HBase源代码分析之HRegionServer上MemStore的flush处理流程

Posted 2020-10-01 slgkaifa

        继上篇文章《HBase源代码分析之HRegionServer上MemStore的flush处理流程（一）》遗留的问题之后，本文我们接着研究HRegionServer上MemStore的flush处理流程。重点讲述下怎样选择一个HRegion进行flush以缓解MemStore压力，还有HRegion的flush是怎样发起的。

        我们先来看下第一个问题：怎样选择一个HRegion进行flush以缓解MemStore压力。上文中我们讲到过flush处理线程假设从flushQueue队列中拉取出的一个FlushQueueEntry为为空，或者为WakeupFlushThread，而且通过isAboveLowWaterMark()方法推断全局MemStore的大小高于限制值得低水平线，调用flushOneForGlobalPressure()方法，依照一定策略，flush一个HRegion的MemStore，减少MemStore的大小。预防OOM等异常情况的发生。

        以下。我们重点分析下flushOneForGlobalPressure()方法，代码例如以下：

/**
   * The memstore across all regions has exceeded the low water mark. Pick
   * one region to flush and flush it synchronously (this is called from the
   * flush thread)
   * 
   * 全部region的memstore已超过最低水平。
   * 选择一个region同步刷新。
   * 被flush线程调用
   * 
   * @return true if successful
   */
  private boolean flushOneForGlobalPressure() {
	  
	// 获取RegionServer上的在线Region，依据Region的memstoreSize大小倒序排列。得到regionsBySize
    SortedMap<Long, HRegion> regionsBySize =
        server.getCopyOfOnlineRegionsSortedBySize();

    // 构造被排除的Region集合excludedRegions
    Set<HRegion> excludedRegions = new HashSet<HRegion>();

    boolean flushedOne = false;// 标志位
    while (!flushedOne) {// 循环一次，没有选中的话，再循环，直到选中或者没有可选的Region
      
      // Find the biggest region that doesn't have too many storefiles
      // (might be null!)
      // 选择一个Memstore最大的而且不含太多storefiles的region作为最有可能被选中的region，即bestFlushableRegion
      HRegion bestFlushableRegion = getBiggestMemstoreRegion(
          regionsBySize, excludedRegions, true);
      
      // Find the biggest region, total, even if it might have too many flushes.
      // 选择一个Memstore最大的region，即便是它包括太多storefiles，作为终于可以被选中的备份方案，即bestAnyRegion
      HRegion bestAnyRegion = getBiggestMemstoreRegion(
          regionsBySize, excludedRegions, false);

      // 在内存上阈值之上可是没有可以flush的region的话，直接返回false
      if (bestAnyRegion == null) {
        LOG.error("Above memory mark but there are no flushable regions!");
        return false;
      }

      HRegion regionToFlush;
      
      // 选择须要flush的region
      // 假设bestAnyRegion的的memstore大小大于bestFlushableRegion的两倍。则选取bestAnyRegion
      if (bestFlushableRegion != null &&
          bestAnyRegion.memstoreSize.get() > 2 * bestFlushableRegion.memstoreSize.get()) {
        // Even if it's not supposed to be flushed, pick a region if it's more than twice
        // as big as the best flushable one - otherwise when we're under pressure we make
        // lots of little flushes and cause lots of compactions, etc, which just makes
        // life worse!
        if (LOG.isDebugEnabled()) {
          LOG.debug("Under global heap pressure: " +
            "Region " + bestAnyRegion.getRegionNameAsString() + " has too many " +
            "store files, but is " +
            StringUtils.humanReadableInt(bestAnyRegion.memstoreSize.get()) +
            " vs best flushable region's " +
            StringUtils.humanReadableInt(bestFlushableRegion.memstoreSize.get()) +
            ". Choosing the bigger.");
        }
        regionToFlush = bestAnyRegion;
      } else {// 否则。优先选取bestFlushableRegion
        if (bestFlushableRegion == null) {
          regionToFlush = bestAnyRegion;
        } else {
          regionToFlush = bestFlushableRegion;
        }
      }

