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关于量化:WonderTrader架构详解之二从数据说起

作者：

jiezi

在

前言

  《WonderTrader架构详解》系列文章，上周介绍了一下WonderTrader的整体架构。本文是该系列文章的第二篇，次要介绍WonderTrader数据处理的机制。

往期文章列表：

  • WonderTrader架构详解之一——整体架构

数据的分类

  量化平台对于数据的依赖无需多言，量化平台除了作为数据的消费者以外，同时又是数据的生产者。对于一个量化平台，须要跟不同的数据打交道。
  量化平台解决不同类型的数据的时候，为了达到更好的解决效率，会采纳不同的解决形式。那么数据又怎么分类呢？笔者按照本人多年的教训，大略将数据分为以下几类：

1、从工夫角度辨别

  从工夫角度辨别，咱们能够把数据分为实时数据和历史数据。

  • 实时数据，次要针对行情数据，包含实时的tick数据、分钟线数据，以及股票level2数据。

    实时数据对于策略的重要性自不用多说，信号触发、止盈止损、危险管制都离不开实时数据，这就要求实时数据的解决必须满足两个根本条件：疾速和稳固。疾速指的是处理速度要快，不能因为解决数据而减少太多的延时；稳固指的是数据不能失落，要疾速长久化。除此之外，实时数据还有一些别的特点：个别状况下数据量绝对历史数据较少、数据拜访频率低等等。

  • 历史数据，也是次要针对行情数据，包含历史分钟线、历史高频数据如tick和股票level2数据。也包含基本面数据、异类数据等，因为这类数据更新频率个别较低，基本上也能够归为历史数据。

    和实时数据不同，历史数据在一个交易日的范畴内能够看作是静态数据。历史数据的特点是：数据量大、拜访频率低、拜访个别依照工夫范畴筛选数据。这样的特点，就要求历史数据在存储的时候必须要思考检索的便利性、存储的老本、治理的便利性等问题。此外，还须要思考一些特地的场景下的需要，诸如：是否要给投研人员间接查阅、是否要对外提供数据服务等。

2、从频率角度辨别

  从频率角度辨别，咱们能够把数据分为高频数据和低频数据。

  • 高频数据，咱们个别指的是以秒甚至毫秒为单位更新的数据，如前文提到的tick数据和股票的level2数据。

    高频数据个别数据量都十分大，以A股level2数据为例，以csv形式存储的话，一天的数据量几十个G是没有问题的。这样大的数据量，如果放到关系型数据库中，那基本上就是劫难了。另外，实时的高频数据对提早也十分敏感，如国内期货的tick数据是500ms一笔，如果解决时速度慢，下一个时刻的tick进来的时候，还有很多数据没有解决完，就会造成数据提早太大，缓冲队列长度一直减少，对于策略来说也是一种劫难。

  • 低频数据，咱们个别指的是分钟线以上周期的K线数据、财务数据，以及其余更新工夫距离在1分钟以上的数据。

    低频数据绝对高频数据来说，数据量就小了很多。以A股数据为例，tick数据3秒一笔，1分钟线的数据量是tick数据的1/20，而5分钟线的数据量是tick数据的1/100。因为低频数据的数据量不大，咱们在存储低频数据的时候，也有了更多的抉择余地。关系数据库、文件系统、NoSQL数据库等等，都能够依据不同的应用场景列入抉择的范畴。

3、从起源角度辨别

  从起源角度辨别，咱们能够把数据分为行情数据、交易数据和平台数据。

  • 行情数据，咱们解决数据的外围还是围绕行情数据开展的。

    行情数据，次要指的就是从行情接口接入的实时行情数据，以及通过数据伺服对实时行情数据做再加工而失去的各种二次数据，策略的计算都只针对行情数据进行的。行情数据处理得好，能够节约读取的工夫，晋升策略的处理速度。行情数据再加工的数据品质，也是影响策略体现的一个因素。因为行情数据的特殊性，所以行情接口都只会推送最新的快照信息过去，这就要求如果须要应用更早的行情数据，就必须本人解决实时行情数据落地的工作，还得向应用模块提供数据拜访的接口。

