Hbase读写原理

Posted 2023-02-14

参考技术A

不同列族分别存在不同的文件夹里。

与mysql比较

首先Hbase是依赖于HDFS和zookeeper的。
Zookeeper分担了Hmaster的一部分功能，客户端进行DML语句的时候，都是先跟ZK交互。
RegionServer管理了很多的Region（表），RegionServer里面的WAL(HLog)是预写入日志，功能是防止内存中的数据没有来的及落盘时丢失。在Region里面管理的Store管理的是列族，Store里面有Mem Store（内存），Flush之后，删除内存中的数据，同时写入文件StoreFile Hfile,Hfile 其实是在DataNode里面的。

Hbase的读比写慢。
Hbase命名空间下有一张元数据表meta表和namespace表。meta表里面保存了要操作的表所在的位置等元数据。
（1）首先客户端向zk请求元数据表所在的RegionServer，zk返回给客户端meta表所在的regionServer。
（2）然后客户端再去对应的RegionServer查找meta表，找到真正要操作的表所在的regionServer，同时把meta表的信息缓存下来，加快后续的查询。
（3）然后客户端再向目标表所在的RegionServer发送put请求。先把数据写到Hlog里面，再写到内存MemStore,数据会在内存排序，然后向客户端发送ack，到这里对于客户端来说写数据已经结束了。再等到MemStore的刷写时机后，将数据刷写到Hfile.

注：meta表所在的位置信息保存在zk的meta-region-server节点上，客户端首先就是在这个节点上差询meta表所在的RegionServer。meta表里面的信息就是表与其对应的RegionServer的信息

这个stu表可能不止一条，因为stu表可能数据量大了之后根据RowKey进行了切分，并且可能会在不同的机器上。

不同的列族是在不同的文件夹。
MemStore刷写时机：

全局的MemStore的容量，默认是堆内存的40%。这个容量值会触发flush操作，所有的MemStore都要刷写，flush操作会阻塞读写操作。
会刷写并阻塞到到MemStore大小降到它的最大容量的95%

WAL日志的刷写时机：
可以设置日志的大小和数量，当达到一定数量，刷写到HDFS

（1）从zk找meta表所在的RegionServer
（2）从上述RegionServer里的meta表里找目标表所在的RegionServer，同时把meta表缓存，加速后面的查询。
（3）向目标表所在的RegionServer发送get请求。可以从block Cache，MemStore还有StoreFile里面查，具体从哪查根据时间戳，查时间戳大的，具体就都查然后merge取最新。
RegionServer里面有block Cache可以缓存磁盘的数据，加速查询。如果block Cache里面有，就将缓存和MemStore的数据merge然后取最新时间戳，没有就是把磁盘读的和MemStore里面的合并。所以hbase大多数读要走磁盘，所以读很慢。

每次刷写会生成新的Hfile，Hfile很小并且数量多的时候会影响查询的速度。所以要进行合并。合并分为minor Compaction和major Compaction

minor Compaction将临近的若干较小的Hfile合并成一个较大的Hfile，不会清理过期和删除的数据，major Compaction会将一个Store里面的所有Hfile合并成一个大的Hfile，并且会清理掉过期和删除的数据。

数据的读写可以不依赖Hmaster，只需要指定zookeeper，但是Hmaster负责region调度的元数据
但是DDL语言是要有Hmaster的

Flush和major Compact
（1）flush在同一个内存中清除过期或删除（删除标记也是一行数据）的数据，但是如果数据不同的版本分布在不同的memStroe，就不能清除。删除的标记在flush之后不会被删，但在后面的major compaction会把删除标记删除掉。
（2）major compaction 会清除过期或删除的数据。