      // 检測状态：被选中Region的memstoreSize必须大于0
      Preconditions.checkState(regionToFlush.memstoreSize.get() > 0);

      LOG.info("Flush of region " + regionToFlush + " due to global heap pressure");
      
      // 调用flushRegion()方法。针对单个Region，进行MemStore的flush
      flushedOne = flushRegion(regionToFlush, true);
      if (!flushedOne) {// flush失败则加入到excludedRegions集合中。避免下次再被选中
        LOG.info("Excluding unflushable region " + regionToFlush +
          " - trying to find a different region to flush.");
        excludedRegions.add(regionToFlush);
      }
    }
    return true;
  }

        我们来总结下这种方法的处理逻辑。例如以下：

        1、获取RegionServer上的在线Region。依据Region的memstoreSize大小倒序排列，得到regionsBySize。

        2、构造被排除的Region集合excludedRegions；

        3、标志位flushedOne设置为false；

        4、循环。直到标志位flushedOne为true，即存在Region被选中，或者根本没有可选的Region：

              4.1、循环regionsBySize，选择一个Memstore最大的而且不含太多storefiles的region作为最有可能被选中的region，即bestFlushableRegion：

                       4.1.1、假设当前region在excludedRegions列表中，直接跳过；

                       4.1.2、假设当前region的写状态为正在flush，或者当前region的写状态不是写启用，直接跳过；

                       4.1.3、假设须要检查StoreFile数目，且包括太多StoreFiles。也直接跳过；

                       4.1.4、否则返回该region；

               4.2、循环regionsBySize。选择一个Memstore最大的region，即便是它包括太多storefiles，作为终于能够被选中的备份方案，即bestAnyRegion：

                       4.2.1、假设当前region在excludedRegions列表中。直接跳过；

                       4.2.2、假设当前region的写状态为正在flush，或者当前region的写状态不是写启用，直接跳过；

                       4.2.3、否则返回该region。

               4.3、在内存上阈值之上可是没有可以flush的region的话。直接返回false。

               4.4、选择须要flush的region：

                         4.4.1、假设bestAnyRegion的的memstore大小大于bestFlushableRegion的两倍。则选取bestAnyRegion；

                         4.4.2、否则，优先选取bestFlushableRegion；

               4.5、检測状态：被选中Region的memstoreSize必须大于0。

               4.6、调用flushRegion()方法，针对单个Region。进行MemStore的flush；

               4.7、flush失败则加入到excludedRegions集合中，避免下次再被选中。

        以上就是依照一定策略选择一个HRegion进行MemStore的flush以缓解MemStore压力的方法。那么，剩下的flush指定HRegion的问题就同接下来我们将要讲的HRegion的flush是怎样发起的一致了。我们先看下带一个參数的flushRegion()方法。代码例如以下：

/*
   * A flushRegion that checks store file count.  If too many, puts the flush
   * on delay queue to retry later.
   * 
   * 一个待刷新的Region首先会检測store file的数目，假设太多。会把该region的刷新推迟并稍后再试，否则马上刷新。
   * 
   * @param fqe
   * @return true if the region was successfully flushed, false otherwise. If
   * false, there will be accompanying log messages explaining why the region was
   * not flushed.
   */
  private boolean flushRegion(final FlushRegionEntry fqe) {
    HRegion region = fqe.region;
    if (!region.getRegionInfo().isMetaRegion() &&
        isTooManyStoreFiles(region)) {// 假设Region不是MetaRegion且Region上有太多的StoreFiles
      
      if (fqe.isMaximumWait(this.blockingWaitTime)) {
    	// 假设已堵塞指定时间。记录日志并运行刷新
        LOG.info("Waited " + (EnvironmentEdgeManager.currentTime() - fqe.createTime) +
          "ms on a compaction to clean up 'too many store files'; waited " +
          "long enough... proceeding with flush of " +
          region.getRegionNameAsString());
      } else {
        // If this is first time we've been put off, then emit a log message.
    	// 假设是第一次推迟，并对该HRegion请求分裂或系统合并。记录一条日志信息
        if (fqe.getRequeueCount() <= 0) {
          // Note: We don't impose blockingStoreFiles constraint on meta regions
          // 注意：我们不强加blockingstorefiles约束元区域
          LOG.warn("Region " + region.getRegionNameAsString() + " has too many " +
            "store files; delaying flush up to " + this.blockingWaitTime + "ms");
          