  • 交易数据，次要指的是从交易接口获取到的交易相干的数据，诸如资金数据、持仓数据、订单数据等。

    交易数据和行情数据不同，因为交易数据会在交易柜台保护一个残缺的数据，所以咱们能够通过交易接口拿到最新的交易数据，而不须要本人去做落地和保护。另一方面，思考到多点登录等状况，咱们也不能齐全信赖本地缓存的交易数据，而须要实时同步柜台的交易数据。这其实对于平台来说，是升高了保护的难度，只须要每次登录交易通道的时候做一次同步，前面就能够依据回报自动更新了。

  • 平台数据，次要指的是平台作为数据的生产者生产的数据，如策略输入的信号、策略的实践部位和实践资金等数据。

    平台生成的数据，是对策略的绩效进行剖析来说十分重要的数据，这外面包含逐笔的成交数据、每一个进出场的残缺的回合数据（平仓明细），以及每天开盘后的资金数据。这样的数据一般来说都不会太多，毕竟个别状况下，交易信号的数量是远小于行情数据的数量的。同理，这样的数据更新频率也不会太高，所以对于存储的要求也没有那么高。

数据的存储

  后面大抵介绍了一下对数据的分类。不同类的数据如何存储呢？如何兼顾读写的效率和便捷性呢？不同的应用场景又如何抉择存储形式呢？数据的安全性又如何保障呢？

1、根本准则

  WonderTrader在存储数据的时候，遵循以下根本准则：

  • 效率优先

    效率优先，次要指的是数据读写的效率要尽量高，一方面是实时数据的接管处理速度快，而策略在应用最新数据的时候也要尽可能的高效拜访，另一方面是历史数据的读取速度快。

  • 便于管理

    便于管理，也分两个方面：一个方面是数据的可维护性要强，因为数据出错的状况总是难以避免的，而数据的存储，不能影响数据的可维护性。另一方面是要便于迁徙，因为在部署新的策略执行节点的时候，总是须要一些历史数据的，如果不便于迁徙，那么新部署策略执行节点就会十分麻烦。

2、存储形式比照

  在WonderTrader迭代的过程中，笔者也已经用过不少存储形式。大抵上分为文件存储、关系数据库、分布式数据库三种形式。

  • 文件存储

    文件存储，最简略也最难，对开发也有肯定要求。简略在于不依赖任何服务，轻易什么语言都能很容易的对文件进行读写。难点在于，如何设计一个正当的文件数据格式，才可能满足业务场景的须要，让读写更高效，这对架构和开发的要求还是比拟高的。文件读写的速度个别都很快，因为没有冗余，都是程序间接拜访。一些处理速度要求高的场景，利用mmap把文件映射到内存中，处理速度会更快，而且还不会失落数据（除非硬盘坏掉）。笔者刚开始入行的时候，是一家股票数据供应商，就是用的这种形式存储数据。而WonderTrader最终也是采纳的文件存储的形式，尽管两头兜了一个大圈才绕回来。

  • 关系数据库

    关系数据库，作为数据存储的传统主力，始终占用一席之地。关系数据库，如MYSQL、MSSQL和Oracle等，对于结构化的数据十分敌对，尽管读写效率不如文件存储，因为要建设索引，还要引入额定的空间占用，然而对于大部分低频数据的存储还是可能满足的。数据库存储有一个最好的益处就是个别数据库都有可视化管理工具，十分不便对数据进行治理。如果要搭建一个投研平台，要不便团队外部成员查看数据的话，那么关系数据库会是一个不错的抉择。WonderTrader的历史数据也反对MYSQL存储的形式。

  • 分布式数据库

    分布式数据库是时下大数据浪潮下的宠儿。笔者之前在一家量化私募工作的时候，专门调研过过后比拟支流的一些分布式数据库，包含Hadoop、Cassandra、Mysql集群等。笔者认为，分布式数据库存储的实现和关系型数据库没有太大的差异，而分布式数据库的外围在于数据的安全性（有备份）和事务处理的并发性。对于量化平台来说，数据存储不会有特地简单的业务逻辑，所以不必放心分布式事务这方面的问题，外围关注的点还是在于查问数据能够在多个节点并发执行，从而提高效率。笔者认为，分布式数据库是比拟适宜较大的量化团队或者钻研团队应用的，因为团队成员多，各类数据的总量也会十分微小，分布式数据库可能轻松胜任这样对的利用场景。

