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从 kdb+ 到 DolphinDB

kdb+ 以程序体积小、代码简洁、运行速度快而闻名。它是美国华尔街各大金融机构20多年来处理大规模时序数据的首选系统,通常用于高频交易,非常适用于高速存储、分析、处理和检索时序数据集。kdb+ 还提供了专门的编程语言 q 语言,其简洁而且灵活,天生具有处理大规模时序数据的能力。

2018年初发布的 DolphinDB,同样是性能极佳的时间序列数据库。作为一款国产的高性能分布式数据库产品,DolphinDB 迅速崛起,成为国内头部券商、私募公募的首选方案。DolphinDB 功能强大的编程语言和高容量高速度的流数据分析系统,能在满足低延时高吞吐量数据读写的要求的同时,轻松实现因子挖掘、流式计算、股票行情回放、实时计算高频因子等功能,为金融和物联网领域的数据存储和分析计算提供一站式解决方案。近几年来,DolphinDB 天然的分布式构架,强大的流式增量计算能力,丰富的函数库,以及易用性等优势吸引了大量海内外用户使用 DolphinDB 代替 kdb+。

本教程作为 kdb+ 使用者迁移到 DolphinDB 的一份简明参考,考察了两者的相同点和区别,介绍了如何将 kdb+ 数据迁移到 DolphinDB,并总结了从 kdb+ 到 DolphinDB 编程语法方面的映射。

1. kdb+ vs DolphinDB

1.1 DolphinDB 与 kdb+ 的相同点

  • 数据库类型

DolphinDB 和 kdb+ 都是列存储的时间序列数据库,都包括磁盘数据库和内存数据库,支持并鼓励对表进行分区。数据库系统都内置了编程语言,非常适合库内开发重度的数据应用。

  • 编程语言

DolphinDB 和 kdb+ 在编程语言方面有许多相似的地方。DolphinDB 同样支持元编程、向量处理和函数式编程,部分 SQL 语句可以在 DolphinDB 脚本中直接使用。kdb+ 的数据类型、函数和关键字大多能在 DolphinDB 中找到对应,大部分的 kdb+ 脚本都可以一对一翻译为 DolphinDB 脚本。

  • 金融支持

DolphinDB 和 kdb+ 都非常好地服务于金融领域。作为列式存储的时序数据库,两者不仅具备关系型数据库的精确性、稳定性和安全性,还具备存储和处理结构化时序数据天然的优势。两者都支持对向量、矩阵、表等多种类型的数据进行数值分析的操作,非常适合追求高性能和高灵活性的金融应用领域。此外,DolphinDB 和 kdb+ 还都具备对海量流数据进行实时分析的能力,是流数据库、内存数据库和历史数据三合一的全栈数据平台。

1.2 DolphinDB 与 kdb+ 的区别

  • 系统架构

DolphinDB 和 kdb+ 在架构上有很大的不同。DolphinDB 的构架引入了分布式文件系统,天然具备数据高可用、系统高容错、集群易扩展等分布式系统设计所带来的优势。相比之下,主要基于高性能计算机设计的 kdb+,虽然也能通过脚本修改路由网关的方式,运行在多服务器集群上,但这种方式具有很大的局限性。除了集群的部署难度和扩展性受限,kdb+ 很难像 DolphinDB 一样实现自动平衡节点负载来提升并行计算的性能,或是在某个节点故障时保证系统的高可用性。

  • 多用户接入支持

DolphinDB 相对于 kdb+ 在架构上的优势还体现在它对多线程的支持上。DolphinDB 支持多用户同时接入系统进行作业,用户可以使用 Web 端管理页面、VS code 插件或是桌面端的 DolphinDB GUI 连接服务器运行脚本。而 kdb+ 虽然支持并发运算,它对多用户并发任务的支持却没有那么完善,一个运行非常耗时的任务作业就会导致整个数据库系统的阻塞,从而无法响应其他用户。实际生产中,这个缺陷在临近市场开放和结束的一段时间里可能会造成问题。

同时,kdb+ 对多用户接入的设计是让所有用户共享一个 session,用 domain 来区分不同用户创建的变量或自定义函数,但不强制要求用户创建自己的 namespace。而 DolphhinDB 为每一个用户创建自己的 session,相互之间不可见,自定义变量和函数的共享则通过使用 share 关键字以及创建 module 或 functionView 的方式实现。相对而言,kdb+ 的用户 session 管理机制对用户自己操作规范的要求更高。

