本文由騰訊技術(shù)工程師remyliu分享，原題“微信萬(wàn)億數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”，本文收錄時(shí)有內(nèi)容修訂和重新排版。

1、引言

沒(méi)有足夠的特征數(shù)據(jù)，安全策略將是“無(wú)根之木，無(wú)源之水”。

微信的安全數(shù)據(jù)特征倉(cāng)庫(kù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為整個(gè)安全業(yè)務(wù)的特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，每天服務(wù)了萬(wàn)億級(jí)的特征數(shù)據(jù)讀寫(xiě)請(qǐng)求，為整個(gè)微信安全策略提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，是微信安全基石之所在。

然而，微信安全特征數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)不僅僅是一個(gè)存儲(chǔ)中心，更是一個(gè)特征管理和數(shù)據(jù)質(zhì)量管理的中心。

微信的安全數(shù)據(jù)特征倉(cāng)庫(kù)在演進(jìn)過(guò)程中，一直致力于提升特征管理能力和數(shù)據(jù)質(zhì)量保障，實(shí)現(xiàn)了特征的管理、共享、分析和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)等功能。

本文將介紹微信的安全數(shù)據(jù)特征倉(cāng)庫(kù)的背景起源、技術(shù)演進(jìn)、當(dāng)前的架構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)踐，以及數(shù)據(jù)質(zhì)量保證系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。希望給中大型IM系統(tǒng)的安全數(shù)據(jù)特征倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)帶來(lái)啟發(fā)。

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技術(shù)交流：

- 移動(dòng)端IM開(kāi)發(fā)入門(mén)文章：《新手入門(mén)一篇就夠：從零開(kāi)發(fā)移動(dòng)端IM》

- 開(kāi)源IM框架源碼：https://github.com/JackJiang2011/MobileIMSDK（備用地址點(diǎn)此）

（本文已同步發(fā)布于：http://www.52im.net/thread-4374-1-1.html）

2、安全策略開(kāi)發(fā)流程

安全業(yè)務(wù)的核心邏輯是在安全策略中實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)的策略開(kāi)發(fā)流程包括特征數(shù)據(jù)的收集，安全策略的編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)，和策略的反饋評(píng)估（如下圖所示）。

其中特征數(shù)據(jù)的收集是必不可少的環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)的質(zhì)量將直接影響安全策略的效果。

特征數(shù)據(jù)收集主要包括：

• 1）數(shù)據(jù)接入；

• 2）特征的計(jì)算；

• 3）特征的存儲(chǔ)。

傳統(tǒng)特征數(shù)據(jù)收集流程：

如上圖所示：在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)還未建立時(shí)，業(yè)務(wù)同學(xué)通過(guò)消費(fèi)離線存儲(chǔ)mmdata和tdw接入數(shù)據(jù)，通過(guò)Flink流式計(jì)算或者自定義模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，計(jì)算出需要的特征，最終存儲(chǔ)到自行維護(hù)的KV，然后在安全策略平臺(tái)上編寫(xiě)安全策略，讀取KV中的數(shù)據(jù), 實(shí)現(xiàn)需要的安全邏輯。

3、為什么需要安全特征數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

前面提到在還未建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)時(shí)，業(yè)務(wù)同學(xué)都按照自己的方式去存儲(chǔ)計(jì)算出的特征，大多通過(guò)自行申請(qǐng)部署KV來(lái)存儲(chǔ)（如下圖中的架構(gòu)）：如A同學(xué)把部署一套KV集群，存儲(chǔ)特征到KV表中，B同學(xué)把特征存儲(chǔ)到同KV集群的不同表中，C同學(xué)又額外申請(qǐng)了另外一套KV集群存儲(chǔ)。

傳統(tǒng)安全后臺(tái)（各業(yè)務(wù)特征分散存儲(chǔ)）：

這種特征的分散存儲(chǔ)，導(dǎo)致業(yè)務(wù)同學(xué)只了解自己熟悉的特征，難以交流和共享，特征缺乏統(tǒng)一的管理，數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證，不同的存儲(chǔ)方式，也導(dǎo)致特征訪問(wèn)接口的混亂，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可靠性也難以保證。

針對(duì)上述的問(wèn)題：我們希望把所有業(yè)務(wù)的特征，按統(tǒng)一的規(guī)范，建立統(tǒng)一的存儲(chǔ)，方便特征的共享、管理和維護(hù)、并建立數(shù)據(jù)質(zhì)量保障體系, 為策略提供可靠的數(shù)據(jù)。所以我們需要開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

問(wèn)題和目標(biāo)：

4、安全業(yè)務(wù)的后臺(tái)架構(gòu)