  此外，目前还风行一种NoSQL数据库类型，这类数据库，能够是分布式的，也能够是独立的，相同点在于不应用SQL语句，而是用别的接口进行拜访。笔者已经应用过leveldb进行数据存储，读写速度可能满足绝大多数场景，这也是一种NoSQL数据库。然而leveldb的致命缺点是独占式治理，也就是说没有方法基于leveldb构建读写拆散的机制。最初一次重构WonderTrader，笔者也彻底摈弃了leveldb，又回到文件存储的思路。

3、WonderTrader存储机制

  鉴于以上存储形式各自不同的特点，WonderTrader联合了局部需要，设计了本人的数据存储机制。

  • 实时行情数据全副采纳文件存储原始数据构造，并应用mmap的机制映射到内存中，便于读写

    typedef struct _BlockHeader
{
    char _blk_flag[FLAG_SIZE];   //文件头的非凡编码，用于辨认是否为自定义文件
    uint16_t _type;              //数据类型标记
    uint16_t _version;           //文件版本，不压缩为1，压缩寄存为2
} BlockHeader;

typedef struct _RTBlockHeader : BlockHeader
{
    uint32_t _size;         //数据条数
    uint32_t _capacity;     //数据容量
    uint32_t _date;         //交易日
} RTBlockHeader;

//tick数据数据块
typedef struct _RTTickBlock : RTDayBlockHeader
{
    WTSTickStruct    _ticks[0];  //tick序列
} RTTickBlock;

    下面的代码展现了实时tick数据存储模块的数据结构，文件头外面记录了以后数据的条数和以后映射的文件的数据容量，以及以后的交易日，文件后则跟随着间断的tick数据结构。
    交易日开始的时候，依据预设的容量，如1024条tick数据，计算一个初步的文件大小，而后将文件用mmap映射到内存地址中，针对映射的内存地址做一个类型转换，就能够间接像拜访内存对象一样对文件进行对读写了。如果在运行的过程中，数据超过容量下限，则从新扩大文件大小，扩大的策略根本如std::vector，每次成倍扩大，而后再从新映射即可。
    其余如实时的1分钟线、5分钟线的文件构造，也是如上的数据结构，只有具体的数据的构造不同。

  • 历史高频行情数据采纳文件存储压缩后的二进制数据

    typedef struct _BlockHeaderV2
{
    char _blk_flag[FLAG_SIZE];   //文件头的非凡编码，用于辨认是否为自定义文件
    uint16_t _type;              //数据类型标记
    uint16_t _version;           //文件版本，不压缩为1，压缩寄存为2

    uint64_t _size;         //压缩后的数据大小
} BlockHeaderV2;

//历史Tick数据V2
typedef struct _HisTickBlockV2 : BlockHeaderV2
{
    char            _data[0];
} HisTickBlockV2;

    下面的代码展现了历史tick数据存储的文件构造。除了和实时数据一样的头部以外，历史高频数据还有一个size用于标记前面压缩当前的数据的大小，并在读取的时候进行数据大小的校验。校验通过当前，对数据进行解压，解压实现当前，依据type指定的数据类型，将解压的数据做一个类型转换，就能失去一个间断区块的历史高频数据。

  • 历史低频行情数据反对文件压缩存储和MYSQL存储

    typedef struct _BlockHeaderV2
{
    char _blk_flag[FLAG_SIZE];   //文件头的非凡编码，用于辨认是否为自定义文件
    uint16_t _type;              //数据类型标记
    uint16_t _version;           //文件版本，不压缩为1，压缩寄存为2

    uint64_t _size;         //压缩后的数据大小
} BlockHeaderV2;

//历史K线数据V2
typedef struct _HisKlineBlockV2 : BlockHeaderV2
{
    char            _data[0];
} HisKlineBlockV2;

