);

-- 带过滤条件的查询
SELECT * FROM sensor WHERE group_id = 10;

4.2.2 索引选择原则：

• 对查询频率高的标签建索引。
• 优先为高筛选率的字段建索引。
• 组合索引字段不超过 4 个。

4.3 KWDB 标签索引优势

• 可通过 insert 自动创建对应设备。
• 无需通过子表方式管理设备。
• 减少标签数据冗余存储。
• 支持在线标签 DDL 变更。
• 支持在标签上创建索引。

4.4 KWDB 2.0 性能表现

• 依托就地计算，单设备查询多设备汇总均有出色表现。
• 单节点实时写入支持 50 万测点/秒, 批量写入支持千万测点/秒，TSBS 基准写入速度 200 万记录/秒。
• 多数场景数据压缩比 5-30 倍。