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Doris Remote UDF 的开发和测试

By Siu 2021/3/15

Remote UDF 介绍

以下参考官方的文档：

Remote UDF Service 支持通过 RPC 的方式访问用户提供的 UDF Service，以实现用户自定义函数的执行。相比于 Native 的 UDF 实现，Remote UDF Service 有如下优势和限制：

优势

  • 跨语言：可以用 Protobuf 支持的各类语言编写 UDF Service。
  • 安全：UDF 执行失败或崩溃，仅会影响 UDF Service 自身，而不会导致 Doris 进程崩溃。
  • 灵活：UDF Service 中可以调用任意其他服务或程序库类，以满足更多样的业务需求。

使用限制

  • 性能：相比于 Native UDF，UDF Service 会带来额外的网络开销，因此性能会远低于 Native UDF。同时，UDF Service 自身的实现也会影响函数的执行效率，用户需要自行处理高并发、线程安全等问题。
  • 单行模式和批处理模式：Doris 原先的的基于行存的查询执行框架会对每一行数据执行一次 UDF RPC 调用，因此执行效率非常差，而在新的向量化执行框架下，会对每一批数据（默认2048行）执行一次 UDF RPC 调用，因此性能有明显提升。实际测试中，基于向量化和批处理方式的 Remote UDF 性能和基于行存的 Native UDF 性能相当，可供参考

所以， Doris Remote UDF 开发，其实就是开发一个 RPC 服务，以 RPC 访问的方式提供 UDF 服务。

Remote UDF 开发

主要是 RPC Server 部分的开发。

设计

开发（coding）

编译 proto

需要安装 protoc 环境

从官方 proto file进行编译，当前已经编译放在 libs/doris-rudf-grpclib.jar

代码结构

.
├── libs
│   └── doris-rudf-grpclib.jar # proto 编译的包，作为 local lib
├── proto # 原始 proto 文件
│   ├── function_service.proto
│   └── types.proto
├── src
│   └── main
│       ├── java
│       │   ├── com
│       │   │   └── siu
│       │   │       └── udf
│       │   │           └── SubFunction.java # 实现 IFunction，会以 SPI 的方式注册到 Functions 
│       │   └── org
│       │       └── apache
│       │           └── doris
│       │               └── udf
│       │                   ├── Main.java # 入口
│       │                   ├── func
│       │                   │   ├── Functions.java # 单例，以SPI 方式加载 UDF
│       │                   │   └── IFunction.java # 函数接口定义，需要实现 call(),check(),getName()
│       │                   └── server
│       │                       ├── FunctionServiceImpl.java # Doris Remote UDF 定义的接口，这里需要实现 checkFn(), callFn(),handShake()
│       │                       └── RpcServer.java
│       └── resources
│           └── META-INF
│               └── services
│                   └── org.apache.doris.udf.func.IFunction # SPI 定义文件
└── target # target code

编译和运行

# 编译
mvn package
# 运行
java -jar jrudf-jar-with-dependencies.jar 9000

9000 是默认端口，可以不传

调试（debug）

推荐远程调试，在 Remote UDF 场景中远程调试是最有效的，因为整体上还要依赖一个 Doris 的调试环境，所以远程调试的方式是一个全流程的验证。如果用支持grpc proto file 的工具调试只有 rpc server 部分的调试，不能完整的测试功能。

proto file 调试

  • Postman ：最新版本支持 GRPC，可以通过界面去调试比较友好
  • BloomRPC ：很适合 GRPC 的界面调试工具
  • Evans ：一个 RPC 命令行调试工具

Swagger 调试

  • 使用 grpc-swagger 这个项目:

    java -jar grpc-swagger-web/target/grpc-swagger.jar --server.port=8888

  • 在 RPC Server 中开启反射模式：

                server = ServerBuilder.forPort(port)
                    .addService(... some server)
                    .addService(ProtoReflectionService.newInstance()) // 反射模式，可以把这块代码用 debug 控制 
                    .build()
                    .start();

  • 打开 Swagger

IDEA 远程调试

远程服务器上启动服务

java -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=[ip]:5005 -jar jrudf-jar-with-dependencies.jar
# 后台运行
nohup java -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=[ip]:5005 -jar jrudf-jar-with-dependencies.jar >jrudf.log 2>&1 &

本地 IDEA 添加 Remote 配置: Edit Configurtions-> Add New Configrution->Remote JVM Debug

idea-remote-debug

Remote UDF 测试

由于当前版本不支持 remote UDF ，所以采用主干分支的编译版本，编译方式参考附录中的文档《编译 Doris》。

功能测试

在 Doris 上创建 UDF

目前暂不支持 UDAF 和 UDTF

CREATE FUNCTION
name ([,...])
[RETURNS] rettype
PROPERTIES (["key"="value"][,...])

