在实际的工作环境下，许多人会遇到海量数据这个复杂而艰巨的问题，它的主要难点有以下几个方面：
下面我们来详细介绍一下处理海量数据的经验和技巧：
一、选用优秀的数据库工具
二、编写优良的程序代码
处理数据离不开优秀的程序代码，尤其在进行复杂数据处理时，必须使用程序。好的程序代码对数据的处理至关重要，这不仅仅是数据处理准确度的问题，更是数据处理效率的问题。良好的程序代码应该包含好的算法，包含好的处理流程，包含好的效率，包含好的异常处理机制等。
三、对海量数据进行分区操作
对海量数据进行分区操作十分必要，例如针对按年份存取的数据，我们可以按年进行分区，不同的数据库有不同的分区方式，不过处理机制大体相同。例如SQLServer的数据库分区是将不同的数据存于不同的文件组下，而不同的文件组存于不同的磁盘分区下，这样将数据分散开，减小磁盘I/O，减小了系统负荷，而且还可以将日志，索引等放于不同的分区下。
四、建立广泛的索引
对海量的数据处理，对大表建立索引是必行的，建立索引要考虑到具体情况，例如针对大表的分组、排序等字段，都要建立相应索引，一般还可以建立复合索引，对经常插入的表则建立索引时要小心，笔者在处理数据时，曾经在一个ETL流程中，当插入表时，首先删除索引，然后插入完毕，建立索引，并实施聚合操作，聚合完成后，再次插入前还是删除索引，所以索引要用到好的时机，索引的填充因子和聚集、非聚集索引都要考虑。
五、建立缓存机制
当数据量增加时，一般的处理工具都要考虑到缓存问题。缓存大小设置的好差也关系到数据处理的成败，例如，笔者在处理2亿条数据聚合操作时，缓存设置为100000条/Buffer，这对于这个级别的数据量是可行的。
六、加大虚拟内存
如果系统资源有限，内存提示不足，则可以靠增加虚拟内存来解决。笔者在实际项目中曾经遇到针对18亿条的数据进行处理，内存为1GB，1个P42.4G的CPU，对这么大的数据量进行聚合操作是有问题的，提示内存不足，那么采用了加大虚拟内存的方法来解决，在6块磁盘分区上分别建立了6个4096M的磁盘分区，用于虚拟内存，这样虚拟的内存则增加为4096*6+1024=25600M，解决了数据处理中的内存不足问题。
七、分批处理
海量数据处理难因为数据量大，那么解决海量数据处理难的问题其中一个技巧是减少数据量。可以对海量数据分批处理，然后处理后的数据再进行合并操作，这样逐个击破，有利于小数据量的处理，不至于面对大数据量带来的问题，不过这种方法也要因时因势进行，如果不允许拆分数据，还需要另想办法。不过一般的数据按天、按月、按年等存储的，都可以采用先分后合的方法，对数据进行分开处理。
八、使用临时表和中间表
数据量增加时，处理中要考虑提前汇总。这样做的目的是化整为零，大表变小表，分块处理完成后，再利用一定的规则进行合并，处理过程中的临时表的使用和中间结果的保存都非常重要，如果对于超海量的数据，大表处理不了，只能拆分为多个小表。如果处理过程中需要多步汇总操作，可按汇总步骤一步步来，不要一条语句完成，一口气吃掉一个胖子。
九、优化查询SQL语句
在对海量数据进行查询处理过程中，查询的SQL语句的性能对查询效率的影响是非常大的，编写高效优良的SQL脚本和存储过程是数据库工作人员的职责，也是检验数据库工作人员水平的一个标准，在对SQL语句的编写过程中，例如减少关联，少用或不用游标，设计好高效的数据库表结构等都十分必要。笔者在工作中试着对1亿行的数据使用游标，运行3个小时没有出结果，这是一定要改用程序处理了。
十、使用文本格式进行处理
对一般的数据处理可以使用数据库，如果对复杂的数据处理，必须借助程序，那么在程序操作数据库和程序操作文本之间选择，是一定要选择程序操作文本的，原因为：程序操作文本速度快；对文本进行处理不容易出错；文本的存储不受限制等。例如一般的海量的网络日志都是文本格式或者csv格式（文本格式），对它进行处理牵扯到数据清洗，是要利用程序进行处理的，而不建议导入数据库再做清洗。
十一、定制强大的清洗规则和出错处理机制
十二、建立视图或者物化视图
十三、避免使用32位机子（极端情况）
