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# TsFile API 

TsFile 是在 IoTDB 中使用的时间序列的文件格式。在这个章节中，我们将介绍这种文件格式的用法。 

## 安装 TsFile libaray


在您自己的项目中有两种方法使用 TsFile .

* 使用 jar 包:
	* 编译源码生成 jar 包
	
		```
		git clone https://github.com/apache/incubator-iotdb.git
		cd tsfile/
		mvn clean package -Dmaven.test.skip=true
		```
		命令执行完成之后，所有的 jar 包都可以从 `target/` 目录下找到。之后您可以在自己的工程中倒入 `target/tsfile-0.10.1-jar-with-dependencies.jar`.
	
* 使用 Maven 依赖: 

  编译源码并且部署到您的本地仓库中需要 3 步:

  * 下载源码

  	```
  	git clone https://github.com/apache/incubator-iotdb.git
  	```
  * 编译源码和部署到本地仓库
  	
  	```
  	cd tsfile/
  	mvn clean install -Dmaven.test.skip=true
  	```
  * 在您自己的工程中增加依赖:

    ```
  	 <dependency>
  	   <groupId>org.apache.iotdb</groupId>
  	   <artifactId>tsfile</artifactId>
  	   <version>0.10.1</version>
  	 </dependency>
    ```
    

  或者，您可以直接使用官方的 Maven 仓库:

  * 首先，在`${username}\.m2\settings.xml`目录下的`settings.xml`文件中`<profiles>`
     节中增加`<profile>`，内容如下:
    ```
      <profile>
           <id>allow-snapshots</id>
              <activation><activeByDefault>true</activeByDefault></activation>
           <repositories>
             <repository>  
                <id>apache.snapshots</id>
                <name>Apache Development Snapshot Repository</name>
                <url>https://repository.apache.org/content/repositories/snapshots/</url>
                <releases>
                    <enabled>false</enabled>
                </releases>
                <snapshots>
                    <enabled>true</enabled>
                </snapshots>
              </repository>
           </repositories>
         </profile>
    ```
  * 之后您可以在您的工程中增加如下依赖:

    ```
  	 <dependency>
  	   <groupId>org.apache.iotdb</groupId>
  	   <artifactId>tsfile</artifactId>
  	   <version>0.10.1</version>
  	 </dependency>
    ```

## TSFile 的使用
本章节演示TsFile的详细用法。

### 时序数据(Time-series Data)
一个时序是由4个序列组成，分别是 device, measurement, time, value。

* **measurement**: 时间序列描述的是一个物理或者形式的测量(measurement)，比如：城市的温度，一些商品的销售数量或者是火车在不同时间的速度。
传统的传感器(如温度计)也采用单次测量(measurement)并产生时间序列，我们将在下面交替使用测量(measurement)和传感器。

* **device**: 一个设备指的是一个正在进行多次测量(产生多个时间序列)的实体，例如，
  ​    ​    ​    一列正在运行的火车监控它的速度、油表、它已经运行的英里数，当前的乘客每个都被传送到一个时间序列。

表1描述了一组时间序列数据。下表中显示的集合包含一个名为 "device\_1" 的设备，它有三个测量值(measurement)分别是
"sensor\_1", "sensor\_2" 和 "sensor\_3". 

<center>
<table style="text-align:center">
    <tr><th colspan="6">device_1</th></tr>
    <tr><th colspan="2">sensor_1</th><th colspan="2">sensor_2</th><th colspan="2">sensor_3</th></tr>
    <tr><th>time</th><th>value</th><th>time</th><th>value</th><th>time</th><th>value</th></tr>
    <tr><td>1</td><td>1.2</td><td>1</td><td>20</td><td>2</td><td>50</td></tr>
    <tr><td>3</td><td>1.4</td><td>2</td><td>20</td><td>4</td><td>51</td></tr>
    <tr><td>5</td><td>1.1</td><td>3</td><td>21</td><td>6</td><td>52</td></tr>
    <tr><td>7</td><td>1.8</td><td>4</td><td>20</td><td>8</td><td>53</td></tr>
</table>
<span>一组时间序列数据</span>
</center>


