Casual Compression on MongoDB

Casual Compression
on
-present at MongoDB Casual Talks-

@just_do_neet

Today’s Agenda
今日のお題目

•MongoDBの課題

•MongoDBでのデータ圧縮

•まとめ

MongoDB Casual Talks #1 2

MongoDB
MongoDB

http://www.mongodb.org/

http://www.mongodb.jp/

•10gen社が主体として開発しているオープンソース
所謂「NoSQL」の一つ

MongoDB is over?
MongoDBはオワコン？

http://suzuzuzuru.blogspot.jp/2012/04/mongodb.html

http://blog.engineering.kiip.me/post/20988881092/a-year-with-mongodb


MongoDB is over?
MongoDBはオワコン？

http://www.zopyx.com/blog/goodbye-mongodb


Cons.
MongoDBの欠点（主観含む）

•トランザクション未サポート

•トランザクションは甘え (ﾄﾞﾔｧ

•Global Lock（2.2からCollection Lockに？）

•システムリソースが肥大化（メモリ、ディスク）

•データ圧縮未対応（通信、データストア共）

•セキュリティ周りが弱い etc.


Cons.

•トランザクション未サポート

•トランザクションは甘え (ﾄﾞﾔｧ

•Global Lock（2.2からCollection Lockに？）

•システムリソースが肥大化（メモリ、ディスク）

•データ圧縮未対応（通信、データストア共）

•セキュリティ周りが弱い etc.


Compress
圧縮関連のJIRA

•BSONデータの圧縮→not supported!

https://jira.mongodb.org/browse/SERVER-164


Compress
圧縮関連のJIRA

•通信路の圧縮→not supported!

https://jira.mongodb.org/browse/SERVER-3018


Compress
Quoraに掲載されている「最も興味があるMongoDBのJIRA」

http://www.quora.com/MongoDB/What-are-the-most-interesting-MongoDB-JIRA-issues


Compress vs Not Compress
圧縮：非圧縮のデータサイズの差

•下記例は同一フォーマットの文字列データを格納
した際の比較（MongoDB / HBase）

•MongoDBはHBase（snappy圧縮時）の三倍強。
700000000 MongoDB
600000000 MongoDB(fragment)
500000000 HBase
HBase(fragment)
400000000 HBase(snappy)
300000000
200000000
100000000
0
size(1,000,000 record)


Cons.

•Big Dataを扱う環境にはあまり向かない。

•スケールするが故に、下手にそれなりの規模の
システムに導入するとサーバー無限増殖の刑
に...


圧縮


Casual Compression
MongoDBでのカジュアルなデータ圧縮

•以下について試してみました。
1.フィールド名をできるだけ短くする

2.特定のデータをbinary形式で保存

3.小さい正整数の整数符号化


#1 To shorten ﬁled name
フィールド名の短縮

•MongoDBはBSON形式でデータを保存

•BSONは１つのドキュメントの中にフィールド名
情報を持つ。

•複数のレコードが同一のフィールド名を持って
いても、１レコードごとに情報を持つ。



http://bsonspec.org/#/speciﬁcation



100万件で

約8MBの差


参考ブログ

http://christophermaier.name/blog/2011/05/22/MongoDB-key-names


OR Mapperを用いたﬁeld nameのマッピング

•OR Mapperでﬁeld nameのマッピングを行うと名
前が短すぎる弊害は多少抑制できる。

•JavaではMorphiaがオススメ。
http://code.google.com/p/morphia/

•Spring Dataは重厚すぎる気がする。


OR Mapperを用いたﬁeld nameのマッピング

@Data
@Entity(value = "slim")
class TestDTOSlim {
@Id
ObjectId id;
@Property(value = "u")
long uuid;
@Property(value = "n")
String name;
@Property(value = "d")
Date date;
}


#2 Convert to binary
特定のデータをbinary形式に変換

•MongoDBが圧縮をサポートしていないのでアプ
リケーション側で圧縮をしてbinaryで保存。

•特定のフィールドを圧縮

•BSON以外の構造化フォーマットを用いて複数
フィールドをまとめてシリアライズ→圧縮


検証に使用したデータモデル

public class NormalModel {
@Id
ObjectId oid;
long uuid;
int id;
char flag;
String name;
String description;
}


