Apache IoTDB 系列教程-7：时序数据文件格式 TsFile

在大数据生态中有很多文件格式，像 Parquet，ORC，Avro 等等，都是针对嵌套数据设计的文件格式。这些文件格式普遍具有预先定义的schema，数据以行式写入，按属性组织，列式存储。但是这些文件格式一般不能很好地满足时间序列数据的管理需求。比如，在一些时间序列数据的场景中，一般各个序列是独立写入的，时间戳并不对齐；查询结果也需要按照时间戳排序。TsFile（Time series File）就是我们为时序数据场景设计的文件格式。今天主要介绍用法，主要针对 0.10 版本。

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使用场景

文件格式由于比较轻量级，适合在边缘端当做一个数据压缩包使用，这个边缘端可以是设备内部，也可以是工控机、工厂层级。设备上生成的数据可以随时持久化到文件中进行存储。这里说的设备可能一台风机，上边会有多个测点，比如风速传感器、温度传感器等。每个传感器采集的数据就是一个时间序列。联想的IoT平台自2017年就开始使用TsFile存储时序数据。

因此，TsFile 的目标场景是管理一个或多个设备的时序数据。

设备-测点模型

设备（DeviceId）：类似表的概念。

测点（MeasurementId）：一个设备可以有多个测点，类似表中的列的概念。

时间序列路径（Path）：可以通过设备和测点定义 Path(设备Id，测点Id)。

测点描述信息（MeasurementSchema）：每个时间序列都对应一个描述信息，包括数据类型、编码方式、压缩方式。

每个时间序列都有两列：时间列、值列。

近喜欢画图，来画一张，基本就是这样的，不同设备可以有不同的测点。

注册元数据

使用 TsFile，步就是注册元数据。

注册时间序列：Path+MeasurementSchema

可以通过这种方式把每个时间序列都注册进去。

注册时间序列需要提供一个 Path 和一个 MeasurementSchema

String path = "test.tsfile";
File f = FSFactoryProducer.getFSFactory().getFile(path);
TsFileWriter tsFileWriter = new TsFileWriter(f);
// add measurements into file schema
tsFileWriter.registerTimeseries(new Path("device_1", "measurement_1"),new MeasurementSchema("measurement_1", TSDataType.INT64, TSEncoding.RLE));
在 0.10 以前，所有设备都共享一个点表，同名 Measurement 的 schema 也需要一样（这就是IoTDB里一个存储组下同名测点类型需要一样的限制的来源）。在 0.10 以后，每个时间序列做到了真正的独立，互不干扰。

按模板注册设备：设备模板+设备

上面这样一条一条注册比较麻烦，因此提供了一个设备模板的功能。每个模板定义了一组 MeasurementSchema，比如有10个测点，当一个设备关联到了这个模板上，就自动注册出了 10 个序列。

首先生成设备模板，然后注册模板。

Map<String, MeasurementSchema> template = new HashMap<>();
template.put("measurement_1", new MeasurementSchema("measurement_1", TSDataType.INT64, TSEncoding.RLE));
template.put("measurement_2", new MeasurementSchema("measurement_2", TSDataType.DOUBLE, TSEncoding.GORILLA));
tsFileWriter.registerTemplate("template_1", template);
接下来注册设备，按模板名关联到模板上：

tsFileWriter.registerDevice("device_1", "template_1");
tsFileWriter.registerDevice("device_2", "template_1");
这样，我就注册了 2 个设备，每个设备都有 2 个测点。

注册一个模板，实时写入数据

这个是简化版。当我们只注册了一个设备模板时，可以不注册设备，直接写入数据。写入流程中如果发现这个设备写入的数据没有注册，会直接到模板里找同名的 MeasurementSchema 进行注册。这也是继承了 0.9 以前版本的优良传统（0.9以前的版本，TsFile 只能注册一个模板，然后就可以写数据了）。

写数据

TsFile 的数据写入有一个限制，每列都需要按照时间递增写入，否则不保证正确性。

按设备写入一行数据：TSRecord

一个 TSRecord 是一个设备，一个时间戳，多个测点的值。类似一个表的一行数据。

按设备写入一批数据：Tablet

哈哈，又看到了 Tablet，对，这个结构是贯穿 TsFile 和 IoTDB Session 的一个结构。表示一个设备，多个时间戳的多个测点的值，类似一个子表。这个子表不能有空值。

同样，这种写入接口速度快，可以达到每秒千万点写入速度。

读数据

查询的接口接收一批路径，一个表达式（可以进行时间过滤和值过滤），其实就对应了 select 和 where 两个子句。

在查询时候，TsFile 的默认表结构是宽表，time, d1.m1, d1.m2, d2.m1, d2.m2。这个结构默认是把给定的查询 Path 按 Time 做对齐，并且进行条件过滤的。

资料

示例代码：

https://github.com/apache/incubator-iotdb/blob/master/example/tsfile/

文档：

http://iotdb.apache.org/zh/UserGuide/V0.10.x/Client/Programming%20-%20TsFile%20API.html

总结

今天介绍了时间序列文件格式 TsFile 的数据模型，元数据注册，写入和读取过程。就到这啦。大家来点 Star 吧！

https://github.com/apache/incubator-iotdb/tree/master
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