**单行数据**: 在许多工业应用程序中，一个设备通常包含多个传感器，这些传感器可能同时具有多个值，这称为一行数据。

在形式上，一行数据包含一个`device_id`，它是一个时间戳，表示从 1970年1月1日 00:00:00 开始的毫秒数,
以及由`measurement_id`和相应的`value`组成的几个数据对。一行中的所有数据对都属于这个`device_id`，并且具有相同的时间戳。
如果其中一个度量值`measurements`在某个时间戳`timestamp`没有值`value`，将使用一个空格表示(实际上 TsFile 并不存储 null 值)。
其格式如下：

```
device_id, timestamp, <measurement_id, value>...
```

示例数据如下所示。在本例中，两个度量值(measurement)的数据类型分别是`INT32`和`FLOAT`。

```
device_1, 1490860659000, m1, 10, m2, 12.12
```


### 写入 TsFile

#### 生成一个 TsFile 文件
TsFile可以通过以下三个步骤生成，完整的代码参见"写入 TsFile 示例"章节。

* 首先，构造一个`TsFileWriter`实例。
  
    以下是可用的构造函数:
    
    * 没有预定义 schema
    ```
    public TsFileWriter(File file) throws IOException
    ```
    * 预定义 schema
    ```
    public TsFileWriter(File file, Schema schema) throws IOException
    ```
    这个是用于使用 HDFS 文件系统的。`TsFileOutput`可以是`HDFSOutput`类的一个实例。
    
    ```
    public TsFileWriter(TsFileOutput output, Schema schema) throws IOException 
    ```
    
    如果你想自己设置一些 TSFile 的配置，你可以使用`config`参数。比如:
    ```
    TSFileConfig conf = new TSFileConfig();
    conf.setTSFileStorageFs("HDFS");
    TsFileWriter tsFileWriter = new TsFileWriter(file, schema, conf);
    ```
    在上面的例子中，数据文件将存储在 HDFS 中，而不是本地文件系统中。如果你想在本地文件系统中存储数据文件，你可以使用`conf.setTSFileStorageFs("LOCAL")`，这也是默认的配置。
    
    您还可以通过`config.setHdfsIp(...)`和`config.setHdfsPort(...)`来配置 HDFS 的 IP 和端口。默认的 IP是`localhost`，默认的端口是`9000`.
    
    **参数:**
    
    * file : 写入 TsFile 数据的文件
    
    * schema : 文件的 schemas，将在下章进行介绍
    
    * config : TsFile 的一些配置项

* 第二步，添加测量值(measurement)
  
    你也可以先创建一个`Schema`类的实例然后把它传递给`TsFileWriter`类的构造函数
    
    `Schema`类保存的是一个映射关系，key 是一个 measurement 的名字，value 是 measurement schema.
    
    下面是一系列接口:
    ```
    // Create an empty Schema or from an existing map
    public Schema()
    public Schema(Map<String, MeasurementSchema> measurements)
    // Use this two interfaces to add measurements
    public void registerMeasurement(MeasurementSchema descriptor)
    public void registerMeasurements(Map<String, MeasurementSchema> measurements)
    // Some useful getter and checker
    public TSDataType getMeasurementDataType(String measurementId)
    public MeasurementSchema getMeasurementSchema(String measurementId)
    public Map<String, MeasurementSchema> getAllMeasurementSchema()
    public boolean hasMeasurement(String measurementId)
    ```
  
    你可以在`TsFileWriter`类中使用以下接口来添加额外的测量(measurement):
    ​      
    ```
    public void addMeasurement(MeasurementSchema measurementSchema) throws WriteProcessException
    ```
    
    `MeasurementSchema`类保存了一个测量(measurement)的信息，有几个构造函数:
    ```
    public MeasurementSchema(String measurementId, TSDataType type, TSEncoding encoding)
    public MeasurementSchema(String measurementId, TSDataType type, TSEncoding encoding, CompressionType compressionType)
    public MeasurementSchema(String measurementId, TSDataType type, TSEncoding encoding, CompressionType compressionType, 
    Map<String, String> props)
    ```
    
    **参数:**
    ​    
    * measurementID: 测量的名称，通常是传感器的名称。
      
    * type: 数据类型，现在支持六种类型: `BOOLEAN`, `INT32`, `INT64`, `FLOAT`, `DOUBLE`, `TEXT`;
    
    * encoding: 编码类型. 参见 [Chapter 2-3](../Concept/Encoding.html).
    
    * compression: 压缩方式. 现在支持 `UNCOMPRESSED` 和 `SNAPPY`.
    