    如下面的代码所示，历史低频行情数据如K线数据，用文件存储的时候，文件构造的设计和历史高频数据是一样的。
    然而低频数据也能够利用MYSQL存储，存储的数据表格创立代码如下：

    CREATE TABLE `tb_kline_min5` (
    `id` BIGINT(20) UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    `exchange` VARCHAR(20) NOT NULL DEFAULT '' COLLATE 'utf8_general_ci',
    `code` VARCHAR(30) NOT NULL DEFAULT '' COLLATE 'utf8_general_ci',
    `date` INT(10) UNSIGNED NOT NULL DEFAULT '0',
    `time` INT(10) UNSIGNED NOT NULL DEFAULT '0',
    `open` DOUBLE(22,4) NOT NULL DEFAULT '0.0000',
    `high` DOUBLE(22,4) NOT NULL DEFAULT '0.0000',
    `low` DOUBLE(22,4) NOT NULL DEFAULT '0.0000',
    `close` DOUBLE(22,4) NOT NULL DEFAULT '0.0000',
    `volume` DOUBLE(22,6) UNSIGNED NOT NULL DEFAULT '0.000000',
    `turnover` DOUBLE(22,4) NOT NULL DEFAULT '0.0000',
    `interest` BIGINT(20) UNSIGNED NOT NULL DEFAULT '0',
    `diff_interest` BIGINT(20) NOT NULL DEFAULT '0',
    `createtime` DATETIME NOT NULL DEFAULT current_timestamp(),
    `updatetime` DATETIME NOT NULL DEFAULT current_timestamp() ON UPDATE current_timestamp(),
    PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
    UNIQUE INDEX `exchange_code_date_time` (`exchange`, `code`, `date`, `time`) USING BTREE,
    INDEX `exchange_code` (`exchange`, `code`) USING BTREE
)
COMMENT='5分钟线表'
COLLATE='utf8_general_ci'
ENGINE=InnoDB;

  • 交易数据全副存储在内存中，每次登录胜利当前，通过接口查问并重构内存中的数据，再定期做一个落地即可

    {
    "positions": [
        {
            "code": "DCE.v.2105",
            "long": {
                "newvol": 0.0,
                "newavail": 0.0,
                "prevol": 2.0,
                "preavail": 2.0
            },
            "short": {
                "newvol": 0.0,
                "newavail": 0.0,
                "prevol": 0.0,
                "preavail": 0.0
            }
        },
        {
            "code": "SHFE.cu.2105",
            "long": {
                "newvol": 0.0,
                "newavail": 0.0,
                "prevol": 0.0,
                "preavail": 0.0
            },
            "short": {
                "newvol": 0.0,
                "newavail": 0.0,
                "prevol": 1.0,
                "preavail": 1.0
            }
        }
    ],
    "funds": {
        "CNY": {
            "prebalance": 14530204.42,
            "balance": 14530204.42,
            "closeprofit": 0.0,
            "margin": 547022.7,
            "fee": 0.0,
            "available": 13983181.72,
            "deposit": 0.0,
            "withdraw": 0.0
        }
    }
}

    下面展现了一个simnow账号接口拉取到的持仓和资金数据。此外还有成交数据和委托数据，根本格局如下：
    成交明细：

    localid,date,time,code,action,volumn,price,tradeid,orderid
32921200,20210108,1610088820000,DCE.y.2105,开多,1,8160,      211111,      544405
45861050,20210111,1610347619000,SHFE.ru.2105,平今多,1,14040,      220809,      521384
45861053,20210111,1610347619000,SHFE.ru.2105,开空,2,14040,      220810,      521385
45861055,20210111,1610347619000,SHFE.hc.2105,平今多,6,4484,      220812,      521387
45861054,20210111,1610347619000,CZCE.OI.2105,平多,2,10103,      220811,      521386
45861056,20210111,1610347619000,SHFE.sp.2103,平今多,2,5962,      220813,      521388
45861058,20210111,1610347619000,CZCE.TA.2105,开空,2,3912,      220815,      521390
45861057,20210111,1610347619000,DCE.y.2105,平多,4,8082,      220814,      521389
45861061,20210111,1610347619000,DCE.c.2105,平多,13,2838,      220816,      521391
45861059,20210111,1610347619000,CZCE.FG.2105,平空,5,1794,      220817,      521392
45861060,20210111,1610347619000,CZCE.MA.2105,平空,4,2331,      220818,      521393
45861062,20210111,1610347619000,CZCE.RM.2105,平多,1,2988,      220819,      521394