  • 数据库特性

DolphinDB 和 kdb+ 磁盘存储的模式不同。kdb+ 使用离线存储模式,数据持久化需要频繁读写磁盘,在部分应用场景会因为 IO 的限制而效率较低。DolphinDB 使用在线存储,可以保持数据随时可用的状态。

此外,DolphinDB 数据库还有许多 kdb+ 没有的特性。DolphinDB 内置了 OLAP 和 TSDB 双引擎,对事务的 ACID 有严格的支持。DolphinDB 提供包括技术分析指标库(TA-lib)、MyTT(My麦语言、T通达信、T同花顺)指标库和 WorldQuant 101 Alpha 因子指标库在内的1000多个内置函数,能更好地支持金融领域的应用场景。针对高频数据的实时分析处理,DolphinDB 内置多种流计算引擎,支持增量计算和并发计算,窗口函数的性能不受限于窗口长度,能很好地满足物联网和金融领域的应用需求。

  • 编程友好

DolphinDB 和 kdb+ 编程语言的设计理念有很大不同。kdb+ 要求代码尽可能简短,来减小整个程序的 footprint,从而换取更少的访存时间。kdb+ 编程语言对同一操作符做了多种重载,表达式从左到右解析,运算符没有优先级,错误信息也非常简单。而 DolphinDB 的编程语言设计上非常注重代码的可读性,语法更接近 Python,表达式跟大部分编程语言的习惯相同,从右到左解析,并尊重运算符的优先级。DolphinDB 编程语言可读性高,上手难度低,代码更容易更新维护,是比 kdb+ 更加适合现代软件工程团队协作的编程语言。

  • 中文友好

与 kdb+ 相比,DolphinDB 对中文用户更加友好。DolphinDB 由浙江智臾科技有限公司自主研发,有丰富的中文教程和氛围良好的技术交流社区。DolphinDB 团队也在不断地对产品进行更新和维护。

2. 从 kdb+ 导入数据到 DolphinDB

DolphinDB 为导入 kdb+ 数据提供插件支持,插件代码已开源在 github/gitee 平台,具体使用请参考 github gitee 上的教程。

DolphinDB 的 kdb+ 插件为用户提供了两种数据导入方式:

  • 从 kdb+ 数据库导入:连接正在运行的 kdb+ 数据库,以 kdb+ 数据库作为中间管道导入数据;
  • 直接读取磁盘上的 kdb+ 数据文件进行导入。

以上两种方式都会将数据加载为 DolphinDB 的内存表。

使用 DolphinDB 的 kdb+ 插件导入数据,在脚本中用 loadPlugin("/path/to/plugin/PluginKDB.txt") 语句加载插件,就可以用插件提供的函数进行数据导入。对于第一种导入方式,首先需要使用 connect 函数建立与 kdb+ 数据库的连接,获取连接句柄,之后可以用 close 函数断开连接。使用 loadTable 函数通过 kdb+ 数据库读取数据,需要提供表文件的路径和 sym 文件路径,sym 文件路径可以为空。

// 加载插件
loadPlugin("/home/DolphinDBPlugin/kdb/build/PluginKDB.txt")

// 确保插件加载完毕再执行之后的代码
go

// 连接 kdb+ 数据库,用户名和密码字段可以为空
handle = kdb::connect("127.0.0.1", 5000, "admin:123456")

// 指定文件路径
DATA_DIR="/home/kdb/data/kdb_sample"

// 通过 loadTable,加载数据到 DolphinDB
Daily = kdb::loadTable(handle, DATA_DIR + "/2022.06.17/Daily/", DATA_DIR + "/sym")
Minute = kdb::loadTable(handle, DATA_DIR + "/2022.06.17/Minute", DATA_DIR + "/sym")
Ticks = kdb::loadTable(handle, DATA_DIR + "/2022.06.17/Ticks/", DATA_DIR + "/sym")
Orders = kdb::loadTable(handle, DATA_DIR + "/2022.06.17/Orders", DATA_DIR + "/sym")

// 关闭连接
kdb::close(handle)