當(dāng)前，我們已經(jīng)把所有的安全策略統(tǒng)一到安全策略平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和管理，特征數(shù)據(jù)的接入和計(jì)算統(tǒng)一到了Flink實(shí)時(shí)計(jì)算平臺(tái)和特征平臺(tái)。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)作為承上啟下的部分，是整個(gè)業(yè)務(wù)體系中不可或缺的部分。

總結(jié)一下它作用就是：

• 1）對(duì)上為在安全策略平臺(tái)上的安全策略提供了數(shù)據(jù)讀寫(xiě)；

• 2）對(duì)下為實(shí)時(shí)計(jì)算平臺(tái)和特征平臺(tái)計(jì)算輸出的特征提供了存儲(chǔ)。

安全業(yè)務(wù)后臺(tái)架構(gòu)：

5、安全特征數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)選型

微信的安全業(yè)務(wù)特征數(shù)據(jù)主要有2種類(lèi)型：

• 1）離線特征：用來(lái)滿足離線計(jì)算數(shù)據(jù)導(dǎo)入線上實(shí)時(shí)使用的需求（通常特征離線計(jì)算，定期的批量后臺(tái)上線，提供在線讀，但不支持實(shí)時(shí)寫(xiě)入）；

• 2）實(shí)時(shí)特征：用來(lái)滿足實(shí)時(shí)的在線讀寫(xiě)需求。

微信內(nèi)部有多種非常成熟穩(wěn)定的自研KV：實(shí)時(shí)讀寫(xiě)KV（簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)時(shí)KV）、離線寫(xiě)實(shí)時(shí)讀KV（簡(jiǎn)稱(chēng)離線KV）、***KV等等，這些KV已經(jīng)在多個(gè)業(yè)務(wù)被驗(yàn)證，有非常好的性能和可靠性，有團(tuán)隊(duì)做長(zhǎng)期的維護(hù)，為此數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的底層存儲(chǔ)采用了微信自研的KV。

微信自研的KV主要特點(diǎn)如下：

具體就是：

• 1）離線KV適合離線特征要求的場(chǎng)景：擁有非常好的讀性能，并且提供了版本管理功能，在處理有問(wèn)題數(shù)據(jù)時(shí)可以非常方便的可以回退版本，采用這種KV存儲(chǔ)時(shí)，value一般是protobuf對(duì)象，新增特征時(shí)可以在pb中增加字段；

• 2）實(shí)時(shí)KV適合實(shí)時(shí)特征的場(chǎng)景：在線實(shí)時(shí)讀寫(xiě)性能優(yōu)秀，而且支持?jǐn)?shù)據(jù)過(guò)期淘汰，該KV提供了類(lèi)MySQL表的概念，KV表定義類(lèi)似于一個(gè)MySQL表，而每一個(gè)安全業(yè)務(wù)特征剛好可以用表的一個(gè)字段表示。

6、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和演進(jìn)

6.1統(tǒng)一存儲(chǔ)統(tǒng)一接口

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)第一個(gè)版本，針對(duì)特征存儲(chǔ)分散訪問(wèn)接口混亂問(wèn)題，首先部署了公共的實(shí)時(shí)KV/離線KV集群，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接入層。新增特征和歷史特征放到公共的KV存儲(chǔ)集群，并且在接入層屏蔽了底層KV的細(xì)節(jié)，提供了統(tǒng)一的讀寫(xiě)特征的接口。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)架構(gòu)1.0版：

接入層支持任意多個(gè)KV集群，支持多個(gè)表，為屏蔽KV的細(xì)節(jié)，接入層為每個(gè)特征分配唯一的標(biāo)識(shí)<sceneid, columnid>，讀寫(xiě)特征數(shù)據(jù)使用唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行，不需要關(guān)注KV類(lèi)型和KV表ID，方便業(yè)務(wù)的接入使用。

統(tǒng)一接口：

接入層還實(shí)現(xiàn)配置管理、參數(shù)校驗(yàn)、模塊校驗(yàn)、權(quán)限校驗(yàn)、流水上報(bào)、PV統(tǒng)計(jì)等功能。

6.2讀寫(xiě)分離和多IDC同步

1）讀寫(xiě)分離：數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的讀請(qǐng)求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于實(shí)時(shí)寫(xiě)入量，為了提高性能，減少讀寫(xiě)之間的相互影響，接入層做了讀寫(xiě)分離，將讀和寫(xiě)接口拆分到兩個(gè)模塊。