    委托明细：

    localid,date,inserttime,code,action,volumn,traded,price,orderid,canceled,remark
32921200,20210108,1610088820000,DCE.y.2105,开多,1,1,8162,      544405,FALSE,全副成交报单已提交
45861050,20210111,1610347619000,SHFE.ru.2105,平多,1,1,14040,      521384,FALSE,全副成交报单已提交
45861053,20210111,1610347619000,SHFE.ru.2105,开空,2,2,14040,      521385,FALSE,全副成交报单已提交
45861055,20210111,1610347619000,SHFE.hc.2105,平多,6,6,4483,      521387,FALSE,全副成交报单已提交
45861054,20210111,1610347619000,CZCE.OI.2105,平多,2,2,10103,      521386,FALSE,全副成交报单已提交
45861056,20210111,1610347619000,SHFE.sp.2103,平多,2,2,5960,      521388,FALSE,全副成交报单已提交
45861058,20210111,1610347619000,CZCE.TA.2105,开空,2,2,3910,      521390,FALSE,全副成交报单已提交

  • 回测环境下，产生的平台数据都存在内存中，回测完结当前，实时输入到文件中
    策略成交：

    code,time,direct,action,price,qty,tag,fee
CFFEX.IF.HOT,201909100940,SHORT,OPEN,3959.6,1,entershort,27.32
CFFEX.IF.HOT,201909191450,SHORT,CLOSE,3917,1,exitshort,27.03
CFFEX.IF.HOT,201909201345,LONG,OPEN,3935,1,enterlong,27.15
CFFEX.IF.HOT,201909201355,LONG,CLOSE,3929.6,1,exitlong,271.14
CFFEX.IF.HOT,201909201400,SHORT,OPEN,3925,1,entershort,27.08
CFFEX.IF.HOT,201909231435,SHORT,CLOSE,3878.6,1,exitshort,26.76

    策略平仓：

    code,direct,opentime,openprice,closetime,closeprice,qty,profit,totalprofit,entertag,exittag
CFFEX.IF.HOT,SHORT,201909100940,3959.6,201909191450,3917,1,12780,12780,entershort,exitshort
CFFEX.IF.HOT,LONG,201909201345,3935,201909201355,3929.6,1,-1620,11160,enterlong,exitlong
CFFEX.IF.HOT,SHORT,201909201400,3925,201909231435,3878.6,1,13920,25080,entershort,exitshort
CFFEX.IF.HOT,SHORT,201909241420,3904,201909251440,3888.2,1,4740,29820,entershort,exitshort
CFFEX.IF.HOT,SHORT,201909251500,3875.6,201909271400,3858.8,1,5040,34860,entershort,exitshort
CFFEX.IF.HOT,SHORT,201909300940,3850.4,201909300945,3858.2,1,-2340,32520,entershort,exitshort
CFFEX.IF.HOT,SHORT,201909301000,3852.6,201910111130,3883.6,1,-9300,23220,entershort,exitshort

  • 实盘环境下，产生的平台数据除了在内存中要保留以外，还要及时输入到文件中，并在下一次重启的时候，从新从文件中加载到内存中

    {
    "positions": [
        {
            "code": "CFFEX.IF.HOT",
            "volumn": -5.0,
            "closeprofit": -929100.0000000036,
            "dynprofit": 89400.00000000056,
            "details": [
                {
                    "long": false,
                    "price": 5806.6,
                    "volumn": 5.0,
                    "opentime": 202102181116,
                    "opentdate": 20210218,
                    "profit": 89400.00000000056,
                    "maxprofit": 128400.00000000056,
                    "maxloss": -3599.9999999994543,
                    "opentag": "Q3_"
                }
            ]
        }
    ],
    "fund": {
        "total_profit": -929100.0000000036,
        "total_dynprofit": 89400.00000000056,
        "total_fees": 33604.200000000004,
        "tdate": 20210218
    },
    "signals": {},
    "conditions": {
        "settime": 0,
        "items": {}
    }
}