          // 对该HRegion先请求分裂Split，分裂不成功的话再请求系统合并SystemCompaction
          if (!this.server.compactSplitThread.requestSplit(region)) {
            try {
              this.server.compactSplitThread.requestSystemCompaction(
                  region, Thread.currentThread().getName());
            } catch (IOException e) {
              LOG.error(
                "Cache flush failed for region " + Bytes.toStringBinary(region.getRegionName()),
                RemoteExceptionHandler.checkIOException(e));
            }
          }
        }

        // Put back on the queue.  Have it come back out of the queue
        // after a delay of this.blockingWaitTime / 100 ms.
        // 再放回队列，等待900ms（參数可配置）后。再从队列中取出来
        this.flushQueue.add(fqe.requeue(this.blockingWaitTime / 100));
        // Tell a lie, it's not flushed but it's ok
        // 佯言。该Region没有被flush，可是应该返回true
        return true;
      }
    }
    
    // 调用两个參数的flushRegion()方法。通知HRegion运行flush
    return flushRegion(region, false);
  }

        这个带一个參数的flushRegion()方法。实际上是在拿到一个待flush的HRegion的封装体FlushRegionEntry类型的fqe后，对其做一些必要的推断，决定是直接进行flush还是推后运行，且在第一次推后前。假设须要。则做分裂或系统合并处理。详细处理逻辑例如以下：

        1、假设Region不是MetaRegion且Region上有太多的StoreFiles：

              1.1、通过isMaximumWait()推断堵塞时间，已堵塞达到或超过指定时间。记录日志并运行flush，跳到2，结束。

              1.2、假设是第一次推迟。记录一条日志信息。然后对该HRegion先请求分裂Split。分裂不成功的话再请求系统合并SystemCompaction。

              1.3、再将fqe放回到队列flushQueue。添加延迟时间900ms（參数可配置），等到到期后再从队列中取出来进行处理；

              1.4、佯言，该Region被推迟进行flush，结果还不确定，所以应该返回true；

        2、调用两个參数的flushRegion()方法，通知HRegion运行flush。

        怎样进行堵塞时间的推断呢？非常easy。推断当前时间减去创建时间是否大于指定时间就OK了。代码例如以下：

/**
     * @param maximumWait
     * @return True if we have been delayed > <code>maximumWait</code> milliseconds.
     */
    public boolean isMaximumWait(final long maximumWait) {
      return (EnvironmentEdgeManager.currentTime() - this.createTime) > maximumWait;
    }

        好了，是时候该分析这个带有两个參数的flushRegion()方法了。先上代码。再做分析：

/*
   * Flush a region.
   * @param region Region to flush.
   * @param emergencyFlush Set if we are being force flushed. If true the region
   * needs to be removed from the flush queue. If false, when we were called
   * from the main flusher run loop and we got the entry to flush by calling
   * poll on the flush queue (which removed it).
   *
   * @return true if the region was successfully flushed, false otherwise. If
   * false, there will be accompanying log messages explaining why the region was
   * not flushed.
   * 
   * 刷新region
   */
  private boolean flushRegion(final HRegion region, final boolean emergencyFlush) {
    long startTime = 0;
    synchronized (this.regionsInQueue) {
      