    * props: 特殊数据类型的属性。比如说`FLOAT`和`DOUBLE`可以设置`max_point_number`，`TEXT`可以设置`max_string_length`。
    可以使用Map来保存键值对，比如("max_point_number", "3")。
    
    > **注意:** 虽然一个测量(measurement)的名字可以被用在多个deltaObjects中, 但是它的参数是不允许被修改的。比如: 
        不允许多次为同一个测量(measurement)名添加不同类型的编码。下面是一个错误示例:
    
        // The measurement "sensor_1" is float type
        addMeasurement(new MeasurementSchema("sensor_1", TSDataType.FLOAT, TSEncoding.RLE));
        
        // This call will throw a WriteProcessException exception
        addMeasurement(new MeasurementSchema("sensor_1", TSDataType.INT32, TSEncoding.RLE));
* 第三，插入和写入数据。
  
    使用这个接口创建一个新的`TSRecord`(时间戳和设备对)。
    
    ```
    public TSRecord(long timestamp, String deviceId)
    ```
  
    然后创建一个`DataPoint`(度量(measurement)和值的对应)，并使用 addTuple 方法将数据 DataPoint 添加正确的值到 TsRecord。
    
    用下面这种方法写
    ```
    public void write(TSRecord record) throws IOException, WriteProcessException
    ```
    
* 最后，调用`close`方法来完成写入过程。
  
    ```
    public void close() throws IOException
    ```

我们也支持将数据写入已关闭的 TsFile 文件中。

* 使用`ForceAppendTsFileWriter`打开已经关闭的文件。

```
public ForceAppendTsFileWriter(File file) throws IOException
```
* 调用 `doTruncate` 去掉文件的Metadata部分

* 然后使用  `ForceAppendTsFileWriter` 构造另一个`TsFileWriter`

```
public TsFileWriter(TsFileIOWriter fileWriter) throws IOException
```
请注意 此时需要重新添加测量值(measurement) 再进行上述写入操作。

#### 写入 TsFile 示例

您需要安装 TsFile 到本地的 Maven 仓库中。

```
mvn clean install -pl tsfile -am -DskipTests
```

如果存在**非对齐**的时序数据(比如：不是所有的传感器都有值)，您可以通过构造**TSRecord**来写入。

更详细的例子可以在`/example/tsfile/src/main/java/org/apache/iotdb/tsfile/TsFileWriteWithTSRecord.java`中查看


如果所有时序数据都是**对齐**的，您可以通过构造**Tablet**来写入数据。

更详细的例子可以在`/example/tsfile/src/main/java/org/apache/iotdb/tsfile/TsFileWriteWithTablet.java`中查看

在已关闭的TsFile 文件中写入新数据的详细例子可以在`/example/tsfile/src/main/java/org/apache/iotdb/tsfile/TsFileForceAppendWrite.java`中查看

### 读取 TsFile 接口

#### 开始之前

"时序数据"章节中的数据集在本章节做具体的介绍。下表中显示的集合包含一个名为"device\_1"的 deltaObject，包含了 3 个名为"sensor\_1","sensor\_2"和"sensor\_3"的测量(measurement)。
测量值被简化成一个简单的例子，每条数据只包含 4 条时间和值的对应数据。

<center>
<table style="text-align:center">
    <tr><th colspan="6">device_1</th></tr>
    <tr><th colspan="2">sensor_1</th><th colspan="2">sensor_2</th><th colspan="2">sensor_3</th></tr>
    <tr><th>time</th><th>value</th><th>time</th><th>value</th><th>time</th><th>value</th></tr>
    <tr><td>1</td><td>1.2</td><td>1</td><td>20</td><td>2</td><td>50</td></tr>
    <tr><td>3</td><td>1.4</td><td>2</td><td>20</td><td>4</td><td>51</td></tr>
    <tr><td>5</td><td>1.1</td><td>3</td><td>21</td><td>6</td><td>52</td></tr>
    <tr><td>7</td><td>1.8</td><td>4</td><td>20</td><td>8</td><td>53</td></tr>
</table>
<span>一组时间序列数据</span>
</center>


#### 路径的定义

路径是一个点(.)分隔的字符串，它唯一地标识 TsFile 中的时间序列，例如："root.area_1.device_1.sensor_1"。
最后一部分"sensor_1"称为"measurementId"，其余部分"root.area_1.device_1"称为deviceId。
正如之前提到的，不同设备中的相同测量(measurement)具有相同的数据类型和编码，设备也是唯一的。