    下面展现了策略实盘中的缓存数据，其中包含持仓数据、资金数据、信号列表以及条件单列表。

实盘数据处理框架

  后面介绍了WonderTrader存储数据的机制，那么各种数据在WonderTrader中又是怎么样解决的呢？

1、行情数据读写拆散

  行情数据的读写拆散指的是行情落地是一个过程，而行情应用又是另外一个过程。这是一个十分重要的机制，对于整个平台的架构都是一个要害的机制。

  • 首先，读写拆散的机制，能够设计成1+N的数据提供机制，很不便就能向多个框架运行的实例提供数据反对。
  • 其次，策略在运行过程中，很难防止人工干预程序的运行，不论是出于风控的须要，还是调仓的须要。如果行情数据读写在一个过程中，那么在人工干预的时候，很容易就会造成数据失落。而读写拆散的机制，能够防止对数据落地过程的操作，而减小数据失落的危险。

2、平台中的行情数据同步

  笔者在跟一些敌人交换的过程中，常常会遇到同一个问题：on_bar和on_schedule有什么区别？为什么会有这样的问题呢？笔者对市面上很多量化平台都做了一个简略的调研，发现大多数平台只有on_bar，所以一些敌人对WonderTrader的on_schedule会体现出不了解的状况。
  那么为什么WonderTrader会设计一个on_schedule呢？
  对于一个策略，可能会用到单个标的的多种周期的K线，也可能会用到多个标的雷同周期的K线。然而最新的行情数据达到的工夫有先有，有些不沉闷的标的，甚至很长时间都没有最新的快照过去。如果策略以on_bar作为重算的触发事件，可能就会遇到某些K线还没有真正的完结，等策略响应完了，这些标的的最初一笔tick才进来。回测的时候，策略必然用的是失常完结的K线，而实盘时，这样的景象是十分不敌对的，有时候甚至会造成十分坏的影响。
  为了解决这样的问题，WonderTrader设计了一个机制，能够尽量保障在on_schedule调用的时候，所有该当闭合的K线全副都曾经触发了on_bar，从很大水平上防止了后面提到的状况产生。（极其状况下，因为延时抖动等各种起因，也无奈完全避免K线最初一笔tick在策略重算过当前才收到的状况）这个机制的外围，还是依赖于tick数据的工夫戳，对K线进行同步回调。

3、平台数据管理

  后面也提到，平台数据次要指的是策略的数据，包含持仓数据、成交数据、信号数据、回合数据以及每日绩效数据。这些数据的治理，也遵循读写拆散的准则。
  平台在运行的过程中一直的生成数据，并定时将数据写入到文件中。而wtpy提供的监控服务，作为平台数据的消费者，读取平台生产的数据，并向web终端提供数据。整个过程，采纳非入侵式的形式获取数据，而不对平台减少额定的工作，不影响平台的执行效率。

结束语

  本文对WonderTrader的数据处理机制的介绍就到此结束了，心愿可能对各位朋友有所启发。笔者程度无限，不免有错漏之处，还请各位朋友多多包涵斧正。下一篇，笔者将围绕信号执行拆散，来介绍WonderTrader的下单机制，望各位读者届时多多捧场。

  最初再安利一下WonderTrader
  WonderTrader旨在给各位量化从业人员提供更好的轮子，将技术相干的货色都封装在平台中，力求给策略研发带来更好的策略开发体验。

WonderTrader的github地址：https://github.com/wondertrad…

WonderTrader官网地址：https://wondertrader.github.io

wtpy的github地址：https://github.com/wondertrad…

市场有危险，投资需谨慎。以上陈说仅作为对于历史事件的回顾，不代表对将来的观点，同时不作为任何投资倡议。

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