说明：

PROPERTIES中symbol表示的是 rpc 调用传递的方法名，这个参数是必须设定的。
PROPERTIES中object_file表示的 rpc 服务地址，目前支持单个地址和 brpc 兼容格式的集群地址，集群连接方式 参考 格式说明 (opens new window)。
PROPERTIES中type表示的 UDF 调用类型，默认为 Native，使用 Rpc UDF时传 RPC。
name: 一个function是要归属于某个DB的，name的形式为dbName.funcName。当dbName没有明确指定的时候，就是使用当前session所在的db作为dbName。

注：特别说明，PROPERTIES.symbol 和 name 强制一致，发现在 set enable_vectorized_engine=true 调用传的函数名是 name，false 时传 symbol

示例：

CREATE FUNCTION rpc_add(INT, INT) RETURNS INT PROPERTIES (
"SYMBOL"="add_int",
"OBJECT_FILE"="127.0.0.1:9000",
"TYPE"="RPC"
);

使用 UDF

用户使用 UDF 必须拥有对应数据库的 SELECT 权限。

UDF 的使用与普通的函数方式一致，唯一的区别在于，内置函数的作用域是全局的，而 UDF 的作用域是 DB内部。当链接 session 位于数据内部时，直接使用 UDF 名字会在当前DB内部查找对应的 UDF。否则用户需要显示的指定 UDF 的数据库名字，例如 dbName.funcName。

删除 UDF

当你不再需要 UDF 函数时，你可以通过下述命令来删除一个 UDF 函数, 可以参考 DROP FUNCTION

注：测试结论一并在性能测试部分说明

性能测试

测试模型

说明

Native UDF 在性能上有天然的优势，所以比较性能时，需要开启 Doris 的向量化引擎才有比较的意义，这里只是简单的设计几个对照组，每组执行10次查询，分别为：

  • Build-in Function（lenght()）
  • Native UDF
  • Remote UDF 1 （enable_vectorized_engine = false） 这一组测试无法完成
  • Remote UDF 2（enable_vectorized_engine = true，batch_size = 1024）
  • Remote UDF 3（enable_vectorized_engine = true，batch_size = 2048）
  • Remote UDF 4（enable_vectorized_engine = true，batch_size = 4096）
  • Remote UDF 5（enable_vectorized_engine = true，batch_size = 8192）

函数逻辑：UDF 的实现逻辑 str.length()，内置函数选取 length() 进行比较

测试工具：mysqlslqp

测试数据：使用 Doris SSB 中的 Customer 表，150 万

测试环境：3 be 32G/8C，RPC Server JVM 默认

Doris 版本： ​ branch master ​ latest commit f4663ad ​ Compiled from the official docker image

测试结果

单节点的 rpc server 下得出如下测试数据：

##########################################################################
全局参数：
client_num=10
queries_num=10
测试结果： 
test_name        mode   avg    min    max    client_num  queries_per_client
build-in         mixed  1.784  1.669  1.856  10          1
n-udf-f          mixed  1.865  1.791  1.957  10          1
r-udf-2-t-1024   mixed  3.609  3.388  3.787  10          1
r-udf-3-t-2048   mixed  3.032  2.748  3.775  10          1
r-udf-4-t-4096   mixed  2.506  2.347  2.942  10          1
r-udf-5-t-8192   mixed  2.178  2.059  2.374  10          1
r-udf-6-t-16384  mixed  1.971  1.848  2.271  10          1
#########################################################################

在 3 个节点的 rpc server 下得出如下测试数据：

##########################################################################
全局参数：
client_num=10
queries_num=10
测试结果： 
test_name        mode   avg    min    max    client_num  queries_per_client
build-in         mixed  1.683  1.252  1.923  10          1
n-udf-f          mixed  1.797  1.694  1.912  10          1
r-udf-2-t-1024   mixed  2.384  1.882  3.388  10          1
r-udf-3-t-2048   mixed  1.688  1.479  1.886  10          1
r-udf-4-t-4096   mixed  1.455  1.374  1.615  10          1
r-udf-5-t-8192   mixed  1.358  1.272  1.436  10          1
r-udf-6-t-16384  mixed  1.329  1.265  1.474  10          1
#########################################################################

