HBase 数据模型

HBase 数据模型

逻辑视图

HBase 逻辑视图（表结构）如下：

基本概念术语

• Table（表）

  HBase 一个表由多行组成

• Row Key（行键）

  HBase 中表中一行的唯一标识（类似于关系表中的主键）。一张表中所有行都按照行键（rowkey）的字典序由小到大排序。

• Row（行）

  HBase 中的行由一个行键（row key）和一个或多个列组成，这些列的值与它们相关联。

• Column（列）

  与关系型数据库中的列不同，HBase 的列由列族（column family)以及列限定符（qualifier）即列名两部分组成，两者中间使用 :（冒号）相连。

  比如 base_info:name，其中 base_info 为列簇，name 为列限定符（即列名）

• Column Family（列族）

  • 表中的每一行都有相同的列族，尽管给定的行可能不会在给定的列族中存储任何东西（允许空值）
  • 列族（column family）在表创建的时候需要指定，用户不能随意增减（列族是固定不变的）
  • 一个列族（column family）下可以设置任意多个列，理论上甚至可以扩展到上百万列（列可以动态增加的）

  列族在物理上协调一组列及其值，这通常是出于性能原因。每个列族都有一组存储属性，例如是否应该将其值缓存在内存中、如何压缩其数据或对其行键进行编码等

• Cell（单元格）

  单元格是行、列族和列限定符（即列名）的组合，包含一个值和一个时间戳（表示值的版本）

• Timestamp（时间戳）

  时间戳写在单元格每个值旁边，它是一个值的给定版本的标识符。默认情况下，时间戳表示写入数据时在 RegionServer 上的时间，但可以在将数据放入单元格时指定不同的时间戳值。

表结构特点

• HBase 的表没有固定的字段定义；
• HBase 的表中每行存储的都是一些 key-value 键值对（一个key-value 键值对叫一个 cell 单元格），并且 value 的值可以有多个版本
• HBase 的表中有列族的划分，用户可以指定将哪些 key-value 插入哪个列族
• HBase 的表在物理存储上，是按照列族来分割的，不同列族的数据一定存储在不同的文件中
• HBase 的表中的每一行都固定有一个行键（row key），而且每一行的行键在表中不能重复（类似于 MySQL 的主键）
• HBase 的数据，包含行键、key、value 都是 byte[ ] 类型，Hbase 不负责为用户维护任何数据类型
• HBase 对事务的支持很差

物理视图

HBase 本质是一个 Map，由 Key-Value 键值对构成，不过与普通的 Map 不同，Hbase 是一个稀疏的、分布式的、多维排序的 Map。

Key-Value 结构如下：

{"user001","base_info","name","put","timetamp"} -> "jack"
{"user001","base_info","age","put","timetamp"} -> "18"
{"user002","base_info","name","put","timetamp"} -> "rose"

HBase Map 特性

• 多维

  这个特性比较容易理解。HBase 中的 Map 与普通 Map 最大的不同在于，Key 是一个复合数据结构，由多维元素构成，包括行键、列族、列、类型和时间戳组成的五元组

• 稀疏

  稀疏性是 HBase 一个突出特点。从上面表结构可以看出，user002 这一行仅有两列（name 和 age）有值，其他列都为空值。在其他数据库中，对于空值的处理一般都会填充 null，而对于 HBase，空值不需要任何填充。这个特性为什么重要？因为 HBase 的列在理论上是允许无限扩展的，对于成百万列的表来说，通常都会存在大量的空值，如果使用填充 null 的策略，势必会造成大量空间的浪费。因此稀疏性是 HBase 的列可以无限扩展的一个重要条件，即 HBase 空值不占用任何存储空间。

• 排序

  构成 HBase 的 Key-Value 在同一个文件中都是有序的，但规则并不是仅仅按照行键（row key）排序，而是按照 Key-Value 中的 Key 进行排序

  排序规则如下：

  • 不同行
    • 按行键（row key）排序（字典排序）
  • 同一行
    • 先按列族（column family）排序（字典排序）
    • 再按 Key 排序（字典排序）
    • 最后按照时间戳排序

HBase 的多维元素排序规则对于提升 HBase 的查询效率性能至关重要

• 分布式

  很容易理解，构成 HBase 的所有 Map 并不集中在某台机器上，而是分布在整个 HBase 集群中

HBase 数据类型

HBase 中只支持字节类型 byte[] （即 HBase 存储二进制，不维护任何数据类型）

注：此处的 byte[] 包括： 行键、键值对（key-value）、列族名、表名等

HBase 数据存储

数据存储领域比较常见的两种数据存储方式：行式存储和列式存储

• 行式存储

  行式存储系统会将一行数据存储在一起，一行数据写完之后再接着写下一行，最典型的如 MySQL 这类关系型数据库

  