在read接口中，参数```paths```表示要选择的测量值(measurement)。
Path实例可以很容易地通过类```Path```来构造。例如:

```
Path p = new Path("device_1.sensor_1");
```

我们可以为查询传递一个 ArrayList 路径，以支持多个路径查询。

```
List<Path> paths = new ArrayList<Path>();
paths.add(new Path("device_1.sensor_1"));
paths.add(new Path("device_1.sensor_3"));
```

> **注意:** 在构造路径时，参数的格式应该是一个点(.)分隔的字符串，最后一部分是measurement，其余部分确认为deviceId。


#### 定义 Filter

##### 使用条件过滤
在 TsFile 读取过程中使用 Filter 来选择满足一个或多个给定条件的数据。

#### IExpression
`IExpression`是一个过滤器表达式接口，它将被传递给系统查询时调用。
我们创建一个或多个筛选器表达式，并且可以使用`Binary Filter Operators`将它们连接形成最终表达式。

* **创建一个Filter表达式**
  
    有两种类型的过滤器。
    
     * TimeFilter: 使用时序数据中的`time`过滤。
        ```
        IExpression timeFilterExpr = new GlobalTimeExpression(TimeFilter);
        ```
          使用以下关系获得一个`TimeFilter`对象(值是一个 long 型变量)。
        <center>
        <table style="text-align:center">
            <tr><th>Relationship</th><th>Description</th></tr>
            <tr><td>TimeFilter.eq(value)</td><td>选择时间等于值的数据</td></tr>
            <tr><td>TimeFilter.lt(value)</td><td>选择时间小于值的数据</td></tr>
            <tr><td>TimeFilter.gt(value)</td><td>选择时间大于值的数据</td></tr>
            <tr><td>TimeFilter.ltEq(value)</td><td>选择时间小于等于值的数据</td></tr>
            <tr><td>TimeFilter.gtEq(value)</td><td>选择时间大于等于值的数据</td></tr>
            <tr><td>TimeFilter.notEq(value)</td><td>选择时间不等于值的数据</td></tr>
            <tr><td>TimeFilter.not(TimeFilter)</td><td>选择时间不满足另一个时间过滤器的数据</td></tr>
        </table>
        </center>
        
     * ValueFilter: 使用时序数据中的`value`过滤。
       
        ```
        IExpression valueFilterExpr = new SingleSeriesExpression(Path, ValueFilter);
        ```
          `ValueFilter`的用法与`TimeFilter`相同，只是需要确保值的类型等于measurement(在路径中定义)的类型。

* **Binary Filter Operators**

    Binary filter operators 可以用来连接两个单独的表达式。

     * BinaryExpression.and(Expression, Expression): 选择同时满足两个表达式的数据。
     * BinaryExpression.or(Expression, Expression): 选择满足任意一个表达式值的数据。
    

##### Filter Expression 示例

* **TimeFilterExpression 示例**

    ```
    IExpression timeFilterExpr = new GlobalTimeExpression(TimeFilter.eq(15)); // series time = 15

    ```
    ```
    IExpression timeFilterExpr = new GlobalTimeExpression(TimeFilter.ltEq(15)); // series time <= 15

    ```
    ```
    IExpression timeFilterExpr = new GlobalTimeExpression(TimeFilter.lt(15)); // series time < 15

    ```
    ```
    IExpression timeFilterExpr = new GlobalTimeExpression(TimeFilter.gtEq(15)); // series time >= 15

    ```
    ```
    IExpression timeFilterExpr = new GlobalTimeExpression(TimeFilter.notEq(15)); // series time != 15

    ```
    ```
    IExpression timeFilterExpr = BinaryExpression.and(new GlobalTimeExpression(TimeFilter.gtEq(15L)),
                                             new GlobalTimeExpression(TimeFilter.lt(25L))); // 15 <= series time < 25
    ```
    ```
    IExpression timeFilterExpr = BinaryExpression.or(new GlobalTimeExpression(TimeFilter.gtEq(15L)),
                                             new GlobalTimeExpression(TimeFilter.lt(25L))); // series time >= 15 or series time < 25
    ```
#### 读取接口

首先，我们打开 TsFile 并从文件路径`path`中获取一个`ReadOnlyTsFile`实例。

```
TsFileSequenceReader reader = new TsFileSequenceReader(path);
   
ReadOnlyTsFile readTsFile = new ReadOnlyTsFile(reader);
```
接下来，我们准备路径数组和查询表达式，然后通过这个接口得到最终的`QueryExpression`对象:

```
QueryExpression queryExpression = QueryExpression.create(paths, statement);
```