测试结论

  1. Native UDF 与内置函数的性能基本一致
  2. 在非向量化引擎的环境下（enable_vectorized_engine = false），Remote UDF 性能极差
  3. 在向量化引擎的环境下（enable_vectorized_engine = true），Native UDF 无法使用
  4. 推荐使用配置 enable_vectorized_engine = true，batch_size = 4096 （实际做了几十次验证，这个配置是最稳定的）
  5. 在 4 推荐配置下，单节点 rpc server 时，Remote UDF 与 Native UDF 性能差距大概有 35%
  6. 在 4 推荐配置下，3 节点 rpc server 时，Remote UDF 与 Native UDF 性能领先大概有 36%（此时 Doris 没有明显瓶颈，目前没有准确的数据去描述节点数量对于Remote UDF 性能的线性影响有多大，不排除在更高规格下 Native UDF 可能表现更佳）
    • 这个结论符合官方的描述基于向量化和批处理方式的 Remote UDF 性能和基于行存的 Native UDF 性能相当
  7. 不排除处理复杂的自定义函数时 Remote UDF 性能表现会下降，特别是有大量数据要通过网络传输时，推荐配置也会随场景不同有所不同

总结

从整体方案上做一下总结和对比：

Native UDF Remote UDF
用户 使用方式上与内置函数一致的体验 使用方式上与内置函数一致的体验
社区 当前版本支持 预计下一个版本支持；这个对稳定性、安全也有较大的影响，当前功能验证是基于主干版本编译的
功能 满足 满足（当前版本不支持）
稳定性 需要代码来保证 需要代码来保证（当前版本不支持，编译版本可能会引入不稳定因素）
性能 多数情况下会好于 Remote UDF 在向量化和批处理模式下性能与 Native 相当；具备一定的伸缩能力
安全 不可靠的程序，会直接影响 Doris 相对更安全；特别是使用 VM 的语言
开发和维护 相对成本高：
1、C 系技术栈能力当前团队储备不足，长期来看无投入计划
2、C 系语言的程序编写、debug、优化、review 等心智成本较高
3、在处理复杂的自定义逻辑时，2 的挑战会放大（本身编码的经验；类库的缺乏， Java ，Python 对数据处理相对友好）		 相对成本低：
跨语言，类库多；一次性的投入，定义好开发范式，可以长期收益

在不考虑团队技能情况下，选择 Native UDF 的方案是比较合适的，功能上满足，性能相对更稳定；Remote UDF 现阶段社区的版本不支持，是一个比较大的问题，编译是一个，主要还是非 release 版本的稳定性和安全是一个比较大的挑战。

所以所有方案到最后都不是讨论好不好的问题，而是合不合适的问题。

综合考虑功能、稳定性是我们迫切的需求，性能上都有基本同等级别的实现方式：现阶段使用 Native UDF 去支持需求；长期来看，待社区版本稳定支持 Remote UDF 时，定义好开发范式，用当前团队熟悉的技术栈来开发 UDF RPC Server 来迁移当前的需求。

附录

编译 Doris

由于当前版本（0.15）不支持 Remote UDF，所以编译 Doris 最新版本进行功能验证

安装 Docker 环境 （略）

推荐使用 Docker 集成的编译环境去进行 Doris 编译

下载编译集成环境镜像

docker pull apache/incubator-doris:build-env-ldb-toolchain-latest

下载 Doris 源码

mkdir -p /opt/doris && cd /opt/doris
git clone https://github.com/apache/incubator-doris.git

运行编译集成环境

docker run -it -v /root/.m2:/root/.m2 -v /opt/doris/incubator-doris/:/root/incubator-doris/ apache/incubator-doris:build-env-ldb-toolchain-latest

编译

cd /root/incubator-doris/
sh build.sh --clean --be --fe --ui

打包构建

tar zcvf apache-doris-latest-454b45b-incubating.tar.gz ./output

454b45b 是源码的 commit hash id

问题

  • proto 编译要修改官方的 pom文件中 protoc 环境的位置
<protocCommand>${doris.thirdparty}/installed/bin/protoc</protocComm> <!-- 修改成 protoc 的安装位置 -->

  • Doris 源码编译时 gcc 找不到，版本不对

    需要 which 一下看看 gcc 的位置，在 env.sh 中设置一下 ${DORIS_GCC_HOME}

ref