对于第二种文件导入方式,使用 loadFile 函数直接读取磁盘上的 kdb+ 文件,需要提供表文件的路径和可选的 sym 文件路径,sym 文件路径可以为空。

// 加载插件
loadPlugin("/home/DolphinDBPlugin/kdb/build/PluginKDB.txt")

// 确保插件加载完毕再执行之后的代码
go

// 指定文件路径
DATA_DIR="/home/kdb/data/kdb_sample"

// 通过 loadFile,加载数据到 DolphinDB
Daily2 = kdb::loadFile(DATA_DIR + "/2022.06.17/Daily", DATA_DIR + "/sym")
Minute2= kdb::loadFile(DATA_DIR + "/2022.06.17/Minute/", DATA_DIR + "/sym")
Ticks2 = kdb::loadFile(DATA_DIR + "/2022.06.17/Ticks/", DATA_DIR + "/sym")
Orders2 = kdb::loadFile(DATA_DIR + "/2022.06.17/Orders/", DATA_DIR + "/sym")

3. 给 kdb+ 使用者的 DolphinDB 语法参考

本节基于 kdb+ 和 q 官方参考文档DolphinDB 2.0用户手册,所提及的 kdb+ 函数或关键字在 DolphinDB 中的对应,仅保证功能上的可替代性,使用方法可能与原函数略有差异。建议在使用前查阅 DolphinDB 2.0用户手册

3.1 数据类型

3.1.1 基本数据类型

kdb+ 数据类型 DolphinDB 数据类型 举例 字节数 范围
VOID NULL 1
boolean BOOL 1b, 0b, true, false 1 0~1
byte
char CHAR 'a', 97c 1 -2 7 +1~2 7 -1
short SHORT 122h 2 -2 15 +1~2 15 -1
int INT 21 4 -2 31 +1~2 31 -1
long LONG 22, 22l 8 -2 63 +1~2 63 -1
real FLOAT 2.1f 4 有效位数:06~09 位
float DOUBLE 2.1 8 有效位数:15~17 位
date DATE 2013.06.13 4
month MONTH 2012.06M 4
time TIME 13:30:10.008 4
minute MINUTE 13:30m 4
second SECOND 13:30:10 4
(datetime) DATETIME 2012.06.13 13:30:10 or 2012.06.13T13:30:10 4
(datetime) TIMESTAMP 2012.06.13 13:30:10.008 or 2012.06.13T13:30:10.008 8
DATEHOUR 2012.06.13T13 4
timespan NANOTIME 13:30:10.008007006 8
timestamp NANOTIMESTAMP 2012.06.13 13:30:10.008007006 or 2012.06.13T13:30:10.008007006 8
symbol SYMBOL 4
symbol STRING "Hello" or 'Hello' or `Hello
guid UUID 5d212a78-cc48-e3b1-4235-b4d91473ee87 16

说明:

  • DolphinDB 目前暂无对应 kdb+ 中 byte 的数据类型。
  • kdb+ 中的 char 类型使用双引号标识,而 DolphinDB 的 CHAR 使用单引号。"c" 在 DolphinDB 中会被识别为字符串。
  • kdb+ 中的 long 类型与 DolphinDB 的 LONG 数据类型的后缀标识不同。一个值为42的长型整数若表示为 42j,则无法被 DolphinDB 识别。
  • kdb+ 中的 month 类型后缀标识为 m,而 DolphinDB 使用 m 作为 MINUTE 类型的后缀,使用 M 作为 MONTH 类型的后缀。故 2006.07m 在 DolphinDB 中会报错。
  • DolphinDB 使用4个字节存放 DATETIME 类型,而 kdb+ 使用8个字节存放 datetime 类型。
  • DolphinDB 的 SYMBOL 类型是特殊的字符串类型,相当于枚举类型。通过 SYMBOL,将字符串存储为一个整数,因此可更高效地进行数据排序。具体使用请参照数据类型
关于 NULL 和 INF

DolphinDB 不提供表示各个类型正负无穷值的字面量。对于整型、浮点类型和时间类型,可以使用 00<数据类型符号> 作为对应数据类型 NULL 值的字面量。当各类型数据溢出时,会被处理为该类型的 NULL 值。通常,在赋值语句或表达式中使用无返回值的函数时,也会得到一个 VOID 类型的 NULL。

