hbase的架构

 

HBase中的存储包括HMaster、HRegionSever、HRegion、HLog、Store、MemStore、StoreFile、HFile等角色构成，具体如下
HMaster的作用

  1.为HRegionServer分配HRegion
  2.负责HRegionServer的负载均衡
  3.发现失效的HRegionServer并重新分配
  4.HDFS上的垃圾文件回收
  5.处理Schema更新请求

HRegionServer的作用

  1.维护HMaster分配给它的HRegion，处理对这些HRegion的IO请求
  2.负责切分正在运行过程中变得过大的HRegion可以看到，Client访问HBase上的数据并不需要HMaster参与，寻址访问ZooKeeper和HRegionServer，数据读写访问HRegionServer，HMaster仅仅维护Table和Region的元数据信息，Table的元数据信息保存在ZooKeeper上，负载很低。HRegionServer存取一个子表时，会创建一个HRegion对象，然后对表的每个列簇创建一个Store对象，每个Store都会有一个MemStore和0或多个StoreFile与之对应，每个StoreFile都会对应一个HFile，HFile就是实际的存储文件。因此，一个HRegion有多少列簇就有多少个Store。
  3 一个HRegionServer会有多个HRegion和一个HLog。
HRegion的作用
  ​Table在行的方向上分割为多个HRegion，HRegion是HBase中分布式存储和负载均衡的最小单元，即不同的HRegion可以分别在不同的HRegionServer上，但同一个HRegion是不会拆分到多个HRegionServer上的。HRegion按大小分割，每个表一般只有一个HRegion，随着数据不断插入表，HRegion不断增大，当HRegion的某个列簇达到一个阀值（默认256M）时就会分成两个新的HRegion。 ​ 1、<表名，StartRowKey, 创建时间> 2、由目录表(-ROOT-和.META.)记录该Region的EndRowKey HRegion定位：HRegion被分配给哪个HRegionServer是完全动态的，所以需要机制来定位HRegion具体在哪个HRegionServer，HBase使用三层结构来定位HRegion： ​ 1、通过zk里的文件/hbase/rs得到-ROOT-表的位置。-ROOT-表只有一个region。 2、通过-ROOT-表查找.META.表的第一个表中相应的HRegion位置。其实-ROOT-表是.META.表的第一个region； .META.表中的每一个Region在-ROOT-表中都是一行记录。 3、通过.META.表找到所要的用户表HRegion的位置。用户表的每个HRegion在.META.表中都是一行记录。 -ROOT-表永远不会被分隔为多个HRegion，保证了最多需要三次跳转，就能定位到任意的region。Client会将查询的位置信息保存缓存起来，缓存不会主动失效，因此如果Client上的缓存全部失效，则需要进行6次网络来回，才能定位到正确的HRegion，其中三次用来发现缓存失效，另外三次用来获取位置信息。 ​

Store相关

Store
  每一个HRegion由一个或多个Store组成，至少是一个Store，HBase会把一起访问的数据放在一个Store里面，即为每个ColumnFamily建一个Store，如果有几个ColumnFamily，也就有几个Store。一个Store由一个MemStore和0或者多个StoreFile组成。 HBase以Store的大小来判断是否需要切分HRegion。
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  MemStore
  MemStore 是放在内存里的，保存修改的数据即keyValues。当MemStore的大小达到一个阀值（默认64MB）时，MemStore会被Flush到文件，
  即生成一个快照。目前HBase会有一个线程来负责MemStore的Flush操作。
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  StoreFile
  MemStore内存中的数据写到文件后就是StoreFile，StoreFile底层是以HFile的格式保存。

HFile

  HBase中KeyValue数据的存储格式，是Hadoop的二进制格式文件。 首先HFile文件是不定长的，长度固定的只有其中的两块：Trailer和FileInfo。