2）數(shù)據(jù)多IDC同步：數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和業(yè)務(wù)都采用的是多IDC部署，為了不降低查詢(xún)性能，不希望業(yè)務(wù)跨IDC訪問(wèn)存儲(chǔ)，所以底層的KV也是多IDC部署。這里就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，特征數(shù)據(jù)如何在多IDC的KV之間進(jìn)行同步? 例如業(yè)務(wù)在上海寫(xiě)入一個(gè)特征，希望在深圳也能讀到這個(gè)特征。

這里按特征類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)處理：

• 1）離線特征數(shù)據(jù)同步：離線特征數(shù)據(jù)上線流程是通過(guò)離線計(jì)算在文件系統(tǒng)中生成一個(gè)文件，然后將文件導(dǎo)入到離線KV, 而離線KV支持多個(gè)IDC共享同一份數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文件只需要生成一份，所有IDC的離線KV拉取同一個(gè)文件，新數(shù)據(jù)最終能同步到所有IDC上；

• 2）實(shí)時(shí)特征數(shù)據(jù)同步：實(shí)時(shí)特征的同步采用微信自研的分布式隊(duì)列組件，該組件提供了高可靠、高可用、高吞吐、低延時(shí)的數(shù)據(jù)消息隊(duì)列服務(wù)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)寫(xiě)接入模塊在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)將數(shù)據(jù)寫(xiě)一份到分布式隊(duì)列，使用隊(duì)列做跨IDC的數(shù)據(jù)同步，在其他IDC啟動(dòng)進(jìn)程消費(fèi)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，寫(xiě)入到本IDC的實(shí)時(shí)KV，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)特征數(shù)據(jù)的同步。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)架構(gòu)2.0版：

6.3異步寫(xiě)和替代分布式隊(duì)列

1）異步寫(xiě)入：前一個(gè)版本中實(shí)時(shí)特征是同步寫(xiě)入，影響業(yè)務(wù)的性能，業(yè)務(wù)希望是異步寫(xiě)入。

2）替代分布式隊(duì)列：前一個(gè)版本中分布式隊(duì)列采用的是公共的集群，眾多業(yè)務(wù)使用，出現(xiàn)過(guò)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)受干擾影響特征數(shù)據(jù)同步。

為此：在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中新增一個(gè)異步消息隊(duì)列模塊寫(xiě)MQ，用于異步寫(xiě)入。和分布式隊(duì)列相比，MQ更輕量，而且MQ我們可以自行維護(hù)，更可控。所以新架構(gòu)中通過(guò)MQ實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)特征的多IDC數(shù)據(jù)的同步，替代了分布式隊(duì)列，保證數(shù)據(jù)同步不受其他業(yè)務(wù)影響。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)架構(gòu)3.0版：

6.4運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)

前面3個(gè)版本解決了特征存儲(chǔ)分散、讀寫(xiě)接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)同步、讀寫(xiě)性能問(wèn)題，但是特征的上線依然采用的是配置發(fā)布上線的方式，效率依然低效。

更重要的是特征缺乏統(tǒng)一的管理，共享困難，難以滿足業(yè)務(wù)的需求。

業(yè)務(wù)常常也有各種疑問(wèn)：

為此數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)新增運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)了特征申請(qǐng)、特征上線、特征管理&分析、特征值查詢(xún)/修改、特征數(shù)據(jù)質(zhì)量管理等功能。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)架構(gòu)4.0版：

1）特征申請(qǐng)：

用戶不再需要手動(dòng)的修改配置文件來(lái)新增特征，可直接通過(guò)WEB頁(yè)面申請(qǐng)，填寫(xiě)必要的特征信息，通過(guò)通用審批系統(tǒng)進(jìn)行審批。

2）特征上線：

用戶不在需要手動(dòng)的發(fā)布配置上線特征，無(wú)論是新增的實(shí)時(shí)特征還是離線特征，審批通過(guò)后將自動(dòng)化的上線，提升體驗(yàn)和效率。

3）特征管理：

特征管理支持對(duì)特征meta信息進(jìn)行查詢(xún)和修改，包括特征所屬的業(yè)務(wù)分類(lèi)（索引）、特征類(lèi)型、特征負(fù)責(zé)人、給特征打tag等等，業(yè)務(wù)可以方便的查詢(xún)需要特征信息，避免重復(fù)的計(jì)算，方便各業(yè)務(wù)共享特征。

▲ 特征管理頁(yè)面

4）特征分析：

追蹤特征的原始數(shù)據(jù)來(lái)源、計(jì)算過(guò)程、數(shù)據(jù)流路徑、最終的存儲(chǔ)信息等等, 可以追蹤特征完整生產(chǎn)流程。

▲ 特征分析頁(yè)面

5）特征值查詢(xún)&修改：運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)支持在WEB頁(yè)面查詢(xún)特征值和修改特征值；