通过函数 isVoid 判断是否为 VOID 类型的 NULL,通过函数 isNullisValid 可以检查所有 NULL 值,包括 VOID 和有类型的 NULL。对于不关心 NULL 类型的用户,建议使用 isNullisValid 进行条件判断。

对于 NULL 值的初始化、运算,以及在普通向量函数、聚合函数和高阶函数中的使用方法,参考NULL 值的操作

3.1.2 其他数据类型

kdb+ 数据类型 DolphinDB 数据结构 举例
list ANY, MATRIX, DICTIONARY (1,2,3)
enums
anymap ANY DICTIONARY, DICTIONARY {a:1,b:2}
dictionary ANY DICTIONARY, DICTIONARY {a:1,b:2}
table IN-MEMORY TABLE

说明:

  • DolphinDB 的 ANY DICTIONARY 表示 JSON 数据类型。
  • DolphinDB 字典的键必须是标量,值可以是任何数据形式与数据类型。支持字典嵌套。kdb+ 的字典在输出或进行遍历时,键值对会保留输入时的顺序,但 DolphinDB 的字典是否保留键值顺序由创建时用户传入的 ordered 参数决定。字典默认不保留键值输入顺序,按照 key 在 bucket 内的顺序输出键值对。若创建字典时用户指定 ordered = true,则键值对的顺序与输入顺序保持一致。
  • kdb+ 的矩阵由嵌套的 list 表示,遵循行优先。DolphinDB 的矩阵提供数据类型 matrix 存放矩阵,遵循列优先。kdb+ 矩阵输入到 DolphinDB 时需要转换方向。
  • DolphinDB 支持包括标量、向量、数据对、矩阵、集合、字典和表在内的多种数据形式,并针对不同的使用场景做了具体优化。请参考数据形式

3.1.3 数据类型检查函数

DolphinDB提供了 typestrtype 函数用于检查数据类型。typestr 返回的是数据类型的名称(字符串常量);type 返回的是数据类型 ID(整数)。

3.2 关键字

3.2.1 control 类

kdb+ DolphinDB
do do-while
exit
if if-else
while do-while

3.2.2 env 类

kdb+ DolphinDB
getenv getEnv
gtime gmtime
ltime localtime
setenv

3.2.3 interpret 类

kdb+ DolphinDB
eval eval
parse parseExpr
reval
show print
system shell
value 查询字典、表的值:values
查询普通变量的值:print
将字符串作为元代码执行:parseExpr
将列表作为元代码执行:expr

3.2.4 join 类

join 方式 kdb+ DolphinDB
as-of join aj, aj0, ajf, ajf0, asof aj
equal join ej ej, sej
innner join ij, ijf inner join
left join lj, ljf lj, lsj
plus join pj
union join uj, ujf
window join wj, wj1 wj, pwj

3.2.5 list 类

kdb+ DolphinDB
count 非 NULL 元素个数:count
包括 NULL 元素个数:size
mcount mcount
cross join:C, cross(join, X, Y)
cut cut
enlist [], array, bigArray
except
fills ffill, ffill!
first first
last last
flip flip, transpose
group groups
in in
inter intersection(set(X), set(Y))
next next
prev prev
xprev move
raze 将一个矩阵或一系列向量转换成一维向量:flatten
reverse reverse
rotate
sublist head, tail, subarray, subtuple
sv 连接字符、字符串向量:concat
til til
union union(set(X), set(Y))distinct(join(X, Y))
vs 分割字符串:split
where

3.2.6 logic 类

kdb+ DolphinDB
all all
and and
any any
not not
or or

3.2.7 math 类

kdb+ DolphinDB
abs abs
cos cos
acos acos
sin sin
asin asin
tan tan
atan atan
avg avg, mean
avgs cumavg
ceiling ceil
cor corr
cov
scov covar
deltas deltas
dev stdp
mdev mstdp
sdev std
div div
ema ema
exp exp
xexp pow
floor floor
inv inverse
log log
xlog
lsq
mavg mavg
wavg wavg
max max
maxs cummax
mmax mmax
med med
min min
mins cummin
mmin mmin
mmu dot
mod mod
sum sum
sums cumsum
msum msum
wsum wsum
neg neg
prd prod
prds cumprod
rand rand
ratios ratios
reciprocal reciprocal
signum signum
sqrt sqrt
within between, in
var varp
svar var

