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## InfluxDB-Protocol
### 1.切换方案

假如您原先接入 InfluxDB 的业务代码如下：

```java
InfluxDB influxDB = InfluxDBFactory.connect(openurl, username, password);
```

您只需要将 InfluxDBFactory 替换为 **IoTDBInfluxDBFactory** 即可实现业务向 IoTDB 的切换：

```java
InfluxDB influxDB = IoTDBInfluxDBFactory.connect(openurl, username, password);
```

### 2.方案设计

#### 2.1 InfluxDB-Protocol适配器

该适配器以 IoTDB Java Session 接口为底层基础，实现了 InfluxDB 的 Java 接口 `interface InfluxDB`，对用户提供了所有 InfluxDB 的接口方法，最终用户可以无感知地使用 InfluxDB 协议向 IoTDB 发起写入和读取请求。

![architecture-design](https://github.com/apache/iotdb-bin-resources/blob/main/docs/UserGuide/API/IoTDB-InfluxDB/architecture-design.png?raw=true)

![class-diagram](https://github.com/apache/iotdb-bin-resources/blob/main/docs/UserGuide/API/IoTDB-InfluxDB/class-diagram.png?raw=true)


#### 2.2 元数据格式转换

InfluxDB 的元数据是 tag-field 模型，IoTDB 的元数据是树形模型。为了使适配器能够兼容 InfluxDB 协议，需要把 InfluxDB 的元数据模型转换成 IoTDB 的元数据模型。

##### 2.2.1 InfluxDB 元数据

1. database: 数据库名。
2. measurement: 测量指标名。
3. tags : 各种有索引的属性。
4. fields : 各种记录值（没有索引的属性）。

![influxdb-data](https://github.com/apache/iotdb-bin-resources/blob/main/docs/UserGuide/API/IoTDB-InfluxDB/influxdb-data.png?raw=true)

##### 2.2.2 IoTDB 元数据

1. storage group： 存储组。
2. path(time series ID)：存储路径。
3. measurement： 物理量。

![iotdb-data](https://github.com/apache/iotdb-bin-resources/blob/main/docs/UserGuide/API/IoTDB-InfluxDB/iotdb-data.png?raw=true)

##### 2.2.3 两者映射关系

InfluxDB 元数据和 IoTDB 元数据有着如下的映射关系：
1. InfluxDB 中的 database 和 measurement 组合起来作为 IoTDB 中的 storage group。
2. InfluxDB 中的 field key 作为 IoTDB 中 measurement 路径，InfluxDB 中的 field value 即是该路径下记录的测点值。
3. InfluxDB 中的 tag 在 IoTDB 中使用 storage group 和 measurement 之间的路径表达。InfluxDB 的 tag key 由 storage group 和 measurement 之间路径的顺序隐式表达，tag value 记录为对应顺序的路径的名称。

InfluxDB 元数据向 IoTDB 元数据的转换关系可以由下面的公示表示：

`root.{database}.{measurement}.{tag value 1}.{tag value 2}...{tag value N-1}.{tag value N}.{field key}`

![influxdb-vs-iotdb-data](https://github.com/apache/iotdb-bin-resources/blob/main/docs/UserGuide/API/IoTDB-InfluxDB/influxdb-vs-iotdb-data.png?raw=true)

如上图所示，可以看出：

我们在 IoTDB 中使用 storage group 和 measurement 之间的路径来表达 InfluxDB tag 的概念，也就是图中右侧绿色方框的部分。

storage group 和 measurement 之间的每一层都代表一个 tag。如果 tag key 的数量为 N，那么 storage group 和 measurement 之间的路径的层数就是 N。我们对 storage group 和 measurement 之间的每一层进行顺序编号，每一个序号都和一个 tag key 一一对应。同时，我们使用 storage group 和 measurement 之间每一层 **路径的名字** 来记 tag value，tag key 可以通过自身的序号找到对应路径层级下的 tag value.

