HBase

HBase

• 一、HBase特点
• 1.1海量存储
• 1.2列式存储
• 1.3极易扩展
• 1.4高并发
• 1.5稀疏
• 二、 HBase架构
• 三、HBase中的角色
• 3.1 HMaster
• 3.2 RegionServer
• 3.3 其他组件
• 四、HBase Shell操作
• 4.1基本操作
• 4.2表的操作
• 五、HBase数据结构
• 5.1 RowKey
• 5.2 Column Family
• 5.3 Cell
• 5.4 Time Stamp
• 5.5 命名空间
• 六、HBase原理
• 6.1 HBase读数据流程
• 6.2 Hbase写流程
• 6.3 数据Flush过程
• 6.4 数据合并过程

一、HBase特点

1.1海量存储

Hbase适合存储PB级别的海量数据，在PB级别的数据以及采用廉价PC存储的情况下，能在几十到百毫秒内返回数据。这与Hbase的极易扩展性息息相关。正式因为Hbase良好的扩展性，才为海量数据的存储提供了便利。

1.2列式存储

这里的列式存储其实说的是列族存储，Hbase是根据列族来存储数据的。列族下面可以有非常多的列，列族在创建表的时候就必须指定。

1.3极易扩展

Hbase的扩展性主要体现在两个方面，一个是基于上层处理能力（RegionServer）的扩展，一个是基于存储的扩展（HDFS）。
通过横向添加RegionSever的机器，进行水平扩展，提升Hbase上层的处理能力，提升Hbsae服务更多Region的能力。

1.4高并发

由于目前大部分使用Hbase的架构，都是采用的廉价PC，因此单个IO的延迟其实并不小，一般在几十到上百ms之间。这里说的高并发，主要是在并发的情况下，Hbase的单个IO延迟下降并不多。能获得高并发、低延迟的服务。

1.5稀疏

稀疏主要是针对Hbase列的灵活性，在列族中，你可以指定任意多的列，在列数据为空的情况下，是不会占用存储空间的。

二、 HBase架构

从图中可以看出Hbase是由Client、Zookeeper、Master、HRegionServer、HDFS等几个组件组成，下面来介绍一下几个组件的相关功能：
1）Client

Client包含了访问Hbase的接口，另外Client还维护了对应的cache来加速Hbase的访问，比如cache的.META.元数据的信息。

2）Zookeeper

HBase通过Zookeeper来做master的高可用、RegionServer的监控、元数据的入口以及集群配置的维护等工作。具体工作如下：
通过Zoopkeeper来保证集群中只有1个master在运行，如果master异常，会通过竞争机制产生新的master提供服务
通过Zoopkeeper来监控RegionServer的状态，当RegionSevrer有异常的时候，通过回调的形式通知Master
RegionServer上下线的信息 通过Zoopkeeper存储元数据的统一入口地址

3）Hmaster

master节点的主要职责如下：
为RegionServer分配Region 维护整个集群的负载均衡 维护集群的元数据信息
发现失效的Region，并将失效的Region分配到正常的RegionServer上
当RegionSever失效的时候，协调对应Hlog的拆分

4）HregionServer

HregionServer直接对接用户的读写请求，是真正的“干活”的节点。它的功能概括如下：
管理master为其分配的Region
处理来自客户端的读写请求
负责和底层HDFS的交互，存储数据到HDFS
负责Region变大以后的拆分
负责Storefile的合并工作

5）HDFS

HDFS为Hbase提供最终的底层数据存储服务，同时为HBase提供高可用（Hlog存储在HDFS）的支持，具体功能概括如下：
提供元数据和表数据的底层分布式存储服务
数据多副本，保证的高可靠和高可用性

三、HBase中的角色

3.1 HMaster

功能
1．监控RegionServer
2．处理RegionServer故障转移
3．处理元数据的变更
4．处理region的分配或转移
5．在空闲时间进行数据的负载均衡
6．通过Zookeeper发布自己的位置给客户端

3.2 RegionServer

功能
1．负责存储HBase的实际数据
2．处理分配给它的Region
3．刷新缓存到HDFS
4．维护Hlog
5．执行压缩
6．负责处理Region分片

3.3 其他组件

1．Write-Ahead logs

HBase的修改记录，当对HBase读写数据的时候，数据不是直接写进磁盘，它会在内存中保留一段时间（时间以及数据量阈值可以设定）。但把数据保存在内存中可能有更高的概率引起数据丢失，为了解决这个问题，数据会先写在一个叫做Write-Ahead
logfile的文件中，然后再写入内存中。所以在系统出现故障的时候，数据可以通过这个日志文件重建。