  特点

  行式存储在获取一行数据时是很高效的，但是如果某个查询只需要读取表中指定列对应的数据，那么行式存储会先取出一行行数据，再在每一行数据中截取待查找目标列。

  这种处理方式在查找过程中引入了大量无用列信息，从而导致大量内存占用。因此，这类系统仅适合于处理 OLTP（联机事务处理） 类型的负载，对于OLAP（联机分析处理） 这类分析型负载并不擅长。

• 列式存储

  列式存储理论上会将一列数据存储在一起，不同列的数据分别集中存储

  

  特点

  列式存储对于只查找某些列数据的请求非常高效，只需要连续读出所有待查目标列，然后遍历处理即可；

  但是反过来，列式存储对于获取一行的请求就不那么高效了，需要多次 IO 读多个列数据，最终合并得到一行数据。另外，因为同一列的数据通常都具有相同的数据类型，因此列式存储具有天然的高压缩特性。

HBase 采用列簇式存储

从概念上来说，列簇式存储介于行式存储和列式存储之间，可以通过不同的设计思路在行式存储和列式存储两者之间相互切换。

比如，一张表只设置一个列簇，这个列簇包含所有用户的列。HBase 中一个列簇的数据是存储在一起的，因此这种设计模式就等同于行式存储。

比如，一张表设置大量列簇，每个列簇下仅有一列，很显然这种设计模式就等同于列式存储。

HBase 表物理存储结构

HBase 系统级别目录结构

HBase 在 HDFS 上的存储位置，根目录是由配置项hbase.rootdir决定，默认是 /hbase

• /hbase/.tmp：当对表做创建或者删除操作时，会将表移动到该目录下，然后再去做处理操作

• /hbase/WALs：RegionServer 在处理数据插入和删除的过程中记录操作内容的一种日志

• /hbase/oldWALs：当 /hbase/WALs 目录中的 logs 文件没有用之后，会将这些文件移到此目录下，HMaster 会定期进行清理，相当于垃圾回收站

• /hbase/MasterProcWAL：HMaster 记录管理操作日志

• /hbase/archive：HBase 在做 Split 或者 Compact 操作完成之后，会将 HFile 移到 .archive 目录中，然后将之前的 hfile 删除掉，该目录由 HMaster 上的一个定时任务定期去清理。

• /hbase/corrupt：存储HBase做损坏的日志文件，一般都是为空的

• /hbase/.snapshot：hbase若开启了 snapshot（快照）功能之后，对某一个用户表建立一个 snapshot（快照） 之后，snapshot 都存储在该目录下

• /hbase/data：核心目录，存储 HBase 表的数据

  默认情况下该目录下有两个目录

  • hbase/data/default：当在用户创建表的时候，没有指定 namespace（名称空间） 时，表就创建在此目录下

  • hbase/data/hbase：系统内部创建的表，hbase:meta; namespace

    namespace（名称空间）是表的逻辑分组，类似于关系数据库系统中的数据库名

• /hbase/hbase.id：存储集群唯一集群 cluster id (UUID)

• /hbase/hbase.version：集群版本号

HBase 用户级别目录结构（/hbase/data）

• /hbase/data/hbase：存储 HBase 的 namespace、meta 和 acl 三个系统级表

  • namespace 表： 存储 HBase 中的所有 namespace 信息，包括预置的 hbase 和 default。
  • acl 表：存储表的用户权限控制
  • meta 表：存储表的元数据信息

• /hbase/data/库名（namespace）

  • /hbase/data/库名/表名/.tabledesc：存储表的元数据信息
    • /hbase/data/库名/表名/.tabledesc/.tableinfo.0000000001：表的元数据信息具体文件
  • /hbase/data/库名/表名/.tmp：中间临时数据，当 .tableinfo 被更新时该目录就会被用到
  • /hbase/data/库名/表名/01a10fbfc443c8a91766ccea497ce4ee：是由 region 的表名+ Key + 时间戳产生的 HashCode 码
  • /hbase/data/库名/表名/region名/.regioninfo：包含了对应 region 的 HRegionInfo 的序列化信息，类似 .tableinfo
  • /hbase/data/库名/表名/region名/列族名：每个列族的所有实际数据文件
  • /hbase/data/库名/表名/region名/列族名/文件名：HBase实际数据文件
  • /hbase/data/库名/表名/region名/.tmp：存储临时文件