ReadOnlyTsFile类有两个`query`方法来执行查询。
* **Method 1**

    ```
    public QueryDataSet query(QueryExpression queryExpression) throws IOException
    ```

* **Method 2**

    ```
    public QueryDataSet query(QueryExpression queryExpression, long partitionStartOffset, long partitionEndOffset) throws IOException
    ```

    此方法是为高级应用(如 TsFile-Spark 连接器)设计的。

    * **参数** : 对于 method 2，添加了两个额外的参数来支持部分查询(Partial Query):
        *  ```partitionStartOffset```: TsFile 的开始偏移量
        *  ```partitionEndOffset```: TsFile 的结束偏移量
           ​                          
        > **什么是部分查询?**
        >
        > 在一些分布式文件系统中(比如：HDFS), 文件被分成几个部分，这些部分被称为"Blocks"并存储在不同的节点中。在涉及的每个节点上并行执行查询可以提高效率。因此需要部分查询(Partial Query)。部分查询(Partial Query)仅支持查询 TsFile 中被```QueryConstant.PARTITION_START_OFFSET```和```QueryConstant.PARTITION_END_OFFSET```分割的部分。

### QueryDataset 接口

上面执行的查询将返回一个`QueryDataset`对象。

下面是一些用户常用的接口：


* `bool hasNext();`

    如果该数据集仍然有数据，则返回true。
* `List<Path> getPaths()`

    获取这个数据集中的路径。
* `List<TSDataType> getDataTypes();` 

   获取数据类型。TSDataType 是一个 enum 类，其值如下:
   
       BOOLEAN,
       INT32,
       INT64,
       FLOAT,
       DOUBLE,
       TEXT;
 * `RowRecord next() throws IOException;`

    获取下一条记录。
    
    `RowRecord`类包含一个`long`类型的时间戳和一个`List<Field>`，用于不同传感器中的数据，我们可以使用两个getter方法来获取它们。
    
    ```
    long getTimestamp();
    List<Field> getFields();
    ```
    
    要从一个字段获取数据，请使用以下方法:
    
    ```
    TSDataType getDataType();
    Object getObjectValue();
    ```

#### 读取现有 TsFile 示例


您需要安装 TsFile 到本地的 Maven 仓库中。

有关查询语句的更详细示例，请参见
`/tsfile/example/src/main/java/org/apache/iotdb/tsfile/TsFileRead.java`

```java
package org.apache.iotdb.tsfile;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.ReadOnlyTsFile;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.TsFileSequenceReader;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.common.Path;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.expression.IExpression;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.expression.QueryExpression;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.expression.impl.BinaryExpression;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.expression.impl.GlobalTimeExpression;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.expression.impl.SingleSeriesExpression;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.filter.TimeFilter;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.filter.ValueFilter;
import org.apache.iotdb.tsfile.read.query.dataset.QueryDataSet;

/**
 * The class is to show how to read TsFile file named "test.tsfile".
 * The TsFile file "test.tsfile" is generated from class TsFileWrite.
 * Run TsFileWrite to generate the test.tsfile first
 */
public class TsFileRead {
  private static void queryAndPrint(ArrayList<Path> paths, ReadOnlyTsFile readTsFile, IExpression statement)
          throws IOException {
    QueryExpression queryExpression = QueryExpression.create(paths, statement);
    QueryDataSet queryDataSet = readTsFile.query(queryExpression);
    while (queryDataSet.hasNext()) {
      System.out.println(queryDataSet.next());
    }
    System.out.println("------------");
  }

  public static void main(String[] args) throws IOException {

    // file path
    String path = "test.tsfile";

    // create reader and get the readTsFile interface
    TsFileSequenceReader reader = new TsFileSequenceReader(path);
    ReadOnlyTsFile readTsFile = new ReadOnlyTsFile(reader);
    // use these paths(all sensors) for all the queries
    ArrayList<Path> paths = new ArrayList<>();
    paths.add(new Path("device_1.sensor_1"));
    paths.add(new Path("device_1.sensor_2"));
    paths.add(new Path("device_1.sensor_3"));

    // no query statement
    queryAndPrint(paths, readTsFile, null);

    //close the reader when you left
    reader.close();
  }
}

```

## 修改 TsFile 配置项

```
TSFileConfig config = TSFileDescriptor.getInstance().getConfig();
config.setXXX();
```