##### 2.2.4 关键问题

在 InfluxDB 的 SQL 语句中，tag 出现的顺序的不同并不会影响实际的执行结果。

例如：`insert factory, workshop=A1, production=B1 temperature=16.9` 和 `insert factory, production=B1, workshop=A1 temperature=16.9` 两条 InfluxDB SQL 的含义（以及执行结果）相等。

但在 IoTDB 中，上述插入的数据点可以存储在 `root.monitor.factory.A1.B1.temperature` 下，也可以存储在 `root.monitor.factory.B1.A1.temperature` 下。因此，IoTDB 路径中储存的 InfluxDB 的 tag 的顺序是需要被特别考虑的，因为 `root.monitor.factory.A1.B1.temperature` 和 
`root.monitor.factory.B1.A1.temperature` 是两条不同的序列。我们可以认为，IoTDB 元数据模型对 tag 顺序的处理是“敏感”的。

基于上述的考虑，我们还需要在 IoTDB 中记录 InfluxDB 每个 tag 对应在 IoTDB 路径中的层级顺序，以确保在执行 InfluxDB SQL 时，不论 InfluxDB SQL 中  tag 出现的顺序如何，只要该 SQL 表达的是对同一个时间序列上的操作，那么适配器都可以唯一对应到 IoTDB 中的一条时间序列上进行操作。

这里还需要考虑的另一个问题是：InfluxDB 的 tag key 及对应顺序关系应该如何持久化到 IoTDB 数据库中，以确保不会丢失相关信息。

**解决方案：**

**tag key 对应顺序关系在内存中的形式**

通过利用内存中的`Map<Measurement, Map<Tag Key, Order>>` 这样一个 Map 结构，来维护 tag 在 IoTDB 路径层级上的顺序。

``` java
    Map<String, Map<String, Integer>> measurementTagOrder
```

可以看出 Map 是一个两层的结构。

第一层的 Key 是 String 类型的 InfluxDB measurement，第一层的 Value 是一个 <String, Integer> 结构的 Map。
   
第二层的 Key 是 String 类型的 InfluxDB tag key，第二层的 Value 是 Integer 类型的 tag order，也就是 tag 在 IoTDB 路径层级上的顺序。

使用时，就可以先通过 InfluxDB measurement 定位，再通过 InfluxDB tag key 定位，最后就可以获得  tag 在 IoTDB 路径层级上的顺序了。
 
**tag key 对应顺序关系的持久化方案**

存储组为`root.TAG_INFO`，分别用存储组下的 `database_name`, `measurement_name`, `tag_name` 和 `tag_order` 测点来存储 tag key 极其对应的顺序关系。

```
+-----------------------------+---------------------------+------------------------------+----------------------+-----------------------+
|                         Time|root.TAG_INFO.database_name|root.TAG_INFO.measurement_name|root.TAG_INFO.tag_name|root.TAG_INFO.tag_order|
+-----------------------------+---------------------------+------------------------------+----------------------+-----------------------+
|2021-10-12T01:21:26.907+08:00|                    monitor|                       factory|              workshop|                      1|
|2021-10-12T01:21:27.310+08:00|                    monitor|                       factory|            production|                      2|
|2021-10-12T01:21:27.313+08:00|                    monitor|                       factory|                  cell|                      3|
|2021-10-12T01:21:47.314+08:00|                   building|                           cpu|              tempture|                      1|
+-----------------------------+---------------------------+------------------------------+----------------------+-----------------------+
```



#### 2.3 实例

##### 2.3.1 插入数据

1. 假定按照以下的顺序插入三条数据到 InfluxDB 中 (database=monitor)：
   
   (1)`insert student,name=A,phone=B,sex=C score=99`

   (2)`insert student,address=D score=98` 

   (3)`insert student,name=A,phone=B,sex=C,address=D score=97`

2. 简单对上述 InfluxDB 的时序进行解释，database 是 monitor; measurement 是student；tag 分别是 name，phone、sex 和 address；field 是 score。

对应的InfluxDB的实际存储为：

```
time                address name phone sex socre
----                ------- ---- ----- --- -----
1633971920128182000         A    B     C   99
1633971947112684000 D                      98
1633971963011262000 D       A    B     C   97
```


3. IoTDB顺序插入三条数据的过程如下：

   (1)插入第一条数据时，需要将新出现的三个 tag key 更新到 table 中，IoTDB 对应的记录 tag 顺序的 table 为：

   | database | measurement | tag_key | Order |
      | -------- | ----------- | ------- | ----- |
   | monitor | student     | name    | 0     |
   | monitor | student     | phone   | 1     |
   | monitor | student     | sex     | 2     |