▲ 特征值查詢(xún)頁(yè)面

6）特征數(shù)據(jù)質(zhì)量管理：保障數(shù)據(jù)質(zhì)量, 下一章節(jié)詳細(xì)講述。

7、數(shù)據(jù)質(zhì)量保障手段1：安全特征標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)主要通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)保障數(shù)據(jù)質(zhì)量：特征的標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)空跑系統(tǒng)。本節(jié)分享特征的標(biāo)準(zhǔn)化。

特征的標(biāo)準(zhǔn)化是保證數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的手段之一，標(biāo)準(zhǔn)化是指對(duì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的特征進(jìn)行規(guī)范化處理，使得特征能夠達(dá)到一致性、可重復(fù)性等標(biāo)準(zhǔn)，從而提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

對(duì)于新增實(shí)時(shí)/離線特征：數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)制定了的特征規(guī)范文檔，并按規(guī)范文檔的要求，特征申請(qǐng)/管理頁(yè)面必須正確的補(bǔ)充完整特征信息，如特征類(lèi)型、業(yè)務(wù)分類(lèi)等等，后臺(tái)對(duì)每個(gè)特征都會(huì)進(jìn)行校驗(yàn)，不符合規(guī)范的特征無(wú)法錄入。

另外：數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)還提供了接入編程指導(dǎo)文檔，并給出完整的C++編程實(shí)例，致力于提供標(biāo)準(zhǔn)化的編程最佳實(shí)踐。

8、數(shù)據(jù)質(zhì)量保障手段2：數(shù)據(jù)空跑系統(tǒng)

離線特征數(shù)據(jù)來(lái)自于業(yè)務(wù)離線計(jì)算在分布式文件系統(tǒng)中生成數(shù)據(jù)文件，然后將文件上線。

歷史上曾因?yàn)樯傻臄?shù)據(jù)文件存在錯(cuò)誤，存在錯(cuò)誤的文件數(shù)據(jù)被上線到離線KV，導(dǎo)致策略出現(xiàn)故障。

為了保障離線特征數(shù)據(jù)的質(zhì)量，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)了一套空跑系統(tǒng)，在上線前對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行檢查，避免存在問(wèn)題的數(shù)據(jù)上線到現(xiàn)網(wǎng)。

數(shù)據(jù)空跑架構(gòu)：

數(shù)據(jù)空跑架構(gòu)如上圖所示，離線特征數(shù)據(jù)的上線也納入到了運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的管理中。

整個(gè)的空跑流程如下。

1）業(yè)務(wù)發(fā)起數(shù)據(jù)上線：運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上線到備用的離線KV表，也就是用于空跑的KV表；

2）打開(kāi)空跑開(kāi)關(guān)：按一定的比率采樣現(xiàn)網(wǎng)的讀請(qǐng)求，旁路到新增的讀MQ模塊，該模塊讀空跑表的數(shù)據(jù)，和當(dāng)前現(xiàn)網(wǎng)做對(duì)比, 分析差異率。這里采用的動(dòng)態(tài)采樣， 如果表的PV高則采樣率低，PV低則采樣率高或者100%采樣，避免請(qǐng)求量小的表無(wú)法進(jìn)行空跑，而請(qǐng)求量大的表空跑流量太高又消耗太多資源。

3）計(jì)算和分析差異率：如果差異率超過(guò)了閾值，就自動(dòng)的攔截?cái)?shù)據(jù)上線，如果閾值檢查通過(guò)，就繼續(xù)后續(xù)的檢查流程，最終自動(dòng)上線數(shù)據(jù)文件到現(xiàn)網(wǎng)離線KV。

差異率示例會(huì)如下圖（詳細(xì)的展示了具體的差異細(xì)節(jié)）：

離線特征數(shù)據(jù)上線完整流程：

完整的數(shù)據(jù)上線流程如上圖所示：空跑差異檢測(cè)通過(guò)后，需要檢查數(shù)據(jù)文件完整性，防止文件被修改或者覆蓋，最后數(shù)據(jù)再上線到現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，通知業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上線成功。如果中間任何一個(gè)步驟出錯(cuò)將告警給業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人，提醒人工介入處理。

9、本文小結(jié)

微信后臺(tái)安全特征數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)將分散的特征全部集中統(tǒng)一管理，提供統(tǒng)一的訪問(wèn)接口，標(biāo)準(zhǔn)化每個(gè)一個(gè)特征，建立了統(tǒng)一的規(guī)范。

并且在此基礎(chǔ)保障了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，夯實(shí)了整個(gè)安全業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，助力一站式的數(shù)據(jù)-策略開(kāi)發(fā)，極大的提升了安全對(duì)抗的效率，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)價(jià)值的最大化。

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