说明:

  • DolphinDB 的 TA-lib 系列函数窗口确定规则与 kdb+ 不同。DolphinDB 会忽略元素开头的空值,并将这些空值保留到结果中,然后从第一个非空元素开始进行滑动窗口的计算。当以元素个数衡量窗口时,根据滑动窗口的计算规则,只有当 window 内的元素填满窗口时,才开始第一次计算,即前(window - 1)个元素的计算结果默认为 NULL。
  • DolphinDB 的 m 系列(滑动窗口系列)函数的窗口确定规则:在没有指定 minPeriods 参数的情况下,将前(window - 1)个元素视为 NULL。若要得到与 kdb+ 相同的计算结果,请将 minPeriods 参数指定为1。
  • DolphinDB 的 ratios 函数,若输入参数是向量,返回结果的第一个元素是 NULL。

3.2.8 meta 类

kdb+ DolphinDB
attr
null isNull, isNothing, isVoid
tables getTables
type type, typestr, form
view, views

3.2.9 SQL类

kdb+ DolphinDB
delete delete, sqlDelete
exec exec
fby contextby
select select
update 更改记录:update, sqlUpdate
添加新的记录:insert into
添加新的列:alter, addColumn

3.2.10 sort 类

kdb+ DolphinDB
asc sort, sort!
iasc isort, isort!
xasc sortBy!
bin, binr binsrch
desc sort, sort!
idesc isort, isort!
xdesc sortBy!
differ valueChanged
distinct distinct
rank rank
xbar bar
xrank bucket

3.2.11 table 类

kdb+ DolphinDB
cols columnNames
xcol rename!
xcols reorderColumns!
csv csv 格式分隔符:,
fkeys, key, keys, xkey
insert insert into, tableInsert, append!, push!
meta schema
ungroup, xgroup
upsert insert into, tableInsert, append!, push!
xasc sortBy!
xdesc sortBy!

3.2.12 text 类

kdb+ DolphinDB
like like, iliek
lower lower
upper upper
trim trim
ltrim ltrim
rtrim rtrim
md5 md5
ss regexFind
ssr regexReplace
string string

3.2.13 自定义函数

kdb+ DolphinDB
signed lambda:f:{[x;y](x*x)+(y*y)+2*x*y}
unsigned lambda:{(x*x)+(y*y)+2*x*y}[20;4]
命名函数:def func(x, y) { return (x*x)+(y*y)+2*x*y; }
匿名函数:def (x, y) { return (x*x)+(y*y)+2*x*y; }
lambda表达式(只有一个语句的函数):def func(x,y):(x*x)+(y*y)+2*x*y;
def(x,y):(x*x)+(y*y)+2*x*y;
def(x,y)-> (x*x)+(y*y)+2*x*y;
x->x*x

说明:

  • 在 kdb+ 的语法中,“lambda” 与 “function” 等价。而在 DolphinDB 的 lambda 是只有一个语句的函数。
  • kdb+ 允许无参数列表的函数定义,默认 x, y, z 按顺序作为可使用的参数名。而 DolphinDB 要求自定义函数必须有非空或者空的参数列表。
  • DolphinDB 支持在定义函数时使用默认参数,支持使用 const 和 mutable 关键字修饰参数。
// default argument
def func(x=1): x+1;

// mutable argument
def i2t(mutable tb) { return tb.replaceColumn!(`time, time(tb.time/10); }
  • DolphinDB 的自定义函数支持即时编译(JIT),能保证函数的执行效率。
  • DolphinDB 允许自定义函数使用内置函数的全部调用方式,即可以用标准格式(前缀)和对象方法格式(后缀)调用用户的自定义函数。若用户定义函数的参数数量为一个或两个,还可以使用运算符格式(中缀)调用函数。
def f(x, y): x+y+1;
p = 2;
q = 3;

f(p, q);   // standard

p.f(q);    // method of object

p f q;     // operator

3.3 运算符

与 kdb+ 相同,DolphinDB 的运算符根据作用对象的数目可分为一元运算符和二元运算符。DolphinDB 支持许多类型的基本运算符,包括算术运算符、布尔运算符、关系运算符、成员运算符等,以及多种运算数据类型,包括标量、向量、集合、矩阵、字典和表。

