Какие плюсы и минусы у хранения данных в колонковом формате (например, Parquet)?

Хранение данных в колонковом формате (columnar storage), таким как Apache Parquet, стало популярным в сфере аналитики и обработки больших данных благодаря ряду преимуществ по сравнению с традиционными строковыми (row-based) форматами. Колонковые форматы оптимизированы для чтения и анализа больших объёмов данных, особенно когда обрабатываются только некоторые столбцы. Ниже приведены основные плюсы и минусы колонкового хранения, с фокусом на формат Parquet как одного из самых распространённых.

Плюсы колонкового формата (например, Parquet)

1. Эффективность при аналитических запросах

Колонковое хранение особенно эффективно в сценариях, где требуется анализировать только определённые столбцы. При чтении только нужных колонок система не тратит ресурсы на чтение остальной информации.

  • Пример: запрос SELECT region, sales FROM table в Parquet-файле может быстро извлечь только два столбца, тогда как строковый формат (например, CSV) потребует чтения всей строки.

2. Высокий уровень сжатия

Данные в одном столбце, как правило, имеют одинаковый тип и часто схожую структуру, что позволяет применять более эффективные алгоритмы сжатия.

  • Parquet поддерживает сжатие на уровне страниц и блоков.

  • Используются алгоритмы сжатия: Snappy, GZIP, Brotli, Zstandard.

  • Благодаря этому можно сократить занимаемое пространство в 5–10 раз по сравнению с исходным объёмом.

3. Ускорение за счёт predicate pushdown

Многие аналитические движки (Spark, Presto, Trino, Hive) поддерживают predicate pushdown — возможность «продвинуть» фильтры (например, WHERE country = 'US') до этапа чтения данных. Это позволяет избежать чтения ненужных данных.

  • Это реализуется за счёт статистики и метаданных: Parquet хранит min/max значения для каждой колонки в каждом блоке.

4. Параллелизм и масштабируемость

Форматы как Parquet хранят данные в блочном виде (row groups → pages), что позволяет легко разделить обработку на несколько потоков или узлов.

  • Это идеально подходит для распределённых фреймворков (Apache Spark, Hive, Dask).

  • Позволяет использовать кластерные ресурсы максимально эффективно.

5. Поддержка схемы и эволюции схемы

Parquet использует self-describing подход — в каждом файле хранится информация о схеме данных. Это облегчает автоматическую обработку и даёт гибкость при изменении структуры данных.

  • Возможна эволюция схемы: добавление новых колонок, переименование и т.д.

6. Поддержка вложенных структур

Parquet хорошо справляется с хранением сложных типов данных: списков, структур, словарей.

  • Это важно при работе с JSON-like данными, структурированными событиями и вложенными объектами.

Минусы колонкового формата (например, Parquet)

1. Неэффективность для операций записи в режиме real-time

Колонковые форматы оптимизированы под пакетную (batch) обработку. Они не предназначены для высокочастотных операций вставки и обновления.

  • Parquet плохо подходит для сценариев OLTP.

  • Изменение одной строки может потребовать перезаписи всего блока.

  • Неудобно для логирования в реальном времени или потоковой вставки событий.

2. Сложность при мелких запросах и случайном доступе

При доступе к отдельным строкам (row-level random access), особенно если нужно много колонок, колонковый формат работает медленнее строковых.

  • В отличие от row-based форматов, Parquet должен собрать значения из разных колонок, что требует дополнительных операций с памятью и CPU.

3. Увеличение времени записи

Запись данных в Parquet требует обработки, сортировки, буферизации и сжатия, что делает процесс медленнее по сравнению с простыми форматами, как CSV или JSON.

  • Это влияет на latency в ETL-процессах, если запись идёт в реальном времени.

  • Может потребоваться tuning (размер row group, тип сжатия и пр.) для оптимальной производительности.

4. Повышенные требования к ресурсам

Из-за внутренней структуры, обработки сжатия и сериализации, запись и чтение Parquet-файлов требуют больше оперативной памяти и CPU.

  • Особенно актуально при работе с большими файлами и высокой параллельностью.

  • Использование Parquet в системах с ограниченными ресурсами может вызвать out-of-memory ошибки.

5. Ограниченная читаемость вручную

В отличие от CSV или JSON, Parquet — это бинарный формат. Его нельзя открыть в текстовом редакторе или прочитать без специального инструмента.

  • Неудобно для отладки и ручного просмотра данных.

  • Требуются инструменты как Apache Drill, Pandas, Spark, parquet-tools и др.

6. Проблемы совместимости

Несмотря на популярность Parquet, не все инструменты и библиотеки его поддерживают в полном объёме.

  • Некоторые реализации могут по-разному интерпретировать вложенные структуры или типы данных.

  • При миграции данных между системами (например, Hadoop → Redshift) могут возникнуть проблемы с типами.

Когда стоит использовать Parquet и другие колонковые форматы

  • Parquet — универсальный выбор для большинства аналитических задач и фреймворков (Spark, AWS Athena, BigQuery, etc).

  • ORC — альтернатива, особенно хороша в связке с Hive.

  • Avro — часто используется для сериализации данных и передачи по Kafka, лучше подходит для row-based сценариев.

  • CSV/JSON — лучше для логирования, простых ETL или когда нужен человекочитаемый формат.

Колонковые форматы, такие как Parquet, являются ключевыми компонентами в современной аналитике больших данных, особенно при использовании data lake-архитектур, построенных на S3, HDFS или облачных хранилищах. Выбор в пользу такого формата зависит от характера нагрузки: он идеален для чтения и анализа, но требует более сложной архитектуры при записи и обновлении.