Hbase的WAL在RegionServer基本调用过程

Posted 2020-08-23 偶素浅小浅

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Hbase是一个高可靠性、高性能、面向列、可伸缩的分布式存储系统，利用HBase技术可在廉价PC Server上搭建起大规模结构化存储集群。本文档用于说明hbase的wal简单原理以及从源码的角度分析一个“写”请求是如何到达wal，wal又会做哪些请求。

本文档用于说明hbase的wal简单原理以及从源码的角度分析一个“写”请求是如何到达wal，wal又会做哪些请求。特别说明Hbase不同版本的wal的源码差异比较大，但是原理几乎类似，本文档是采用当前线上使用版本(Hbase1.1.3)来分析的。

简单原理

有关hbase的wal基本原理在《Hbase权威指南》以及网络教程中叙述的算比较清晰详尽，在此只做简单的叙述。

hbase是基于LSM树的存储系统，它使用日志文件和内存存储来的存储架构将随机写转换成顺序写，以此保证稳定的数据插入速率。而这里说的日志文件即是wal文件，用于在服务器崩溃后回滚还没持久化的数据。

WAL(Write-Ahead-Log)是HBase的RegionServer在处理数据插入和删除的过程中用来记录操作内容的一种日志。大致过程如下图所示，首先客户端启动一个操作来修改数据，每一个修改都封装到KeyValue对象实例中，并通过RPC调用发送到含有匹配Region的HRegionServer。一旦KeyValue到达，它们就会被发送管理相应行的HRegion实例。数据被写到WAL，然后被放入到实际拥有记录的存储文件的MemStore中。同时还会检查MemStore是否满了，如果满了就会被刷写到磁盘中去。

wal调用链源码分析

本节将从源码角度如上所简述分析hbase的一个“写”过程。

其中基本调用过程如下：

从时序图中可以大体看到

1. 首先client端先把put/delete等api操作封装成List，然后使用protobuf协议使用rpc服务发送到对应的HRegionServer，HRegionServer调用execRegionServerService()方法解析发送过来的protobuf协议二进制包，通过serviceName找到相应的service并调用callMethod方法执行：
   

2. put/delet等“写”操作会使用MultiRowMutationService这个service来作用，在service中将会调用mutateRows()方法去处理List，真正调用mutateRows()的是MultiRowMutationService的一个实现类MultiRowMutationEndpoint，MultiRowMutationEndpoint类实现了hbase的行事务。从MultiRowMutationEndpoint类文档可以看出其主要作用:
   

   mutateRows()方法会row所找到对应的Region，并调用其对应实例HRegion的mutateRowsWithLocks方法具体实现写入过程。

3. 在HRegion类中mutateRowsWithLocks方法查看有没执行器(RowProcessor)，如果没有则创建一个再调用processRowsWithLocks()方法。processRowsWithLocks方法是整个“写”操作最核心的方法：把写wal,刷wal以及写memstore流程都在这里流转。在这里包括异常处理一共有14步之多。

   它的原型如下：
   

   其中processor的实现类是MultiRowMutationProcessor。

   虽然processRowsWithLocks方法步骤很多，但是最关键的是如下几步：
   

   在这里，HRegion将会对Region加锁，加锁的方式是把所有写row相关的行锁都拿到的二阶段锁方式。
   

   在这里将会把List放入，但是这里并不是真正的放到了memstore，真正的执行会等sync()方法把日志或者说WALEdite真正刷入磁盘后，通过mvcc版本号异步通知再把数据写到memstore。
   

   在这里HRegion会把封装好的WALEdit使用FSHLog的append方法追加到日志文件，但是由于文件本身在内存中有缓存的原因，还需要调用sync刷入磁盘。这里只是把WALEdit数据放到一个LMAX Disrutpor RingBuffer中。这个RingBuffer是一个线程安全的消息队列，在wal中主要用于有效且安全的协调多个生产者一个消费者模型。其中多个生产者就是这个append方法，将会有很多client产生数据都放到这个消息队列中，但是只有一个消费者从这个队列中取数据并调用sync方法把数据从缓存刷到磁盘，这样能保证WAL日志并发写入时日志的全局唯一顺序。

   (其中有关LMAX Disrutpor RingBuffer可以参看文章，介绍的非常详尽：https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor/wiki/Introduction)
   
   在这步中会会调用syncOrDefer方法，除了metaRegion，syncOrDefer将根据client设置的持久化等级选择是否调用wal（FSHLog）的sync方法
   

HBase中可以通过设置WAL的持久化等级决定是否开启WAL机制、以及HLog的落盘方式。

client可以通过设置WAL持久化等级，如代码：put.setDurability(Durability. SYNC_WAL );

1.1.3版本的WAL的持久化等级分为如下四个等级：

USER_DEFAULT：默认如果用户没有指定持久化等级，HBase使用SYNC_WAL等级持久化数据。

SKIP_WAL：只写缓存，不写HLog日志。这种方式因为只写内存(memstore)，因此可以提升写入性能，但是数据有丢失的风险。

ASYNC_WAL：异步将数据写入HLog日志中。

SYNC_WAL：同步将数据写入日志文件中，有可能只是被写入文件系统中，并没有真正落盘。

FSYNC_WAL：同步将数据写入日志文件并强制落盘。最严格的日志写入等级，可以保证数据不会丢失，但是性能相对比较差。

如代码中所示当前sync_wal和fsync_wal采用的是同一策略都是：调用HFLog的sync()方法。sync()是一个阻塞方法，需要等到数据真正的刷到磁盘后，便会唤醒它，然后工作线程返回写入memstore，完成一次“写”操作。

小结

Hbase是一个高可靠性、高性能、面向列、可伸缩的分布式存储系统，利用HBase技术可在廉价PC Server上搭建起大规模结构化存储集群。本文档在介绍hbase基本“写”原理后着重从源码角度，比较浅显地分析了一个“写”操作后在RegionServer的调用过程，为以后继续更深入学习研究hbase“写”过程梳理了脉络。