      // 先从regionsInQueue中移除相应的HRegion信息
      FlushRegionEntry fqe = this.regionsInQueue.remove(region);
      // Use the start time of the FlushRegionEntry if available
      if (fqe != null) {
        // 获取flush的開始时间startTime
    	startTime = fqe.createTime;
      }
      if (fqe != null && emergencyFlush) {
        // Need to remove from region from delay queue.  When NOT an
        // emergencyFlush, then item was removed via a flushQueue.poll.
    	// 须要从flushQueue队列中移除，假设不是紧急刷新，fqe将通过flushQueue.poll被移除
    	// 由于假设是flush线程处理的，run()方法会周期性的从flushQueue队列取feq，而且假设取出的为null或者WakeupFlushThread，
        // 它会在MemStore位于低水平线上时。依照一定策略选择一个HRegion。包装成fqe进行flush。以减少MemStore，避免OOM等风险。
    	// 此时。假设fqe位于flushQueue中，须要被移除，移除的推断就是这个emergencyFlush是否为true，
    	// 由于通过线程在到期的正常情况下进行处理的，会传入false，而为减少风险进行紧急flush的，会传入true，此时就须要从队列中移除，也是为了避免做反复工作
        flushQueue.remove(fqe);
     }
    }
    
    // 获取flush的開始时间startTime
    if (startTime == 0) {
      // Avoid getting the system time unless we don't have a FlushRegionEntry;
      // shame we can't capture the time also spent in the above synchronized
      // block
      startTime = EnvironmentEdgeManager.currentTime();
    }
    
    // 上读锁，意味着与其它拥有读锁的线程不冲突，能够同步进行，而与拥有写锁的线程相互排斥
    lock.readLock().lock();
    try {
      
      // 通过监听器Listener通知flush请求者flush的type
      notifyFlushRequest(region, emergencyFlush);
      
      // 调用HRegion的flushcache()方法，运行MemStore的flush
      HRegion.FlushResult flushResult = region.flushcache();
      
      // 依据flush的结果，推断下一步该做怎样处理
      
      // 推断是否应该进行合并compact
      boolean shouldCompact = flushResult.isCompactionNeeded();
      // We just want to check the size
      
      // 检測是否应该进行分裂split
      boolean shouldSplit = region.checkSplit() != null;
      
      // 必要的情况下，先进行split，再进行system compact
      if (shouldSplit) {
        this.server.compactSplitThread.requestSplit(region);
      } else if (shouldCompact) {
        server.compactSplitThread.requestSystemCompaction(
            region, Thread.currentThread().getName());
      }
      
      // 假设flush成功，获取flush结束时间。计算耗时，记录HRegion上的度量信息
      if (flushResult.isFlushSucceeded()) {
        long endTime = EnvironmentEdgeManager.currentTime();
        server.metricsRegionServer.updateFlushTime(endTime - startTime);
      }
    } catch (DroppedSnapshotException ex) {
      // Cache flush can fail in a few places. If it fails in a critical
      // section, we get a DroppedSnapshotException and a replay of wal
      // is required. Currently the only way to do this is a restart of
      // the server. Abort because hdfs is probably bad (HBASE-644 is a case
      // where hdfs was bad but passed the hdfs check).
      server.abort("Replay of WAL required. Forcing server shutdown", ex);
      return false;
    } catch (IOException ex) {
      LOG.error("Cache flush failed" +
        (region != null ?
 (" for region " + Bytes.toStringBinary(region.getRegionName())) : ""),
        RemoteExceptionHandler.checkIOException(ex));
      if (!server.checkFileSystem()) {
        return false;
      }
    } finally {
      // 释放读锁
      lock.readLock().unlock();
      