目前的计算机很多都是32位的，那么编写的程序对内存的需要便受限制，而很多的海量数据处理是必须大量消耗内存的，这便要求更好性能的机子，其中对位数的限制也十分重要。
十四、考虑操作系统问题
海量数据处理过程中，除了对数据库，处理程序等要求比较高以外，对操作系统的要求也放到了重要的位置，一般是必须使用服务器的，而且对系统的安全性和稳定性等要求也比较高。尤其对操作系统自身的缓存机制，临时空间的处理等问题都需要综合考虑。
十五、使用数据仓库和多维数据库存储
数据量加大是一定要考虑OLAP的，传统的报表可能5、6个小时出来结果，而基于Cube的查询可能只需要几分钟，因此处理海量数据的利器是OLAP多维分析，即建立数据仓库，建立多维数据集，基于多维数据集进行报表展现和数据挖掘等。
十六、使用采样数据，进行数据挖掘
基于海量数据的数据挖掘正在逐步兴起，面对着超海量的数据，一般的挖掘软件或算法往往采用数据抽样的方式进行处理，这样的误差不会很高，大大提高了处理效率和处理的成功率。一般采样时要注意数据的完整性和，防止过大的偏差。笔者曾经对1亿2千万行的表数据进行采样，抽取出400万行，经测试软件测试处理的误差为千分之五，客户可以接受。
大数据量的问题是很多面试笔试中经常出现的问题，比如baidugoogle腾讯这样的一些涉及到海量数据的公司经常会问到。
本贴从解决这类问题的方法入手，开辟一系列专题来解决海量数据问题。拟包含以下几个方面。
在这些解决方案之上，再借助一定的例子来剖析海量数据处理问题的解决方案。
【什么是Hash】Hash，一般翻译做“散列”，也有直接音译为“哈希”的，就是把任意长度的输入（又叫做预映射，pre-image），通过散列算法，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射，也就是，散列值的空间通常远小于输入的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出，而不可能从散列值来唯一的确定输入值。简单的说就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。HASH主要用于信息安全领域中加密算法，它把一些不同长度的信息转化成杂乱的128位的编码,这些编码值叫做HASH值.也可以说，hash就是找到一种数据内容和数据存放地址之间的映射关系。数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；而链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。那么我们能不能综合两者的特性，做出一种寻址容易，插入删除也容易的数据结构？答案是肯定的，这就是我们要提起的哈希表，哈希表有多种不同的实现方法，我接下来解释的是最常用的一种方法——拉链法，我们可以理解为“链表的数组”，如图：
【什么是Bit-map】所谓的Bit-map就是用一个bit位来标记某个元素对应的Value，而Key即是该元素。由于采用了Bit为单位来存储数据，因此在存储空间方面，可以大大节省。如果说了这么多还没明白什么是Bit-map，那么我们来看一个具体的例子，假设我们要对0-7内的5个元素(4,7,2,5,3)排序（这里假设这些元素没有重复）。那么我们就可以采用Bit-map的方法来达到排序的目的。要表示8个数，我们就只需要8个Bit（1Bytes），首先我们开辟1Byte的空间，将这些空间的所有Bit位都置为0(如下图：)
然后遍历这5个元素，首先第一个元素是4，那么就把4对应的位置为1（可以这样操作p+(i/8)|(0x01<<(i%8))当然了这里的操作涉及到Big-ending和Little-ending的情况，这里默认为Big-ending）,因为是从零开始的，所以要把第五位置为一（如下图）：
然后再处理第二个元素7，将第八位置为1,，接着再处理第三个元素，一直到最后处理完所有的元素，将相应的位置为1，这时候的内存的Bit位的状态如下：
然后我们现在遍历一遍Bit区域，将该位是一的位的编号输出（2，3，4，5，7），这样就达到了排序的目的。下面的代码给出了一个BitMap的用法：排序。
