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Python 原生接口

大约 11 分钟

Python 原生接口

依赖

在使用 Python 原生接口包前,您需要安装 thrift (>=0.13) 依赖。

如何使用 (示例)

首先下载包:pip3 install apache-iotdb

您可以从这里得到一个使用该包进行数据读写的例子:Session Exampleopen in new window

关于对齐时间序列读写的例子:Aligned Timeseries Session Exampleopen in new window

(您需要在文件的头部添加import iotdb

或者:

from iotdb.Session import Session

ip = "127.0.0.1"
port_ = "6667"
username_ = "root"
password_ = "root"
session = Session(ip, port_, username_, password_)
session.open(False)
zone = session.get_time_zone()
session.close()

基本接口说明

下面将给出 Session 对应的接口的简要介绍和对应参数:

初始化

  • 初始化 Session
session = Session(
    ip="127.0.0.1",
    port="6667",
    user="root",
    password="root",
    fetch_size=1024,
    zone_id="UTC+8",
    enable_redirection=True
)
  • 初始化可连接多节点的 Session
session = Session.init_from_node_urls(
    node_urls=["127.0.0.1:6667", "127.0.0.1:6668", "127.0.0.1:6669"],
    user="root",
    password="root",
    fetch_size=1024,
    zone_id="UTC+8",
    enable_redirection=True
)
  • 开启 Session,并决定是否开启 RPC 压缩
session.open(enable_rpc_compression=False)

注意: 客户端的 RPC 压缩开启状态需和服务端一致

  • 关闭 Session
session.close()

通过SessionPool管理session连接

利用SessionPool管理session,不需要再考虑如何重用session。当session连接到达pool的最大值时,获取session的请求会被阻塞,可以通过参数设置阻塞等待时间。每次session使用完需要使用putBack方法将session归还到SessionPool中管理。

创建SessionPool

pool_config = PoolConfig(host=ip,port=port, user_name=username,
                         password=password, fetch_size=1024,
                         time_zone="UTC+8", max_retry=3)
max_pool_size = 5
wait_timeout_in_ms = 3000

# 通过配置参数创建连接池
session_pool = SessionPool(pool_config, max_pool_size, wait_timeout_in_ms)

通过分布式节点创建SessionPool

pool_config = PoolConfig(node_urls=node_urls=["127.0.0.1:6667", "127.0.0.1:6668", "127.0.0.1:6669"], user_name=username,
                         password=password, fetch_size=1024,
                         time_zone="UTC+8", max_retry=3)
max_pool_size = 5
wait_timeout_in_ms = 3000

通过SessionPool获取session,使用完手动调用PutBack

session = session_pool.get_session()
session.set_storage_group(STORAGE_GROUP_NAME)
session.create_time_series(
  TIMESERIES_PATH, TSDataType.BOOLEAN, TSEncoding.PLAIN, Compressor.SNAPPY
)
# 使用完调用putBack归还
session_pool.put_back(session)
# 关闭sessionPool时同时关闭管理的session
session_pool.close()

数据定义接口 DDL

Database 管理

  • 设置 database
session.set_storage_group(group_name)
  • 删除单个或多个 database
session.delete_storage_group(group_name)
session.delete_storage_groups(group_name_lst)

时间序列管理

  • 创建单个或多个时间序列
session.create_time_series(ts_path, data_type, encoding, compressor,
    props=None, tags=None, attributes=None, alias=None)
      
session.create_multi_time_series(
    ts_path_lst, data_type_lst, encoding_lst, compressor_lst,
    props_lst=None, tags_lst=None, attributes_lst=None, alias_lst=None
)
  • 创建对齐时间序列
session.create_aligned_time_series(
    device_id, measurements_lst, data_type_lst, encoding_lst, compressor_lst
)

注意:目前暂不支持使用传感器别名。

  • 删除一个或多个时间序列
session.delete_time_series(paths_list)
  • 检测时间序列是否存在
session.check_time_series_exists(path)

