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Milvus 2.1 版本更新 - 简单可信赖、性能持续提升

news 来源：原创 2024/11/19 22:27:03

文档更新于 2.1.4 版本发布之际，很高兴和大家分享 Milvus 的新变化和产品的成长。
Zilliz 合伙人兼技术总监栾小凡

继年初发布 Milvus 2.0 版本之后，在数百位 Milvus 社区贡献者六个月的共同努力下，我们在早些时候发布了 Milvus 2.1 版本，经过两个月的数次迭代，版本趋于稳定，被国内外头部厂商信任和选择使用。

在此次大版本更新中，最为重要的两个关键词莫过于：易用性和性能。

为了能够打通算法工程师笔记本到海量向量召回生产场景的“最后一公里”，在这个令人激动的版本中，我们除了在程序性能、可扩展性、安全性、可观测性方面做出了诸多改进之外，还增加了以下新特性：字符串数据类型、Kafka 消息队列、Embedded 方式运行 Milvus。

性能提升：3.2 倍只是开始

相较于传统 KNN 检索，Milvus 此前提供的 ANN 检索方式虽然已经带来了质的飞跃。但是，当用户面向亿级大规模向量数据的召回场景时，吞吐量和延迟依旧存在很大的挑战。

在 Milvus 2.1 中，我们主要进行了五个方面的功能改进和性能提升。

更高效的路由协议：5ms 检索延迟

在 Milvus 2.1 中，我们设计了全新的路由协议，并在检索链路中去除了对消息队列的依赖，让小数据集场景下的检索延迟得到了大幅降低。结果显示，当前版本的 Milvus 在百万数据规模的测试中，延迟能够达到 5ms 左右，足以满足搜索、推荐等在线关键链路对于延迟的苛刻要求。

更高性能的并发模型：3.2 倍性能提升

在 Milvus 2.1 中，我们对并发模型也进行了调整。在当前版本中，我们引入了新的代价评估模型和并发调度器。实现了两个关键能力：并发控制和小查询合并。

前者保障了我们既不会存在大量并发请求争抢 CPU 和缓存资源的情况，也不会因为并发太少而导致 CPU 无法被完全利用；后者则是通过在调度器层面智能地合并请求参数一致的小 nq 查询，能够解决在查询 nq 较小、并发又非常高的场景下 Milvus 的性能压力。在这个场景下，业务不需要修改任何一行代码就能够获得 3.2 倍的性能提升。

完整的性能测试报告目前已经在官网公开：《Milvus 2.1 Benchmark Test Report》。

安全高效的内存多副本机制

在 Milvus 2.1 中，我们引入了内存多副本机制。除了能够提升系统在小数据规模下的扩展性和可用性之外，还能够解决读 QPS 较高场景下的性能压力。

这个新机制类似传统数据库中的只读副本功能，能够通过加机器来简单实现系统的横向扩展。特别适合众多向量检索应用场景中的推荐系统应用场景，满足常规推荐系统在小数据集场景下提供远超单机性能限制的 QPS 的需求。

在接下来的版本演进中，我们将基于多副本机制进一步实现 Hedged Read 机制，让系统能够在“故障恢复场景”下避开有问题的副本，快速访问数据和功能正常的副本，充分利用内存冗余提升系统的可用性。

高性能的数据加载实现

Milvus 2.1 中，最后一个性能提升的改动来自于对数据加载的优化。在当前版本的 Milvus 中，我们引入了 Zstandard （zstd），对 Binlog 进行实时数据压缩，大幅减少了数据加载过程中的网络开销，以及对象存储和消息队列中数据所占用的空间。

除此之外，通过引入 Golang 协程池技术，Milvus 实现了在控制内存资源最大使用量的情况下，并发加载 Segment，同样大幅降低了故障恢复时间，以及加载数据所需要的时间。

重磅功能：字符串类型支持与标量索引

向量数据库场景中最常见的用户需求之一是属性过滤，例如“寻找价格在 200～300 元区间与某个用户喜好相似的商品”、“找到带有向量数据库这个关键词并和云原生话题相关的文章”。

在新版本的 Milvus 中，我们支持了变长字符串的数据类型，用户可以将字符串类型用做主键，并作为结果进行输出。当然，也可以基于字符串类型实现比较过滤和前缀匹配。

为了解决以往数据过滤慢的问题，新版本中还增加了针对标量数据的倒排索引实现。

我们基于 Succinct MARISA-trie 实现了字符串类型的倒排索引，能够以极低的内存消耗将全部数据加载进内存，快速进行字符串的比较过滤和前缀匹配操作。相比较 Python 字典的实现，我们仅需要十分之一的内存消耗，就能够完成全部数据的加载并提供查询能力。

在未来的版本中，Milvus 将会持续投入标量查询相关的功能建设，支持更多标量索引类型以及查询算子，提供基于磁盘存储的标量查询能力，持续降低标量数据的存储和使用成本。

易用性提升：让系统更好用

Milvus 支持使用 Kafka 作为消息队列

让 Milvus 使用 Apache Kafka 作为流式存储组件，一直以来是 Milvus 社区中用户呼声最高的功能之一。

得益于 Milvus 2.x 版本中更好的抽象封装，以及来自 Confluent 公司贡献的 Go Kafka SDK，在 Milvus 2.1 版本中，我们提供了一个新的功能：用户可以自行选择配置使用 Pulsar 或者 Kafka 作为流式存储组件。

生产级别的 Java SDK 正式发布

经过测试团队的严密测试，Milvus Java SDK 正式发布。Java SDK 具备了与 Python SDK 完全一致的能力，并且拥有更好的并发性能。在接下来的产品规划中，我们将和社区的同学们一同完善 Java SDK 的文档及使用案例。

晚些时候，Go SDK 和 RESTful SDK 也将进入生产级别的版本发布，敬请期待！

可观测性和可维护性提升

Milvus 2.1 增加了重要的性能监控指标，如：向量插入计数、检索延迟记录、检索吞吐量记录、节点内存开销、CPU 资源开销。

此外，在新版本中，我们对于日志输出也进行了大幅优化，现在用户能够通过调整日志级别，减少日志打印量，更加方便直观地观测系统的运行状况。

Embedded Milvus

Milvus 的出现极大地简化了海量大规模数据检索场景下检索服务的部署。然而，不论是使用 Docker 还是 K8s ，对于想要在更小规模数据上完成算法验证的数据科学家来说，系统部署的过程依旧比较复杂。

随着 Embedded Milvus 的引入，我们现在可以使用 pip 来完成 Milvus 的安装，如同使用 PyRocksDB 和 PySQLite 一样。Embedded Milvus 支持单机和集群版 Milvus 的所有功能，让用户能够在无需修改任何代码的情况下，轻松地从笔记本电脑切换到分布式生产环境，大大减少算法工程师使用 Milvus 进行原型验证的成本。