C代码
【什么是堆】概念：堆是一种特殊的二叉树，具备以下两种性质1）每个节点的值都大于（或者都小于，称为最小堆）其子节点的值2）树是完全平衡的，并且最后一层的树叶都在最左边这样就定义了一个最大堆。如下图用一个数组来表示堆：
那么下面介绍二叉堆：二叉堆是一种完全二叉树，其任意子树的左右节点（如果有的话）的键值一定比根节点大，上图其实就是一个二叉堆。
你一定发觉了，最小的一个元素就是数组第一个元素，那么二叉堆这种有序队列如何入队呢？看图：
假设要在这个二叉堆里入队一个单元，键值为2，那只需在数组末尾加入这个元素，然后尽可能把这个元素往上挪，直到挪不动，经过了这种复杂度为Ο(logn)的操作，二叉堆还是二叉堆。
那如何出队呢？也不难，看图：
出队一定是出数组的第一个元素，这么来第一个元素以前的位置就成了空位，我们需要把这个空位挪至叶子节点，然后把数组最后一个元素插入这个空位，把这个“空位”尽量往上挪。这种操作的复杂度也是Ο(logn)。
【适用范围】海量数据前n大，并且n比较小，堆可以放入内存
【基本原理及要点】最大堆求前n小，最小堆求前n大。方法，比如求前n小，我们比较当前元素与最大堆里的最大元素，如果它小于最大元素，则应该替换那个最大元素。这样最后得到的n个元素就是最小的n个。适合大数据量，求前n小，n的大小比较小的情况，这样可以扫描一遍即可得到所有的前n元素，效率很高。
【扩展】双堆，一个最大堆与一个最小堆结合，可以用来维护中位数。
【问题实例】1)100w个数中找最大的前100个数。用一个100个元素大小的最小堆即可。
最小堆如图所示，对于每个非叶子节点的数值，一定不大于孩子节点的数值。这样可用含有K个节点的最小堆来保存K个目前的最大值(当然根节点是其中的最小数值)。
每次有数据输入的时候可以先与根节点比较。若不大于根节点，则舍弃；否则用新数值替换根节点数值。并进行最小堆的调整。
一般使用连续内存存储堆内的值，因而可以根据当前节点的索引值推断子节点的索引值：
节点i的父节点为(i-1)/2；
节点j的左子结点：j*2+1;
节点j的右子结点：j*2+2;
【什么是双层桶】事实上，与其说双层桶划分是一种数据结构，不如说它是一种算法设计思想。面对一堆大量的数据我们无法处理的时候，我们可以将其分成一个个小的单元，然后根据一定的策略来处理这些小单元，从而达到目的。
【适用范围】第k大，中位数，不重复或重复的数字
【基本原理及要点】因为元素范围很大，不能利用直接寻址表，所以通过多次划分，逐步确定范围，然后最后在一个可以接受的范围内进行。可以通过多次缩小，双层只是一个例子，分治才是其根本（只是“只分不治”）。
【扩展】当有时候需要用一个小范围的数据来构造一个大数据，也是可以利用这种思想，相比之下不同的，只是其中的逆过程。
【问题实例】1).2.5亿个整数中找出不重复的整数的个数，内存空间不足以容纳这2.5亿个整数。
有点像鸽巢原理，整数个数为2^32,也就是，我们可以将这2^32个数，划分为2^8个区域(比如用单个文件代表一个区域)，然后将数据分离到不同的区域，然后不同的区域在利用bitmap就可以直接解决了。也就是说只要有足够的磁盘空间，就可以很方便的解决。当然这个题也可以用我们前面讲过的BitMap方法解决，正所谓条条大道通罗马~~~
2).5亿个int找它们的中位数。
这个例子比上面那个更明显。首先我们将int划分为2^16个区域，然后读取数据统计落到各个区域里的数的个数，之后我们根据统计结果就可以判断中位数落到那个区域，同时知道这个区域中的第几大数刚好是中位数。然后第二次扫描我们只统计落在这个区域中的那些数就可以了。
实际上，如果不是int是int64，我们可以经过3次这样的划分即可降低到可以接受的程度。即可以先将int64分成2^24个区域，然后确定区域的第几大数，在将该区域分成2^20个子区域，然后确定是子区域的第几大数，然后子区域里的数的个数只有2^20，就可以直接利用directaddrtable进行统计了。
3).现在有一个0-30000的随机数生成器。请根据这个随机数生成器，设计一个抽奖范围是0-350000彩票中奖号码列表，其中要包含20000个中奖号码。