数据操作接口 DML

数据写入

推荐使用 insert_tablet 帮助提高写入效率

  • 插入一个 Tablet,Tablet 是一个设备若干行数据块,每一行的列都相同
    • 写入效率高
    • 支持写入空值 (0.13 版本起)

Python API 里目前有两种 Tablet 实现

  • 普通 Tablet
values_ = [
    [False, 10, 11, 1.1, 10011.1, "test01"],
    [True, 100, 11111, 1.25, 101.0, "test02"],
    [False, 100, 1, 188.1, 688.25, "test03"],
    [True, 0, 0, 0, 6.25, "test04"],
]
timestamps_ = [1, 2, 3, 4]
tablet_ = Tablet(
    device_id, measurements_, data_types_, values_, timestamps_
)
session.insert_tablet(tablet_)

values_ = [
    [None, 10, 11, 1.1, 10011.1, "test01"],
    [True, None, 11111, 1.25, 101.0, "test02"],
    [False, 100, None, 188.1, 688.25, "test03"],
    [True, 0, 0, 0, None, None],
]
timestamps_ = [16, 17, 18, 19]
tablet_ = Tablet(
    device_id, measurements_, data_types_, values_, timestamps_
)
session.insert_tablet(tablet_)
  • Numpy Tablet

相较于普通 Tablet,Numpy Tablet 使用 numpy.ndarrayopen in new window 来记录数值型数据。
内存占用和序列化耗时会降低很多,写入效率也会有很大提升。

注意

  1. Tablet 中的每一列时间戳和值记录为一个 ndarray
  2. Numpy Tablet 只支持大端类型数据,ndarray 构建时如果不指定数据类型会使用小端,因此推荐在构建 ndarray 时指定下面例子中类型使用大端。如果不指定,IoTDB Python客户端也会进行大小端转换,不影响使用正确性。
import numpy as np
data_types_ = [
    TSDataType.BOOLEAN,
    TSDataType.INT32,
    TSDataType.INT64,
    TSDataType.FLOAT,
    TSDataType.DOUBLE,
    TSDataType.TEXT,
]
np_values_ = [
    np.array([False, True, False, True], TSDataType.BOOLEAN.np_dtype()),
    np.array([10, 100, 100, 0], TSDataType.INT32.np_dtype()),
    np.array([11, 11111, 1, 0], TSDataType.INT64.np_dtype()),
    np.array([1.1, 1.25, 188.1, 0], TSDataType.FLOAT.np_dtype()),
    np.array([10011.1, 101.0, 688.25, 6.25], TSDataType.DOUBLE.np_dtype()),
    np.array(["test01", "test02", "test03", "test04"], TSDataType.TEXT.np_dtype()),
]
np_timestamps_ = np.array([1, 2, 3, 4], TSDataType.INT64.np_dtype())
np_tablet_ = NumpyTablet(
  device_id, measurements_, data_types_, np_values_, np_timestamps_
)
session.insert_tablet(np_tablet_)

# insert one numpy tablet with None into the database.
np_values_ = [
    np.array([False, True, False, True], TSDataType.BOOLEAN.np_dtype()),
    np.array([10, 100, 100, 0], TSDataType.INT32.np_dtype()),
    np.array([11, 11111, 1, 0], TSDataType.INT64.np_dtype()),
    np.array([1.1, 1.25, 188.1, 0], TSDataType.FLOAT.np_dtype()),
    np.array([10011.1, 101.0, 688.25, 6.25], TSDataType.DOUBLE.np_dtype()),
    np.array(["test01", "test02", "test03", "test04"], TSDataType.TEXT.np_dtype()),
]
np_timestamps_ = np.array([98, 99, 100, 101], TSDataType.INT64.np_dtype())
np_bitmaps_ = []
for i in range(len(measurements_)):
    np_bitmaps_.append(BitMap(len(np_timestamps_)))
np_bitmaps_[0].mark(0)
np_bitmaps_[1].mark(1)
np_bitmaps_[2].mark(2)
np_bitmaps_[4].mark(3)
np_bitmaps_[5].mark(3)
np_tablet_with_none = NumpyTablet(
    device_id, measurements_, data_types_, np_values_, np_timestamps_, np_bitmaps_
)
session.insert_tablet(np_tablet_with_none)
  • 插入多个 Tablet
session.insert_tablets(tablet_lst)
  • 插入一个 Record,一个 Record 是一个设备一个时间戳下多个测点的数据。
session.insert_record(device_id, timestamp, measurements_, data_types_, values_)
  • 插入多个 Record
session.insert_records(
    device_ids_, time_list_, measurements_list_, data_type_list_, values_list_
    )
  • 插入同属于一个 device 的多个 Record
session.insert_records_of_one_device(device_id, time_list, measurements_list, data_types_list, values_list)

