Hbase读写流程

一、HBase的读写流程

1.1 HBase读流程

Hbase读取数据的流程：
1）是由客户端发起读取数据的请求，首先会与zookeeper建立连接
2）从zookeeper中获取一个hbase:meta表位置信息，被哪一个regionserver所管理着
     hbase:meta表：hbase的元数据表，在这个表中存储了自定义表相关的元数据，包括表名，表有哪些列簇，表有哪些reguion,每个region存储的位置，每个region被哪个regionserver所管理，这个表也是存储在某一个region上的，并且这个meta表只会被一个regionserver所管理。这个表的位置信息只有zookeeper知道。
3）连接这个meta表对应的regionserver,从meta表中获取当前你要读取的这个表对应的regionsever是谁。
     当一个表多个region怎么办呢？
     如果我们获取数据是以get的方式，只会返回一个regionserver
     如果我们获取数据是以scan的方式，会将所有的region对应的regionserver的地址全部返回。
4）连接要读取表的对应的regionserver,从regionserver上的开始读取数据：
       读取顺序：memstore-->blockcache-->storefile-->Hfile中
       注意：如果是scan操作，就不仅仅去blockcache了，而是所有都会去找。

1.2 HBase写流程

--------------------------1-4步是客户端写入数据的流程-----------------
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Hbase的写入数据流程：
1）由客户端发起写数据请求，首先会与zookeeper建立连接
2）从zookeeper中获取hbase:meta表被哪一个regionserver所管理
3）连接hbase:meta表中获取对应的regionserver地址 (从meta表中获取当前要写入数据的表对应的region所管理的regionserver) 只会返回一个regionserver地址
4）与要写入数据的regionserver建立连接，然后开始写入数据，将数据首先会写入到HLog，然后将数据写入到对应store模块中的memstore中
（可能会写多个），当这两个地方都写入完成之后，表示数据写入完成。
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-------------------------后面的步骤是服务器内部的操作-----------------
异步操作
5）随着客户端不断地写入数据，memstore中的数据会越来多，当内存中的数据达到阈值（128M/1h）的时候，放入到blockchache中，生成新的memstore接收用户过来的数据，然后当blockcache的大小达到一定阈值（0.85）的时候，开始触发flush机制，将数据最终刷新到HDFS中形成小的Hfile文件。
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6）随着不断地刷新，storefile不断地在HDFS上生成小HFIle文件，当小的HFile文件达到阈值的时候（3个及3个以上）,就会触发Compaction机制，将小的HFile合并成一个大的HFile.
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7）随着不断地合并，大的HFile文件会越来越大，当达到一定阈值（最终10G）的时候，会触发分裂机制（split）,将大的HFile文件进行一分为二，同时管理这个大的HFile的region也会被一分为二，形成两个新的region和两个新的HFile文件，一对一的进行管理，将原来旧的region和分裂之前大的HFile文件慢慢地就会下线处理。

 

二、Region的分裂策略

region中存储的是一张表的数据，当region中的数据条数过多的时候，会直接影响查询效率。当region过大的时候，region会被拆分为两个region，HMaster会将分裂的region分配到不同的regionserver上，这样可以让请求分散到不同的RegionServer上，已达到负载均衡 , 这也是HBase的一个优点 。

  • ConstantSizeRegionSplitPolicy

    0.94版本前，HBase region的默认切分策略

    当region中最大的store大小超过某个阈值(hbase.hregion.max.filesize=10G)之后就会触发切分，一个region等分为2个region。

    但是在生产线上这种切分策略却有相当大的弊端（切分策略对于大表和小表没有明显的区分）：

    • 阈值(hbase.hregion.max.filesize)设置较大对大表比较友好，但是小表就有可能不会触发分裂，极端情况下可能就1个，形成热点，这对业务来说并不是什么好事。

    • 如果设置较小则对小表友好，但一个大表就会在整个集群产生大量的region，这对于集群的管理、资源使用、failover来说都不是一件好事。

  • IncreasingToUpperBoundRegionSplitPolicy

    0.94版本~2.0版本默认切分策略

    总体看和ConstantSizeRegionSplitPolicy思路相同，一个region中最大的store大小大于设置阈值就会触发切分。 但是这个阈值并不像ConstantSizeRegionSplitPolicy是一个固定的值，而是会在一定条件下不断调整，调整规则和region所属表在当前regionserver上的region个数有关系.

    region split阈值的计算公式是：

    • 设regioncount：是region所属表在当前regionserver上的region的个数

    • 阈值 = regioncount^3 * 128M * 2，当然阈值并不会无限增长，最大不超过MaxRegionFileSize（10G),当region中最大的store的大小达到该阈值的时候进行region split

    例如：

    • 第一次split阈值 = 1^3 * 256 = 256MB

    • 第二次split阈值 = 2^3 * 256 = 2048MB

    • 第三次split阈值 = 3^3 * 256 = 6912MB

    • 第四次split阈值 = 4^3 * 256 = 16384MB > 10GB，因此取较小的值10GB

    • 后面每次split的size都是10GB了

    特点

    • 相比ConstantSizeRegionSplitPolicy，可以自适应大表、小表；

    • 在集群规模比较大的情况下，对大表的表现比较优秀

    • 对小表不友好，小表可能产生大量的小region，分散在各regionserver上

    • 小表达不到多次切分条件，导致每个split都很小，所以分散在各个regionServer上

  • SteppingSplitPolicy

    2.0版本默认切分策略

    相比 IncreasingToUpperBoundRegionSplitPolicy 简单了一些 ​ region切分的阈值依然和待分裂region所属表在当前regionserver上的region个数有关系