hbase的优化

写入数据方面

Auto Flash
  通过调用HTable.setAutoFlushTo(false)方法可以将HTable写客户端自动flush关闭，这样可以批量写入数据到HBase，而不是有一条put就执行一次更新，只有当put填满客户端写缓存的时候，才会向HBase服务端发起写请求。默认情况下auto flush是开启的。
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  Write Buffer
  通过调用HTable.setWriteBufferSize(writeBufferSize)方法可以设置HTable客户端的写buffer大小，如果新设置的buffer小于当前写buffer中的数据时，buffer将会被flush到服务端。其中，writeBufferSize的单位是byte字节数，可以根基实际写入数据量的多少来设置该值。
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  WAL Flag
  在HBase中，客户端向集群中的RegionServer提交数据时（Put/Delete操作），首先会写到WAL（Write Ahead Log）日志，即HLog，一个RegionServer上的所有Region共享一个HLog，只有当WAL日志写成功后，再接着写MemStore，然后客户端被通知提交数据成功，如果写WAL日志失败，客户端被告知提交失败，这样做的好处是可以做到RegionServer宕机后的数据恢复。
  对于不太重要的数据，可以在Put/Delete操作时，通过调用Put.setWriteToWAL(false)或Delete.setWriteToWAL(false)函数，放弃写WAL日志，以提高数据写入的性能。
  注：如果关闭WAL日志，一旦RegionServer宕机，Put/Delete的数据将会无法根据WAL日志进行恢复。
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  Compression 压缩
  数据量大，边压边写也会提升性能的，毕竟IO是大数据的最严重的瓶颈，哪怕使用了SSD也是一样。众多的压缩方式中，推荐使用SNAPPY。从压缩率和压缩速度来看，性价比最高。
  HColumnDescriptor hcd = new HColumnDescriptor(familyName);   
  hcd.setCompressionType(Algorithm.SNAPPY);  
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  批量写
  通过调用HTable.put(Put)方法可以将一个指定的row key记录写入HBase，同样HBase提供了另一个方法：通过调用HTable.put(List<Put>)方法可以将指定的row key列表，批量写入多行记录，这样做的好处是批量执行，只需要一次网络I/O开销，这对于对数据实时性要求高，网络传输RTT高的情景下可能带来明显的性能提升。
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  多线程并发写
  在客户端开启多个 HTable 写线程，每个写线程负责一个 HTable 对象的 flush 操作，这样结合定时 flush 和写 buffer（writeBufferSize），可以既保证在数据量小的时候，数据可以在较短时间内被 flush（如1秒内），同时又保证在数据量大的时候，写 buffer 一满就及时进行 flush。

读数据方面

批量读
  通过调用 HTable.get(Get) 方法可以根据一个指定的 row key 获取一行记录，同样 HBase 提供了另一个方法：通过调用 HTable.get(List) 方法可以根据一个指定的 row key 列表，批量获取多行记录，这样做的好处是批量执行，只需要一次网络 I/O 开销，这对于对数据实时性要求高而且网络传输 RTT 高的情景下可能带来明显的性能提升。
  缓存查询结果
  对于频繁查询 HBase 的应用场景，可以考虑在应用程序中做缓存，当有新的查询请求时，首先在缓存中查找，如果存在则直接返回，不再查询 HBase；否则对 HBase 发起读请求查询，然后在应用程序中将查询结果缓存起来。至于缓存的替换策略，可以考虑 LRU 等常用的策略。
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数据及集群管理