带有类型推断的写入

当数据均是 String 类型时,我们可以使用如下接口,根据 value 的值进行类型推断。例如:value 为 "true" ,就可以自动推断为布尔类型。value 为 "3.2" ,就可以自动推断为数值类型。服务器需要做类型推断,可能会有额外耗时,速度较无需类型推断的写入慢

session.insert_str_record(device_id, timestamp, measurements, string_values)

对齐时间序列的写入

对齐时间序列的写入使用 insert_aligned_xxx 接口,其余与上述接口类似:

  • insert_aligned_record
  • insert_aligned_records
  • insert_aligned_records_of_one_device
  • insert_aligned_tablet
  • insert_aligned_tablets

IoTDB-SQL 接口

  • 执行查询语句
session.execute_query_statement(sql)
  • 执行非查询语句
session.execute_non_query_statement(sql)
  • 执行语句
session.execute_statement(sql)

元数据模版接口

构建元数据模版

  1. 首先构建 Template 类
  2. 添加子节点 MeasurementNode
  3. 调用创建元数据模版接口
template = Template(name=template_name, share_time=True)

m_node_x = MeasurementNode("x", TSDataType.FLOAT, TSEncoding.RLE, Compressor.SNAPPY)
m_node_y = MeasurementNode("y", TSDataType.FLOAT, TSEncoding.RLE, Compressor.SNAPPY)
m_node_z = MeasurementNode("z", TSDataType.FLOAT, TSEncoding.RLE, Compressor.SNAPPY)

template.add_template(m_node_x)
template.add_template(m_node_y)
template.add_template(m_node_z)

session.create_schema_template(template)

修改模版节点信息

修改模版节点,其中修改的模版必须已经被创建。以下函数能够在已经存在的模版中增加或者删除物理量

  • 在模版中增加实体
session.add_measurements_in_template(template_name, measurements_path, data_types, encodings, compressors, is_aligned)
  • 在模版中删除物理量
session.delete_node_in_template(template_name, path)

挂载元数据模板

session.set_schema_template(template_name, prefix_path)

卸载元数据模版

session.unset_schema_template(template_name, prefix_path)

查看元数据模版

  • 查看所有的元数据模版
session.show_all_templates()
  • 查看元数据模版中的物理量个数
session.count_measurements_in_template(template_name)
  • 判断某个节点是否为物理量,该节点必须已经在元数据模版中
session.count_measurements_in_template(template_name, path)
  • 判断某个路径是否在元数据模版中,这个路径有可能不在元数据模版中
session.is_path_exist_in_template(template_name, path)
  • 查看某个元数据模板下的物理量
session.show_measurements_in_template(template_name)
  • 查看挂载了某个元数据模板的路径前缀
session.show_paths_template_set_on(template_name)
  • 查看使用了某个元数据模板(即序列已创建)的路径前缀
session.show_paths_template_using_on(template_name)

删除元数据模版

删除已经存在的元数据模版,不支持删除已经挂载的模版

session.drop_schema_template("template_python")

对 Pandas 的支持

我们支持将查询结果轻松地转换为 Pandas Dataframeopen in new window

SessionDataSet 有一个方法.todf(),它的作用是消费 SessionDataSet 中的数据,并将数据转换为 pandas dataframe。

