转载-hbase中rowkey

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什么是rowkey？
rowkey是HBase实现分布式的基础，HBase通过rowkey范围划分不同的region，分布式系统的基本要求就是在任何时候，系统的访问都不要出现明显的热点现象，所以rowkey的设计至关重要，一般我们建议rowkey的开始部分以hash或者MD5进行散列，尽量做到rowkey的头部是均匀分布的。禁止采用时间、用户id等明显有分段现象的标志直接当作rowkey来使用。

对于关系型数据库，数据定位可以理解为“二维坐标”；但是hbase中需要四维来定位一个单元格，即[行健、列族、列限定符、时间戳]

而 HBase中rowkey可以唯一标识一行记录，在HBase查询的时候，有以下几种方式：

通过get方式，指定rowkey获取唯一一条记录
通过scan方式，设置startRow和stopRow参数进行范围匹配
全表扫描，即直接扫描整张表中所有行记录

什么是热点？
HBase中的行是按照rowkey的字典顺序排序的，这种设计优化了scan操作，可以将相关的行以及会被一起读取的行存取在临近位置，便于scan。然而糟糕的rowkey设计是热点的源头。 热点发生在大量的client直接访问集群的一个或极少数个节点（访问可能是读，写或者其他操作）。大量访问会使热点region所在的单个机器超出自身承受能力，引起性能下降甚至region不可用，这也会影响同一个RegionServer上的其他region，由于主机无法服务其他region的请求。 设计良好的数据访问模式以使集群被充分，均衡的利用。

RowKey的三大设计原则 :
①、长度原则
②、散列原则
③、时间戳反转
④、唯一原则

1. RowKey长度原则
因为RowKey是一个二进制码流，可以是任意字符串，最大长度 64kb ，实际应用中一般为10-100bytes，以 byte[] 形式保存，一般设计成定长建议越短越好，不要超过16个字节，原因如下：

1️⃣、目前操作系统都是64位系统，内存8字节对齐，控制在16字节，8字节的整数倍利用了操作系统的最佳特性。

2️⃣、hbase将部分数据加载到内存当中，如果rowkey过长，内存的有效利用率就会下降。
数据的持久化文件HFile中是按照KeyValue存储的，如果rowkey过长，比如超过100字节，1000w行数据，光rowkey就要占用100*1000w=10亿个字节，将近1G数据，这样会极大影响HFile的存储效率；
MemStore将缓存部分数据到内存，如果rowkey字段过长，内存的有效利用率就会降低，系统不能缓存更多的数据，这样会降低检索效率。
其他的如列族名、列名等属性名也是越短越好。value永远和它的key一起传输的。当具体的值在系统间传输时，它的rowkey，列名，时间戳也会一起传输。如果你的rowkey和列名和值相比较很大，那么你将会遇到一些有趣的问题。Hfile中的索引最终占据了HBase分配的大量内存。

2.RowKey散列原则

如果rowkey按照时间戳的方式递增，不要将时间放在二进制码的前面，建议将rowkey的高位作为散列字段，由程序随机生成，低位放时间字段，这样将提高数据均衡分布在每个RegionServer，以实现负载均衡的几率。如果没有散列字段，首字段直接是时间信息，所有的数据都会集中在一个RegionServer上，这样在数据检索的时候负载会集中在个别的RegionServer上，造成热点问题，会降低查询效率。具体方式有以下几种
Salting 加盐 散布
在rowkey的前面增加随机数，具体就是给rowkey分配一个随机前缀以使得它和之前的rowkey的开头不同。分配的前缀种类数量应该和你想使用数据分散到不同的region的数量一致。散列之后的rowkey就会根据随机生成的前缀分散到各个region上，以避免热点。
Hashing 哈希
哈希会使同一行永远用一个前缀散列。哈希也可以使负载分散到整个集群，但是读却是可以预测的。使用确定的哈希可以让客户端重构完整的rowkey，可以使用get操作准确获取某一个行数据
RowKey Reverse 行健反转
反转固定长度或者数字格式的rowkey。这样可以使得rowkey中经常改变的部分（最没有意义的部分）放在前面。这样可以有效的随机rowkey，但是牺牲了rowkey的有序性。（例如手机号）
反转rowkey的例子以手机号为rowkey，可以将手机号反转后的字符串作为rowkey，这样的就避免了以手机号那样比较固定开头导致热点问题
（举例：写数据时行健是1到1万，这种情况如果不散列，就会出现写热点，总是往存储最大行健的Region里写入数据，十分影响性能。）

3.时间戳反转 Reversiong the Key

rowkey是按照字典顺序排序存储的，因此，设计rowkey的时候，要充分利用这个排序的特点，将经常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。
一个常见的数据处理问题是快速获取数据的最近版本，使用反转的时间戳作为rowkey的一部分对这个问题十分有用，可以用Long.Max_Value-timestamp 追加到key的末尾，例如 [key][reverse_timestamp] , [key] 的最新值可以通过scan [key]获得[key]的第一条记录，因为HBase中rowkey是有序的，第一条记录是最后录入的数据。
（由于这一项是违背散列原则的，有可能引起热点，所以要根据具体情境来看是否适合使用这种方法。大多数情境还是以行健散列为主。）

4. RowKey唯一原则

必须在设计上保证其唯一性，rowkey是按照字典顺序排序存储的，因此，设计rowkey的时候，要充分利用这个排序的特点，将经常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。但是这里的量不能太大，如果太大需要拆分到多个节点上去。

 

所以良好的rowkey设计，应当遵循四大原则，并且能让数据分散，从而避免热点问题。介绍几种常用的rowkey设计方法。
1.1 加盐
这里所说的加盐并非密码学中的加盐，而是在rowkey的前面分配随机数，当给rowkey随机前缀后，它就能分布到不同的region中，这里的前缀应该和你想要数据分散的不同的region的数量有关。