   (2)插入第二条数据时，由于此时记录 tag 顺序的 table 中已经有了三个 tag key，因此需要将出现的第四个 tag key=address 更新记录。IoTDB 对应的记录 tag 顺序的 table 为：

   | database | measurement | tag_key | order |
      | -------- | ----------- | ------- | ----- |
   | monitor | student     | name    | 0     |
   | monitor | student     | phone   | 1     |
   | monitor | student     | sex     | 2     |
   | monitor | student     | address | 3     |

   (3)插入第三条数据时，此时四个 tag key 都已经记录过，所以不需要更新记录，IoTDB 对应的记录 tag 顺序的 table 为：

   | database | measurement | tag_key | order |
      | -------- | ----------- | ------- | ----- |
   | monitor | student     | name    | 0     |
   | monitor | student     | phone   | 1     |
   | monitor | student     | sex     | 2     |
   | monitor | student     | address | 3     |

4. (1)第一条插入数据对应 IoTDB 时序为 root.monitor.student.A.B.C

   (2)第二条插入数据对应 IoTDB 时序为 root.monitor.student.PH.PH.PH.D (其中PH表示占位符)。
    
   需要注意的是，由于该条数据的 tag key=address 是第四个出现的，但是自身却没有对应的前三个 tag 值，因此需要用 PH 占位符来代替。这样做的目的是保证每条数据中的 tag 顺序不会乱，是符合当前顺序表中的顺序，从而查询数据的时候可以进行指定 tag 过滤。

   (3)第三条插入数据对应 IoTDB 时序为 root.monitor.student.A.B.C.D 
  
   对应的 IoTDB 的实际存储为：

```
+-----------------------------+--------------------------------+-------------------------------------+----------------------------------+
|                         Time|root.monitor.student.A.B.C.score|root.monitor.student.PH.PH.PH.D.score|root.monitor.student.A.B.C.D.score|
+-----------------------------+--------------------------------+-------------------------------------+----------------------------------+
|2021-10-12T01:21:26.907+08:00|                              99|                                 NULL|                              NULL|
|2021-10-12T01:21:27.310+08:00|                            NULL|                                   98|                              NULL|
|2021-10-12T01:21:27.313+08:00|                            NULL|                                 NULL|                                97|
+-----------------------------+--------------------------------+-------------------------------------+----------------------------------+
```

5. 如果上面三条数据插入的顺序不一样，我们可以看到对应的实际path路径也就发生了改变，因为InfluxDB数据中的Tag出现顺序发生了变化，所对应的到IoTDB中的path节点顺序也就发生了变化。

   但是这样实际并不会影响查询的正确性，因为一旦Influxdb的Tag顺序确定之后，查询也会按照这个顺序表记录的顺序进行Tag值过滤。所以并不会影响查询的正确性。

##### 2.3.2 查询数据

1. 查询student中phone=B的数据。在database=monitor,measurement=student中tag=phone的顺序为1，order最大值是3，对应到IoTDB的查询为：
 
   ```sql 
   select * from root.monitor.student.*.B
   ```

2. 查询student中phone=B且score>97的数据，对应到IoTDB的查询为：
 
   ```sql
   select * from root.monitor.student.*.B where score>97 
   ```

3. 查询student中phone=B且score>97且时间在最近七天内的的数据，对应到IoTDB的查询为：
 
   ```sql
   select * from root.monitor.student.*.B where score>97 and time > now()-7d 
   ```


4. 查询student中name=A或score>97，由于tag存储在路径中，因此没有办法用一次查询同时完成tag和field的**或**语义查询，因此需要多次查询进行或运算求并集，对应到IoTDB的查询为：

   ```sql
   select * from root.monitor.student.A 
   select * from root.monitor.student where score>97
   ```
   最后手动对上面两次查询结果求并集。

5. 查询student中(name=A或phone=B或sex=C)且score>97，由于tag存储在路径中，因此没有办法用一次查询完成tag的**或**语义， 因此需要多次查询进行或运算求并集，对应到IoTDB的查询为：

   ```sql
   select * from root.monitor.student.A where score>97
   select * from root.monitor.student.*.B where score>97
   select * from root.monitor.student.*.*.C where score>97
   ```
   最后手动对上面三次查询结果求并集。