预分区
  默认情况下，在创建HBase表的时候会自动创建一个Region分区，当导入数据的时候，所有的HBase客户端都向Region写数据，知道这个Region足够大才进行切分，一种可以加快批量写入速度的方法是通过预先创建一些空的Regions，这样当数据写入HBase的时候，会按照Region分区情况，在进群内做数据的负载均衡。
  Rowkey优化
  rowkey是按照字典存储，因此设置rowkey时，要充分利用排序特点，将经常一起读取的数据存储到一块，将最近可能会被访问的数据放到一块。
  rowkey若是递增生成的，建议不要使用正序直接写入，可以使用字符串反转方式写入，使得rowkey大致均衡分布，这样设计的好处是能将RegionServer的负载均衡，否则容易产生所有新数据都在集中在一个RegionServer上堆积的现象，这一点还可以结合table的与分区设计。
  减少Column Family数量
  不要在一张表中定义太多的column family。目前HBase并不能很好的处理超过2-3个column family的表，因为某个column family在flush的时候，它临近的column family也会因关联效应被触发flush，最终导致系统产生更过的I/O;
  设置最大版本数
  创建表的时候，可以通过 HColumnDescriptor.setMaxVersions(int maxVersions) 设置表中数据的最大版本，如果只需要保存最新版本的数据，那么可以设置 setMaxVersions(1)。
  缓存策略（setCaching）
  创建表的时候，可以通过HColumnDEscriptor.setInMemory(true)将表放到RegionServer的缓存中，保证在读取的时候被cache命中。
  设置存储生命期
  创建表的时候，可以通过HColumnDescriptor.setTimeToLive(int timeToLive)设置表中数据的存储生命周期，过期数据将自动被删除
  磁盘配置
  每台RegionServer管理10-1000个Regions。每个Region在1-2G，则每台server最少要10G，最大要1000*2G=2TB，考虑3备份，需要6TB。方案1是3块2TB磁盘，2是12块500G磁盘，带宽足够时，后者能提供更大的吞吐率，更细力度的冗余备份，更快速的单盘故障恢复。
  分配何时的内存给RegionServer
  在不影响其他服务的情况下，越大越好。在HBase的conf目录下的hbase-env.sh的最后添加export HBASE_REGIONSERVER_OPTS="- Xmx16000m $HBASE_REGIONSERVER_OPTS"
  其中16000m为分配给REgionServer的内存大小。
  写数据的备份数
  备份数与读性能是成正比，与写性能成反比，且备份数影响高可用性。有两种配置方式，一种是将hdfs-site.xml拷贝到hbase的conf目录下，然后在其中添加或修改配置项dfs.replication的值为要设置的备份数，这种修改所有的HBase用户都生效。另一种方式是改写HBase代码，让HBase支持针对列族设置备份数，在创建表时，设置列族备份数，默认为3，此种备份数支队设置的列族生效。
  客户端一次从服务器拉取的数量
  通过配置一次拉取较大的数据量可以减少客户端获取数据的时间，但是他会占用客户端的内存，有三个地方可以进行配置
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  在HBase的conf配置文件中进行配置hbase.client.scanner.caching;
  通过调用HTble.setScannerCaching(int scannerCaching)进行配置；
  通过调用Sacn.setCaching(int caching)进行配置，三者的优先级越来越高。
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  客户端拉取的时候指定列族
  scan是指定需要column family，可以减少网络传输数据量，否则默认scan操作会返回整行所有column family的数据
  拉取完数据之后关闭ResultScanner
  通过 scan 取完数据后，记得要关闭 ResultScanner，否则 RegionServer 可能会出现问题（对应的 Server 资源无法释放）。
  RegionServer的请求处理IO线程数
  较少的IO线程适用于处理单次请求内存消耗较高的Big Put场景（大容量单词Put或设置了较大cache的scan，均数据Big Put）或RegionServer的内存比较紧张的场景。
  较多的IO线程，适用于单次请求内存消耗低，TPS要求（每次事务处理量）非常高的场景。这只该值的时候，以监控内存为主要参考
  在hbase-site.xml配置文件中配置项为hbase.regionserver.handle.count
  Region大小设置
  配置项hbase.hregion.max.filesize，所属配置文件为hbase-site.xml，默认大小是256m。
  在当前RegionServer上单个Region的最大存储空间，单个Region超过该值时，这个Region会被自动split成更小的Region。小Region对split和compaction友好，因为拆分Region或compact小Region里的StoreFile速度非常快，内存占用低。缺点是split和compaction会很频繁，特别是数量较多的小Region不同的split，compaction，会导致集群响应时间波动很大，Region数量太多不仅给管理上带来麻烦，设置会引起一些HBase个bug。一般 512M 以下的都算小 Region。大 Region 则不太适合经常 split 和 compaction，因为做一次 compact 和 split 会产生较长时间的停顿，对应用的读写性能冲击非常大。
  此外，大 Region 意味着较大的 StoreFile，compaction 时对内存也是一个挑战。如果你的应用场景中，某个时间点的访问量较低，那么在此时做 compact 和 split，既能顺利完成 split 和 compaction，又能保证绝大多数时间平稳的读写性能。compaction 是无法避免的，split 可以从自动调整为手动。只要通过将这个参数值调大到某个很难达到的值，比如 100G，就可以间接禁用自动 split(RegionServer 不会对未到达 100G 的 Region 做 split)。再配合 RegionSplitter 这个工具，在需要 split 时，手动 split。手动 split 在灵活性和稳定性上比起自动 split 要高很多，而且管理成本增加不多，比较推荐 online 实时系统使用。内存方面，小 Region 在设置 memstore 的大小值上比较灵活，大 Region 则过大过小都不行，过大会导致 flush 时 app 的 IO wait 增高，过小则因 StoreFile 过多影响读性能。