与 kdb+ 不同的是,DolphinDB 表达式的运算顺序是从左往右。DolphinDB 的运算符优先级顺序与大多数编程语言相似,表达式中优先级最高的运算符首先被执行,具有相同优先级的运算符则按从左到右的顺序执行。

. dot

kdb+ 含义 DolphinDB
Apply call()
Index []
Trap try-catch
Amend

@ at

kdb+ 含义 DolphinDB
Apply At call()
Index At []
Trap At try-catch
Amend At

$ dollar

kdb+ 含义 DolphinDB
Cast $, cast()
Tok 类型转换函数可直接转换字符串
Enumerate
Pad lpad(), rpad()
mmu **

! bang

kdb+ 含义 DolphinDB
Dict dict()
Enkey, Unkey, Enumeration, Flip Splayed, internal
Display print()
Update update(), update!()
Delete erase!()

? query

kdb+ 含义 DolphinDB
Find in(), find()
Roll rand()
Deal, Enum Extend
Select select
Exec, Simple Exec exec
Vector Conditional iif()

## hash

kdb+ 含义 DolphinDB
Take take()
Set Attribute

其他运算符

kdb+ 符号 kdb+ 含义 DolphinDB
+ Add +
- Substract -
* Multiply *
% Divide \
= Equals ==
<> Not Equals !=
~ Match
< Less Than <
<= Up To <=
>= At Least >=
> Greater Than >
` ` Greater
` ` OR
& Lesser min()
& AND &
_ Cut cut()
_ Drop drop()
: Assign =
^ Fill ffill(), ffill!()
^ Coalesce append!()
, Join <-
' Compose
0: 1: 2: File Text, File Binary, Dynamic Load loadText(), saveText()
0 ±1 ±2 ±n write to console, stdout, stderr, handle n print()

3.4 副词

kdb+ 和 DolphinDB 中的副词,即高阶函数,是以一个函数与数据对象作为输入的函数,用以扩展或增强函数或者运算符的功能。输入数据首先以一种预设的方式被分解成多个数据块(可能重叠),然后将函数应用于每个数据块,最后将所有的结果组合为一个对象返回。

kdb+ 和 DolphinDB 高阶函数的输入数据均可为标量、向量、矩阵、字典或表。在DolphinDB中,使用高阶函数时,一个向量被分解成多个标量,一个矩阵被分解成多列(向量),一个表被分解成多行(字典)。在组装阶段,标量类型合并组成一个向量,向量合并成一个矩阵,字典合并成一张表。DolphinDB 高阶函数按元素遍历向量,按列遍历矩阵,按行遍历表。

' quote

kdb+ 含义 DolphinDB
Each, each each():E
Case
Each Parallel, peach peach()
Each Prior, prior eachPre():P

其他副词

kdb+ 符号 kdb+ 含义 DolphinDB
/: Each Right eachRight():R
\: Each Left eachLeft():L
/ Over, over reduce():T
\ Scan, scan accumulate():A

3.5 执行控制

kdb+ 符号 kdb+ 含义 DolphinDB
.[f;x;e] Trap try-catch
@[f;x;e] Trap-At try-catch
: Return return
' Signal throw
do do-while
exit quit
while do-while
if if-else
$[x;y;z] Cond if-else
x:y Assign <variable>=<object>
x[i]:y Indexed assign <variable>[index]=<object>
x op:y, op:[x;y]x[i]op:y, op:[x i;y] Assign through operator 支持以下运算符扩展的赋值:+=, -=. *=, /=, \=
\t Timer timer

说明:

  • DolphinDB 支持多变量赋值,可将一个或多个值一次性赋予多个变量。
  • DolphinDB 支持引用赋值,直接引用原值的内存地址以避免不必要的拷贝,有效地节约内存空间。例如,对于交换两个变量的值的操作,引用赋值的效率高于按值赋值的效率。
n=20000000;
x=rand(200000.0, n);
y=rand(200000.0, n);

timer x, y = y, x;        // Time elapsed: 1240.119 ms
timer {&t=x;&x=y;&y=t;}      // Time elapsed: 0.004 ms
  • DolphinDB 允许用户通过取消变量或函数定义来手动释放内存。使用 undef<variable>=NULL,详情请参考DolphinDB 2.0用户手册