検証で使用した圧縮アルゴリズム

•Deﬂate(Best Compression)

•LZO

•Google Snappy

•LZ4


Google Snappy

•2011/4ごろにGoogleがオープンソースとして公開
した圧縮アルゴリズム。
高速な圧縮・伸張が特徴。

•http://code.google.com/p/snappy/


LZ4

•Google Snappyよりも圧縮・伸張速度が速いと言
われている圧縮アルゴリズム。

•http://code.google.com/p/lz4/


BSON以外のシリアライズ手法

•Message Pack
http://msgpack.org/


検証条件

•以下の条件で比較

1.何もしない

2.フィールド名の短縮

3. 2 + 特定のフィールドの圧縮

4.複数のフィールド情報をMessagePackでシリ
アライズ

5. 4.+圧縮

検証結果

normal
short key
short key + msgpack

1500000

1200000

900000

600000

300000

0
none deflate lzo snappy lz4


検証結果

normal
short key
1,2, 4（非圧縮） short key + msgpack

1500000

1200000

900000

600000

300000

0


検証結果

normal
short key
short key + msgpack

1500000 3,5（圧縮）

1200000

900000

600000

300000

0


検証結果

normal
short key
short key + msgpack

1500000

1200000

900000

600000

300000

0


検証結果

•「複数のフィールドをMessagePackでシリアライ
ズ＋圧縮アルゴリズムで圧縮」
の組み合わせで最大2/3の省サイズ化に成功。

•データパターン／データモデルによって傾向は
様々だと思う。

•圧縮・シリアライズのオーバーヘッドに注意。

•独自binary化すると後戻りできないので注意。


#3 Integer Encoding
整数値符号化

•たとえば数字の「１」を数バイト使用して表現す
るのはもったいない。→整数値符号化

•Variable Byte Code

•Simple9

•Simple16

•etc...


#3 Integer Encoding
Variable Byte Code

•整数値の値を最小１バイトで表現するための符号
化方式。数値部7bit(0~127)と、数値終端を表すフ
ラグ1bitの組み合わせで数値を符号化します。

•https://gist.github.com/3003981
• 0x00-0x7f ： 1xxxxxxx

• 0x80-0x3fff ： 0xxxxxxx 1xxxxxxx

• 0x4000-0x1fffff ： 0xxxxxxx 0xxxxxxx 1xxxxxxx
※「x」は0、もしくは1


#3 Integer Encoding
検証に使用したデータモデル

public class NormalModel{
! @Id
! ObjectId oid;
! @Property(value = "id")
! int id; //もしくはlong
}


#3 Integer Encoding
検証条件

•以下の条件で比較

1. 整数値をinteger(4byte)で保存

2. 整数値をlong(8byte)で保存

3. 整数値をVariable Byte Codeで変換して保存


#3 Integer Encoding
検証結果

integer long
variable byte code

37000000

36000000

35000000

34000000

33000000

32000000

31000000

30000000
max : 128 max : 16384 max : 2097152


#3 Integer Encoding
検証結果

•整数値符号化で保存をしたら、逆にIntegerよりも
サイズが大きくなった・・・

•BSONの仕様が関係
int32 : 4bytes
int64 : 8bytes
binary : int32 subtype(byte*)


Casual Compression
MongoDBでのカジュアルなデータ圧縮

•以下について試してみました。
1.フィールド名をできるだけ短くする
→◎

2.特定のデータをbinary形式で保存
→⃝

3.小さい正整数の整数符号化
→☓


参考情報


HBase
HBaseなら圧縮をサポートしてます

•HBaseなら....

•データの圧縮に標準で対応
（圧縮したいTableのFamilyごとに指定可能。
アルゴリズムも複数選択可能）

•可変長整数値に標準で対応
(VIntWritable / VLongWritable）

•大きいデータを扱う場合はHBaseを(ｒｙ


まとめ


Conclusion
まとめにかえて

•MongoDBはデータサイズが肥大化しがちです
が、アプリケーション側のカジュアルな工夫で多
少はデータサイズの削減ができます。

•用途に応じて、適切な現場でMongoDBを使いま
しょう。

•個人的にはRedisが好きです。


ご清聴
ありがとうございました


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