例子:

from iotdb.Session import Session

ip = "127.0.0.1"
port_ = "6667"
username_ = "root"
password_ = "root"
session = Session(ip, port_, username_, password_)
session.open(False)
result = session.execute_query_statement("SELECT ** FROM root")

# Transform to Pandas Dataset
df = result.todf()

session.close()

# Now you can work with the dataframe
df = ...

IoTDB Testcontainer

Python 客户端对测试的支持是基于testcontainers库 (https://testcontainers-python.readthedocs.io/en/latest/index.htmlopen in new window) 的,如果您想使用该特性,就需要将其安装到您的项目中。

要在 Docker 容器中启动(和停止)一个 IoTDB 数据库,只需这样做:

class MyTestCase(unittest.TestCase):

    def test_something(self):
        with IoTDBContainer() as c:
            session = Session("localhost", c.get_exposed_port(6667), "root", "root")
            session.open(False)
            result = session.execute_query_statement("SHOW TIMESERIES")
            print(result)
            session.close()

默认情况下,它会拉取最新的 IoTDB 镜像 apache/iotdb:latest进行测试,如果您想指定待测 IoTDB 的版本,您只需要将版本信息像这样声明:IoTDBContainer("apache/iotdb:0.12.0"),此时,您就会得到一个0.12.0版本的 IoTDB 实例。

IoTDB DBAPI

IoTDB DBAPI 遵循 Python DB API 2.0 规范 (https://peps.python.org/pep-0249/open in new window),实现了通过Python语言访问数据库的通用接口。

例子

  • 初始化

初始化的参数与Session部分保持一致(sqlalchemy_mode参数除外,该参数仅在SQLAlchemy方言中使用)

from iotdb.dbapi import connect

ip = "127.0.0.1"
port_ = "6667"
username_ = "root"
password_ = "root"
conn = connect(ip, port_, username_, password_,fetch_size=1024,zone_id="UTC+8",sqlalchemy_mode=False)
cursor = conn.cursor()
  • 执行简单的SQL语句
cursor.execute("SELECT ** FROM root")
for row in cursor.fetchall():
    print(row)
  • 执行带有参数的SQL语句

IoTDB DBAPI 支持pyformat风格的参数

cursor.execute("SELECT ** FROM root WHERE time < %(time)s",{"time":"2017-11-01T00:08:00.000"})
for row in cursor.fetchall():
    print(row)
  • 批量执行带有参数的SQL语句
seq_of_parameters = [
    {"timestamp": 1, "temperature": 1},
    {"timestamp": 2, "temperature": 2},
    {"timestamp": 3, "temperature": 3},
    {"timestamp": 4, "temperature": 4},
    {"timestamp": 5, "temperature": 5},
]
sql = "insert into root.cursor(timestamp,temperature) values(%(timestamp)s,%(temperature)s)"
cursor.executemany(sql,seq_of_parameters)
  • 关闭连接
cursor.close()
conn.close()

IoTDB SQLAlchemy Dialect(实验性)

IoTDB的SQLAlchemy方言主要是为了适配Apache superset而编写的,该部分仍在完善中,请勿在生产环境中使用!

元数据模型映射

SQLAlchemy 所使用的数据模型为关系数据模型,这种数据模型通过表格来描述不同实体之间的关系。
而 IoTDB 的数据模型为层次数据模型,通过树状结构来对数据进行组织。
为了使 IoTDB 能够适配 SQLAlchemy 的方言,需要对 IoTDB 中原有的数据模型进行重新组织,
把 IoTDB 的数据模型转换成 SQLAlchemy 的数据模型。

IoTDB 中的元数据有:

  1. Database:数据库
  2. Path:存储路径
  3. Entity:实体
  4. Measurement:物理量

SQLAlchemy 中的元数据有:

  1. Schema:数据模式
  2. Table:数据表
  3. Column:数据列

它们之间的映射关系为:

SQLAlchemy中的元数据IoTDB中对应的元数据
SchemaDatabase
TablePath ( from database to entity ) + Entity
ColumnMeasurement

下图更加清晰的展示了二者的映射关系:

sqlalchemy-to-iotdb
sqlalchemy-to-iotdb

数据类型映射

IoTDB 中的数据类型SQLAlchemy 中的数据类型
BOOLEANBoolean
INT32Integer
INT64BigInteger
FLOATFloat
DOUBLEFloat
TEXTText
LONGBigInteger

Example

  • 执行语句
from sqlalchemy import create_engine

engine = create_engine("iotdb://root:root@127.0.0.1:6667")
connect = engine.connect()
result = connect.execute("SELECT ** FROM root")
for row in result.fetchall():
    print(row)
  • ORM (目前只支持简单的查询)
from sqlalchemy import create_engine, Column, Float, BigInteger, MetaData
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

metadata = MetaData(
    schema='root.factory'
)
Base = declarative_base(metadata=metadata)


class Device(Base):
    __tablename__ = "room2.device1"
    Time = Column(BigInteger, primary_key=True)
    temperature = Column(Float)
    status = Column(Float)


engine = create_engine("iotdb://root:root@127.0.0.1:6667")

DbSession = sessionmaker(bind=engine)
session = DbSession()

res = session.query(Device.status).filter(Device.temperature > 1)

for row in res:
    print(row)

给开发人员

介绍

这是一个使用 thrift rpc 接口连接到 IoTDB 的示例。在 Windows 和 Linux 上操作几乎是一样的,但要注意路径分隔符等不同之处。

依赖

首选 Python3.7 或更高版本。

必须安装 thrift(0.11.0 或更高版本)才能将 thrift 文件编译为 Python 代码。下面是官方的安装教程,最终,您应该得到一个 thrift 可执行文件。

http://thrift.apache.org/docs/install/

在开始之前,您还需要在 Python 环境中安装requirements_dev.txt中的其他依赖:

pip install -r requirements_dev.txt

编译 thrift 库并调试

在 IoTDB 源代码文件夹的根目录下,运行mvn clean generate-sources -pl iotdb-client/client-py -am

这个指令将自动删除iotdb/thrift中的文件,并使用新生成的 thrift 文件重新填充该文件夹。

这个文件夹在 git 中会被忽略,并且永远不应该被推到 git 中!

注意不要将iotdb/thrift上传到 git 仓库中 !

Session 客户端 & 使用示例

我们将 thrift 接口打包到client-py/src/iotdb/session.py 中(与 Java 版本类似),还提供了一个示例文件client-py/src/SessionExample.py来说明如何使用 Session 模块。请仔细阅读。

另一个简单的例子:

from iotdb.Session import Session

ip = "127.0.0.1"
port_ = "6667"
username_ = "root"
password_ = "root"
session = Session(ip, port_, username_, password_)
session.open(False)
zone = session.get_time_zone()
session.close()

测试

请在tests文件夹中添加自定义测试。

要运行所有的测试,只需在根目录中运行pytest . 即可。

注意一些测试需要在您的系统上使用 docker,因为测试的 IoTDB 实例是使用 testcontainersopen in new window 在 docker 容器中启动的。

其他工具

blackopen in new windowflake8open in new window 分别用于自动格式化和 linting。
它们可以通过 black .flake8 . 分别运行。

发版

要进行发版,

只需确保您生成了正确的 thrift 代码,

运行了 linting 并进行了自动格式化,

然后,确保所有测试都正常通过(通过pytest . ),

最后,您就可以将包发布到 pypi 了。

准备您的环境

首先,通过pip install -r requirements_dev.txt安装所有必要的开发依赖。

发版

有一个脚本release.sh可以用来执行发版的所有步骤。

这些步骤包括:

  • 删除所有临时目录(如果存在)

  • (重新)通过 mvn 生成所有必须的源代码

  • 运行 linting (flke8)

  • 通过 pytest 运行测试

  • Build

  • 发布到 pypi

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