默认情况下，每个Table起初只有一个Region，随着数据的不断写入，Region会自动拆分，两个子Region开始都会在一个Regionserver里面，但是出于负载均衡的考虑，Hmaster有可能会将某个Region传给其他的RegionServer。
Split的时机：
（1）当一个Region中的某个Store下的StoreFile的总大小查过某个值，由参数hbase.hregion.max.filesize设定（默认10g），该Region就会按照RowKey进行拆分。
（2）在新版本中这个值是Min（R^2*"hbase.hregion.memStore.flush.size（128M）","hbase.hregion.max.filesize"）,R是当前RegionServer中属于该Table的Region个数。分region是按照RowKey切分的。这会导致数据倾斜，就是因为切分的阈值在变化，导致切分之后的region数据量不均匀，导致热点的问题。所以在建表的时候要做预分区，就是用RowKey规划好多少个region，不让hbase自己的切分逻辑切分。
官方建议只用一个列族，防止不同的列族之间数据不均匀，单一列族数据量增多，导致全局的flush，数据量小的列族也要flush，这样会形成很多小的storeFile。

delete操作：
（1）设置RowKey：打的删除标记是deleteFamily，删除多个版本
（2）设置RowKey+Family：打的标记是deleteFamily，删除多个版本
（3）设置RowKey+family+column：有addColumn()和addColumns().addColumn是删除最新的版本或者删除指定时间戳的版本，删除标记是delete标记。addColumns是删除所有的版本或者删除指定时间戳或之前的版本，删除标记是deleteColumn
Delete的操作其实也是put操作，put的是删除的标记。

在Hbase中HMaster负责监控HRegionServer的生命周期，均衡RegionServer的负载，如果HMaster挂掉了，那个整个Hbase集群将处于不健康的状态，并且此时的工作状态不会维持太久。所以Hbase支持对HMaster的高可用配置。
在Hbase的conf目录下新建backup-masters文件，vim加入备份Master，比如slave01,slave02.在把文件分发到各个slave里，然后再启动hbase 就能实现HMaster的高可用了。

每一个region维护着StartRow和EndRow，如果加入的数据符合某个region维护的RowKey范围，则该数据交给这个region维护。那么依照这个原则，我们可以将数据所要投放的分区提前大致的规划好，以提高Hbase性能。
（1）手动设定预分区

手动设置RowKey分了5个region

（2）生成16进制序列预分区

（3）按照文件中设置的规则预分区
创建split.txt

然后执行

这里如果文件里面给的分区键不是按照顺序的，hbase会先帮我们把键排序，然后按照键来分区。
（4）使用JavaAPI预分区
admin的创建表的方法有多个重载，可以只传表的描述，也可以加入分区的信息。admin.createTable
规划分区要考虑未来数据量和机器的规模。虽然提前做了分区，但是最后如果分区大于了10G,还是会触发split。假设一台机器有100G磁盘，那么预分区尽量大于10个，这样就能避免预分区之后又触发了大于10G的split。

（1）希望数据能够尽量均匀的分配在多个分区里面（散列性）。
（2）唯一性
（3）长度原则（生产环境70到100位）
常见的设计方案：
（1）生产随机数、hash、散列值
（2）字符串反转
（3）字符串拼接

电信项目：
一次通话的记录：13112341233->18998768771 2018-12-12 12:12:21 568
假设分300个区
分区键怎么设计：
（299个键）
000|
001|
...
298|
RowKey的前面一般会拼上000_,001_,...,298_
这样做的好处是，根据前三位就能知道哪个分区。
（1）我们希望手机号尽量分布在不同的分区，但是相同的手机号数据集中在同一个分区，这样方便查询某个用户的通话信息。000_13112341233
（2）因为每个人通话的需求不同，也希望把同一个人的通话记录也分布在不同的分区里面。000_13112341233_2019-12-12
哈希取余：[（13112341234^201912）.hash]%299
假设要查询某用户2019年2月的通话记录，可以用13112341234 ^{201902做startRowkey，13112341234} 201903做endRowKey

微博。
1、需求
（1）微博内容的浏览
（2）用户社交：关注用户，取关用户
（3）拉取关注人的微博用户
2、设计表
（1）微博内容表Content
行键：用户id+时间戳
（2）用户关系表
因为正常情况一个用户的粉丝和关注都不多，可以用一行存储关注和粉丝的情况。
行键：用户id
（3）初始化页面的表（显示关注的人的最近三条微博）