这个题刚好和上面两个思想相反，一个0到3万的随机数生成器要生成一个0到35万的随机数。那么我们完全可以将0-35万的区间分成35/3=12个区间，然后每个区间的长度都小于等于3万，这样我们就可以用题目给的随机数生成器来生成了，然后再加上该区间的基数。那么要每个区间生成多少个随机数呢？计算公式就是：区间长度*随机数密度，在本题目中就是30000*（20000/350000）。最后要注意一点，该题目是有隐含条件的：彩票，这意味着你生成的随机数里面不能有重复，这也是我为什么用双层桶划分思想的另外一个原因。
索引是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构，使用索引可快速访问数据库表中的特定信息。
数据库索引好比是一本书前面的目录，能加快数据库的查询速度。例如这样一个查询：select*fromtable1whereid=44。如果没有索引，必须遍历整个表，直到ID等于44的这一行被找到为止；有了索引之后(必须是在ID这一列上建立的索引)，直接在索引里面找44（也就是在ID这一列找），就可以得知这一行的位置，也就是找到了这一行。可见，索引是用来定位的。索引分为聚簇索引和非聚簇索引两种，聚簇索引是按照数据存放的物理位置为顺序的，而非聚簇索引就不一样了；聚簇索引能提高多行检索的速度，而非聚簇索引对于单行的检索很快。
B树索引-SqlServer索引方式
此外，除了数据库索引之外，在LAMP结果如此流行的今天，数据库（尤其是MySQL）性能优化也是海量数据处理的一个热点。下面就结合自己的经验，聊一聊MySQL数据库优化的几个方面。首先，在数据库设计的时候，要能够充分的利用索引带来的性能提升，至于如何建立索引，建立什么样的索引，在哪些字段上建立索引，上面已经讲的很清楚了，这里不在赘述。另外就是设计数据库的原则就是尽可能少的进行数据库写操作（插入，更新，删除等），查询越简单越好。如下：
数据库设计
其次，配置缓存是必不可少的，配置缓存可以有效的降低数据库查询读取次数，从而缓解数据库服务器压力，达到优化的目的，一定程度上来讲，这算是一个“围魏救赵”的办法。可配置的缓存包括索引缓存(key_buffer)，排序缓存(sort_buffer)，查询缓存(query_buffer)，表描述符缓存(table_cache)，如下图：
配置缓存
第三，切表，切表也是一种比较流行的数据库优化法。分表包括两种方式：横向分表和纵向分表，其中，横向分表比较有使用意义，故名思议，横向切表就是指把记录分到不同的表中，而每条记录仍旧是完整的（纵向切表后每条记录是不完整的），例如原始表中有100条记录，我要切成2个表，那么最简单也是最常用的方法就是ID取摸切表法，本例中，就把ID为1,3,5,7。。。的记录存在一个表中，ID为2,4,6,8,。。。的记录存在另一张表中。虽然横向切表可以减少查询强度，但是它也破坏了原始表的完整性，如果该表的统计操作比较多，那么就不适合横向切表。横向切表有个非常典型的用法，就是用户数据：每个用户的用户数据一般都比较庞大，但是每个用户数据之间的关系不大，因此这里很适合横向切表。最后，要记住一句话就是：分表会造成查询的负担，因此在数据库设计之初，要想好是否真的适合切表的优化：
分表
性能分析
以上讲的都是单机MySQL的性能优化的一些经验，但是随着信息大爆炸，单机的数据库服务器已经不能满足我们的需求，于是，多多节点，分布式数据库网络出现了，其一般的结构如下：
分布式数据库结构
这种分布式集群的技术关键就是“同步复制”。。。
在信息大爆炸的今天，有了搜索引擎的帮助，使得我们能够快速，便捷的找到所求。提到搜索引擎，就不得不说VSM模型，说到VSM，就不得不聊倒排索引。可以毫不夸张的讲，倒排索引是搜索引擎的基石。
VSM全称是VectorSpaceModel(向量空间模型)，是IR(InformationRetrieval信息检索)模型中的一种，由于其简单，直观，高效，所以被广泛的应用到搜索引擎的架构中。98年的Google就是凭借这样的一个模型，开始了它的疯狂扩张之路。废话不多说，让我们来看看到底VSM是一个什么东东。