为了让同学们更好的理解加盐（salting）这个rowkey设计方法。我们以电信公司为例。当我们去电信公司打印电话详单也就是通话记录。对于通话记录来说，每个人每月可能都有很多通话记录，而使用电信的用户也是亿计。这种信息，我们就能存入hbase当中。

对于通话记录，我们有什么信息需要保存呢？首先，肯定应该有主叫和被叫，然后有主叫被叫之间的通话时长，以及通话时间。除此之外，还应该有主叫的位置信息，和被叫的位置信息。

由此，我们的通话记录表需要记录的信息就出来了：主叫、被叫、时长、时间、主叫位置、被叫位置。

我们该如何来设计一张hbase表呢？

首先，hbase表是依靠rowkey来定位的，我们应该将尽可能多的将查询的信息编入rowkey当中。hbase的元数据表mate表就给我们了一个很好的示例。它包括了namespace，表名，startKey，时间戳，计算出来的码（用于分散数据）。

所以，当我们设计通话记录的rowkey时，需要将能唯一确定该条记录的数据编入rowkey当中。即是需要将主叫、被叫、时间编入。

如下所示：
17765657979 18688887777 201806121502 #主叫，被叫，时间
但是我们能否将我们设计的rowkey真正应用呢？

当然是可以的，但是热点问题便会随之而来。

例如你的电话是以177开头，电信的hbase集群有500台，你的数据就只可能被存入一台或者两台机器的region当中，当你需要打印自己的通话记录时，就只有一台机器为你服务。而若是你的数据均匀分散到500机器中，就是整个集群为你服务。两者之间效率速度差了不止一个数量级。

注意：由于我们的regionServer就只有一台，没有集群环境，所以我们只介绍方法和理论操作，不提供实际结果

因为我们设定整个hbase集群有500台，所以我们随机在0-499之间中随机数字，添加到rowkey首部。

如下所示：
12 17765657979 18688887777 201806121502 #随机数，主叫，被叫，时间
在插入数据时，判断首部随机数字，选择对应的region存入，由于rowkey首部数字随机，所以数据也将随机分布到不同的regionServer中。这样就能很好的避免热点问题了。

1.2 预分区
通常hbase会自动处理region拆分，当region的大小到达一定阈值后，region将被拆分成两个，之后在两个region都能继续增长数据。

然而在这个过程当中，会出现两个问题：

第一点，就是我们所说的热点问题，数据会继续往一个region中写，出现写热点问题；

第二点，则是拆分合并风暴，当用户的region大小以恒定的速度增长，region的拆分会在同一时间发生，因为同时需要压缩region中的存储文件，这个过程会重写拆分后的region，这将会引起磁盘I/O上升 。

压缩：hbase支持大量的压缩算法，而且通常开启压缩，因为cpu压缩和解压的时间比从磁盘读写数据的时间消耗的更短，所以压缩会带来性能的提升。

对于拆分合并风暴，通常我们需要关闭hbase的自动管理拆分。然后手动调用hbase的split（拆分）和major_compact（压缩），对其进行时间控制，来分散I/O负载。但是其中的split操作同样是高I/O的操作。

为了解决这些问题，预分区就是一种很好的方法，通常它和加盐结合起来使用。

所谓预分区，就是预先创建hbase表分区。这需要我们明确rowkey的取值范围和构成逻辑。

比如前面我们所列举的电信电话详单表。通过加盐我们得到的 rowkey构成是：随机数+主叫+被叫+时间，如果我们现在并没有500台机器，只有10台，但是按照我们的计划，未来将扩展到500台的规模。所以我们仍然设计0到499的随机数，但是将以主叫177开头的通话记录分配到十个region当中，所以我们将随机数均分成十个区域，范围如下：

-50,50-100,100-150,150-200,200-250,250-300,300-350,350-400,400-450,450-
然后我们将我们的预分区存入数组当中，当插入数据时，先根据插入数据的首部随机数，判断分区位置，再进行插入数据。同样，这样也能使得各台节点负载均衡。

1.3 哈希
细心的同学可能会发现，在我们刚刚提出的加盐与预分区rowkey设计方法中，并没有完整运用到rowkey设计的散列原则。

更一步思考下，我们会发现如果只运用加盐与预分区rowkey设计方法，数据会真正无序随即分布在hbase集群当中，这并没有让我们利用到hbase根据字典顺序排序的这一特点。

由此，哈希这一设计理念便顺理成章的出现在我们眼前。

同样以电信通话记录为例，我们想将某一天的通话记录存入同一region当中，所以我们利用哈希函数算出哈希值，再模以我们需要存入region数量，我们就能将相同输入的数据，存入同一region当中。

在主叫，被叫，时间rowkey当中，我们将callerID（主叫）与 20180612（某一天的时间）作为参赛，传入哈希函数当中，将得到的哈希值模以500，余数添加到rowkey首部中，再结合预分区设计方法，就能将数据均匀分布到regionServer当中。

同时，我们还能将相同rowkey的数据收集到一台节点上，在避免热点问题的情况下，充分利用hbase字典排序的优点。

1.4 反转
对于以手机号码这样比较固定开头的rowkey（例如开头177,159,138），但是它的后几位都是随机的，没有规律的。我们可以将手机号反转之后作为rowkey，这样就避免了热点问题。

这就是rowkey设计的另一种方法反转，通过反转固定长度或者数字格式的rowkey。这样可以使得rowkey中经常改变的部分（最没有意义的部分）放在前面。这样可以有效的随机rowkey，但是牺牲了rowkey的有序性。