      // 唤醒堵塞的其它线程
      wakeUpIfBlocking();
    }
    return true;
  }

        带有两个參数的flushRegion()方法大体逻辑例如以下：

        1、首选处理regionsInQueue集合和flushQueue队列：

              1.1、先从regionsInQueue中移除相应的HRegion信息，这个不管是否紧急flush，都是必需要做的；

              1.2、获取flush的開始时间startTime；

              1.3、假设是紧急刷新，须要从flushQueue队列中移除相应的fqe，假设不是紧急刷新，fqe将通过flushQueue.poll被移除。

        2、假设startTime为null，获取flush的開始时间startTime。

        3、上读锁，意味着与其它拥有读锁的线程不冲突。能够同步进行，而与拥有写锁的线程相互排斥（后期将会写专门的文章分析HBase内部各流程中锁的应用）。

        4、通过监听器Listener通知flush请求者flush的type；

        5、调用HRegion的flushcache()方法。运行MemStore的flush。并获得flush结果；

        6、依据flush的结果，推断下一步该做怎样处理：

              6.1、依据flush结果推断是否应该进行合并compact。即标志位shouldCompact；

              6.2、调用HRegion的checkSplit()方法检測是否应该进行分裂split。即标志位shouldSplit；

              6.3、通过两个标志位推断，必要的情况下，先进行split，再进行system compact；

        7、假设flush成功，获取flush结束时间，计算耗时，记录HRegion上的度量信息。

        8、最后释放读锁。唤醒堵塞的其它线程。

        这里，先有必要解释下对flushQueue的特殊处理，假设是紧急刷新，须要从flushQueue队列中移除相应的fqe，假设不是紧急刷新，fqe将通过flushQueue.poll被移除。

由于假设是flush线程处理的，run()方法会周期性的从flushQueue队列取feq，而且假设取出的为null或者WakeupFlushThread，它会在MemStore位于低水平线上时。依照一定策略选择一个HRegion，包装成fqe进行flush，以减少MemStore，避免OOM等风险，此时，假设fqe位于flushQueue中。须要被移除，移除的推断就是这个emergencyFlush是否为true。由于通过线程在到期的正常情况下进行处理的。会传入false，而为减少风险进行紧急flush的。会传入true，此时就须要从队列中移除，也是为了避免做反复工作。

        通过监听器Listener通知flush请求者flush的type也非常easy。也做凝视了，不再解释。代码例如以下：

private void notifyFlushRequest(HRegion region, boolean emergencyFlush) {
    
	// 默认类型为 FlushType.NORMAL
	FlushType type = FlushType.NORMAL;
    
	// 假设是紧急刷新，跟是否在高水位线上来确定type，高水位线上为FlushType.ABOVE_HIGHER_MARK。低水位线上为FlushType.ABOVE_LOWER_MARK
	if (emergencyFlush) {
      type = isAboveHighWaterMark() ?
 FlushType.ABOVE_HIGHER_MARK : FlushType.ABOVE_LOWER_MARK;
    }
	
	// 针对监听器逐个加入region、type
    for (FlushRequestListener listener : flushRequestListeners) {
      listener.flushRequested(type, region);
    }
  }

        最后再说说这个flush结果FlushResult，它是HRegion中的一个静态内部类。包括一个Result枚举，当中包括的flush结果例如以下：

        1、FLUSHED_NO_COMPACTION_NEEDED：flush成功，可是不须要运行compact；

        2、FLUSHED_COMPACTION_NEEDED：flush成功，同一时候须要运行compact；

        3、CANNOT_FLUSH_MEMSTORE_EMPTY：无法进行flush。由于MemStore为空；

        4、CANNOT_FLUSH：无法进行flush。

        推断flush是否成功。则就是看result是否为FLUSHED_NO_COMPACTION_NEEDED或FLUSHED_COMPACTION_NEEDED。推断是否须要进行compact，则就是看result是否为FLUSHED_COMPACTION_NEEDED。

相关代码例如以下：

    /**
     * Convenience method, the equivalent of checking if result is
     * FLUSHED_NO_COMPACTION_NEEDED or FLUSHED_NO_COMPACTION_NEEDED.
     * @return true if the memstores were flushed, else false.
     */
    public boolean isFlushSucceeded() {
      return result == Result.FLUSHED_NO_COMPACTION_NEEDED || result == Result
          .FLUSHED_COMPACTION_NEEDED;
    }

    /**
     * Convenience method, the equivalent of checking if result is FLUSHED_COMPACTION_NEEDED.
     * @return True if the flush requested a compaction, else false (doesn't even mean it flushed).
     */
    public boolean isCompactionNeeded() {
      return result == Result.FLUSHED_COMPACTION_NEEDED;
    }

        至此，HRegionServer上MemStore的flush处理流程所有分析完成。末尾关于split、compact，兴许会有专门的文章进行介绍，敬请关注本人博客。谢谢！