在开始之前，我默认大家对线性代数里面的向量(Vector)有一定了解的。向量是既有大小又有方向的量，通常用有向线段表示，向量有：加、减、倍数、内积、距离、模、夹角的运算。
文档(Document)：一个完整的信息单元，对应的搜索引擎系统里，就是指一个个的网页。
标引项(Term)：文档的基本构成单位，例如在英文中可以看做是一个单词，在中文中可以看作一个词语。
查询(Query)：一个用户的输入，一般由多个Term构成。
那么用一句话概况搜索引擎所做的事情就是：对于用户输入的Query，找到最相似的Document返回给用户。而这正是IR模型所解决的问题：
信息检索模型是指如何对查询和文档进行表示，然后对它们进行相似度计算的框架和方法。
举个简单的例子：
首先我们要确定向量的维数，这时候就需要一个字典库，字典库的大小，即是向量的维数。在该例中，字典为{春风,来了,春天,的,脚步,近了,不度,玉门关}，文档向量，查询向量如下图：
VSM模型示例
PS:为了简单起见，这里分词的粒度很大。
将Query和Document都量化为向量以后，那么就可以计算用户的查询和哪个文档相似性更大了。简单的计算结果是D1和D2同Query的内积都是1，囧。当然了，如果分词粒度再细一些，查询的结果就是另外一个样子了，因此分词的粒度也是会对查询结果（主要是召回率和准确率）造成影响的。
上述的例子是用一个很简单的例子来说明VSM模型的，计算文档相似度的时候也是采用最原始的内积的方法，并且只考虑了词频(TF)影响因子，而没有考虑反词频(IDF)，而现在比较常用的是cos夹角法，影响因子也非常多，据传Google的影响因子有100+之多。大名鼎鼎的Lucene项目就是采用VSM模型构建的，VSM的核心公式如下（由cos夹角法演变，此处省去推导过程）
VSM模型公式
倒排索引非常类似我们前面提到的Hash结构。以下内容来自维基百科：
倒排索引（英语：Invertedindex），也常被称为反向索引、置入档案或反向档案，是一种索引方法，被用来存储在全文搜索下某个单词在一个文档或者一组文档中的存储位置的映射。它是文档检索系统中最常用的数据结构。
有两种不同的反向索引形式：
由上面的定义可以知道，一个倒排索引包含一个字典的索引和所有词的列表。其中字典索引中包含了所有的Term(通俗理解为文档中的词)，索引后面跟的列表则保存该词的信息(出现的文档号，甚至包含在每个文档中的位置信息)。下面我们还采用上面的方法举一个简单的例子来说明倒排索引。
例如现在我们要对三篇文档建立索引(实际应用中，文档的数量是海量的)：
文档1(D1)：中国移动互联网发展迅速
文档2(D2)：移动互联网未来的潜力巨大
文档3(D3)：中华民族是个勤劳的民族
那么文档中的词典集合为：{中国，移动，互联网，发展，迅速，未来，的，潜力，巨大，中华，民族，是，个，勤劳}
建好的索引如下图：
倒排索引
在上面的索引中，存储了两个信息，文档号和出现的次数。建立好索引以后，我们就可以开始查询了。例如现在有一个Query是”中国移动”。首先分词得到Term集合{中国，移动}，查倒排索引，分别计算query和d1,d2,d3的距离。有没有发现，倒排表建立好以后，就不需要在检索整个文档库，而是直接从字典集合中找到“中国”和“移动”，然后遍历后面的列表直接计算。
对倒排索引结构我们已经有了初步的了解，但在实际应用中还有些需要解决的问题(主要是由海量数据引起的)。笔者列举一些问题，并给出相应的解决方案，抛砖以引玉，希望大家可以展开讨论：
1.左侧的索引表如何建立怎么做才能最高效？
2.如何快速的添加删除更新索引？
有经验的码农都知道，一般在系统的“做加法”的代价比“做减法”的代价要低很多，在搜索引擎中中也不例外。因此，在倒排表中，遇到要删除一个文档，其实不是真正的删除，而是将其标记删除。这样一个减法操作的代价就比较小了。
3.那么多的海量文档，如果存储呢？有么有什么备份策略呢？
当然了，一台机器是存储不下的，分布式存储是采取的。一般的备份保存3份就足够了。