    • 如果region个数等于1，切分阈值为flush size 128M * 2

    • 否则为MaxRegionFileSize。

    这种切分策略对于大集群中的大表、小表会比 IncreasingToUpperBoundRegionSplitPolicy 更加友好，小表不会再产生大量的小region，而是适可而止。

  • KeyPrefixRegionSplitPolicy

    根据rowKey的前缀对数据进行分区，这里是指定rowKey的前多少位作为前缀，比如rowKey都是16位的，指定前5位是前缀，那么前5位相同的rowKey在相同的region中。

  • DelimitedKeyPrefixRegionSplitPolicy

    保证相同前缀的数据在同一个region中，例如rowKey的格式为：userid_eventtype_eventid，指定的delimiter为 _ ，则split的的时候会确保userid相同的数据在同一个region中。 按照分隔符进行切分，而KeyPrefixRegionSplitPolicy是按照指定位数切分。

  • BusyRegionSplitPolicy

    按照一定的策略判断Region是不是Busy状态，如果是即进行切分

    如果你的系统常常会出现热点Region，而你对性能有很高的追求，那么这种策略可能会比较适合你。它会通过拆分热点Region来缓解热点Region的压力，但是根据热点来拆分Region也会带来很多不确定性因素，因为你也不知道下一个被拆分的Region是哪个。

  • DisabledRegionSplitPolicy

    不启用自动拆分, 需要指定手动拆分

三、Compaction操作

Minor Compaction：

  • 指选取一些小的、相邻的StoreFile将他们合并成一个更大的StoreFile，在这个过程中不会处理已经Deleted或Expired的Cell。一次 Minor Compaction 的结果是更少并且更大的StoreFile。

Major Compaction：

  • 指将所有的StoreFile合并成一个StoreFile，这个过程会清理三类没有意义的数据：被删除的数据、TTL过期数据、版本号超过设定版本号的数据。另外，一般情况下，major compaction时间会持续比较长，整个过程会消耗大量系统资源，对上层业务有比较大的影响。因此线上业务都会将关闭自动触发major compaction功能，改为手动在业务低峰期触发。

参考文档：https://cloud.tencent.com/developer/article/1488439

四、面对百亿数据，HBase为什么查询速度依然非常快？

HBase适合存储PB级别的海量数据（百亿千亿量级条记录），如果根据记录主键Rowkey来查询，能在几十到百毫秒内返回数据。

那么HBase是如何做到的呢？

接下来，简单阐述一下数据的查询思路和过程。

查询过程

第1步：

项目有100亿业务数据，存储在一个HBase集群上（由多个服务器数据节点构成），每个数据节点上有若干个Region（区域），每个Region实际上就是HBase中一批数据的集合（一段连续范围rowkey的数据）。

我们现在开始根据主键RowKey来查询对应的记录，通过meta表可以帮我们迅速定位到该记录所在的数据节点，以及数据节点中的Region，目前我们有100亿条记录，占空间10TB。所有记录被切分成5000个Region，那么现在，每个Region就是2G。

由于记录在1个Region中，所以现在我们只要查询这2G的记录文件，就能找到对应记录。

第2步：

由于HBase存储数据是按照列族存储的。比如一条记录有400个字段，前100个字段是人员信息相关，这是一个列簇（列的集合）；中间100个字段是公司信息相关，是一个列簇。另外100个字段是人员交易信息相关，也是一个列簇；最后还有100个字段是其他信息，也是一个列簇

这四个列簇是分开存储的，这时，假设2G的Region文件中，分为4个列族，那么每个列族就是500M。

到这里，我们只需要遍历这500M的列簇就可以找到对应的记录。

第3步：

如果要查询的记录在其中1个列族上，1个列族在HDFS中会包含1个或者多个HFile。

如果一个HFile一般的大小为100M，那么该列族包含5个HFile在磁盘上或内存中。

由于HBase的内存进而磁盘中的数据是排好序的，要查询的记录有可能在最前面，也有可能在最后面，按平均来算，我们只需遍历2.5个HFile共250M，即可找到对应的记录。

第4步：

每个HFile中，是以键值对(key/value)方式存储，只要遍历文件中的key位置并判断符合条件即可

一般key是有限的长度，假设key/value比是1:24，最终只需要10M的数据量，就可获取的对应的记录。

如果数据在机械磁盘上，按其访问速度100M/S，只需0.1秒即可查到。

如果是SSD的话，0.01秒即可查到。

当然，扫描HFile时还可以通过布隆过滤器快速定位到对应的HFile，以及HBase是有内存缓存机制的，如果数据在内存中，效率会更高。

总结

正因为以上大致的查询思路，保证了HBase即使随着数据量的剧增，也不会导致查询性能的下降。

同时，HBase是一个面向列存储的数据库（列簇机制），当表字段非常多时，可以把其中一些字段独立出来放在一部分机器上，而另外一些字段放到另一部分机器上，分散存储，分散列查询。

正由于这样复杂的存储结构和分布式的存储方式，保证了HBase海量数据下的查询效率。

posted @ 2022-06-23 22:39  呆滞的猪蹄  阅读(2354)  评论(0)  编辑  收藏  举报