2．Region

Hbase表的分片，HBase表会根据RowKey值被切分成不同的region存储在RegionServer中，在一个RegionServer中可以有多个不同的region。

3．Store

HFile存储在Store中，一个Store对应HBase表中的一个列族。

4．MemStore

顾名思义，就是内存存储，位于内存中，用来保存当前的数据操作，所以当数据保存在WAL中之后，RegsionServer会在内存中存储键值对。

5．HFile

这是在磁盘上保存原始数据的实际的物理文件，是实际的存储文件。StoreFile是以Hfile的形式存储在HDFS的。

四、HBase Shell操作

4.1基本操作

1．进入HBase客户端命令行

[root@hadoop102 hbase]$ bin/hbase shell

2．查看帮助命令

hbase(main):001:0> help

3．查看当前数据库中有哪些表

hbase(main):002:0> list

4.2表的操作

1．创建表

hbase(main):002:0> create 'student','info'

2．插入数据到表

hbase(main):003:0> put 'student','1001','info:sex','male'
hbase(main):004:0> put 'student','1001','info:age','18'
hbase(main):005:0> put 'student','1002','info:name','Janna'
hbase(main):006:0> put 'student','1002','info:sex','female'
hbase(main):007:0> put 'student','1002','info:age','20'

3．扫描查看表数据

hbase(main):008:0> scan 'student'
hbase(main):009:0> scan 'student',{STARTROW => '1001', STOPROW  => '1001'}
hbase(main):010:0> scan 'student',{STARTROW => '1001'}

4．查看表结构

hbase(main):011:0> describe ‘student’

5．更新指定字段的数据

hbase(main):012:0> put 'student','1001','info:name','Nick'
hbase(main):013:0> put 'student','1001','info:age','100'

6．查看“指定行”或“指定列族:列”的数据

hbase(main):014:0> get 'student','1001'
hbase(main):015:0> get 'student','1001','info:name'

7．统计表数据行数

hbase(main):021:0> count 'student'

8．删除数据
删除某rowkey的全部数据：

hbase(main):016:0> deleteall 'student','1001'

删除某rowkey的某一列数据：

hbase(main):017:0> delete 'student','1002','info:sex'

9．清空表数据

hbase(main):018:0> truncate 'student'

提示：清空表的操作顺序为先disable，然后再truncate。
10．删除表
首先需要先让该表为disable状态：

hbase(main):019:0> disable 'student'

然后才能drop这个表：

hbase(main):020:0> drop 'student'

提示：如果直接drop表，会报错：ERROR: Table student is enabled. Disable it first.
11．变更表信息
将info列族中的数据存放3个版本：

hbase(main):022:0> alter 'student',{NAME=>'info',VERSIONS=>3}
hbase(main):022:0> get 'student','1001',{COLUMN=>'info:name',VERSIONS=>3}

五、HBase数据结构

5.1 RowKey

与nosql数据库们一样,RowKey是用来检索记录的主键。访问HBASE table中的行，只有三种方式：

1.通过单个RowKey访问
2.通过RowKey的range（正则）
3.全表扫描

RowKey行键 (RowKey)可以是任意字符串(最大长度是64KB，实际应用中长度一般为 10-100bytes)，在HBASE内部，RowKey保存为字节数组。存储时，数据按照RowKey的字典序(byte order)排序存储。设计RowKey时，要充分排序存储这个特性，将经常一起读取的行存储放到一起。(位置相关性)

5.2 Column Family

列族：HBASE表中的每个列，都归属于某个列族。列族是表的schema的一部 分(而列不是)，必须在使用表之前定义。列名都以列族作为前缀。例如 courses:history，courses:math都属于courses 这个列族。

5.3 Cell

由{rowkey, column Family:columu, version} 唯一确定的单元。cell中的数据是没有类型的，全部是字节码形式存贮。
关键字：无类型、字节码

5.4 Time Stamp

HBASE 中通过rowkey和columns确定的为一个存贮单元称为cell。每个 cell都保存 着同一份数据的多个版本。版本通过时间戳来索引。时间戳的类型是 64位整型。时间戳可以由HBASE(在数据写入时自动 )赋值，此时时间戳是精确到毫秒 的当前系统时间。时间戳也可以由客户显式赋值。如果应用程序要避免数据版 本冲突，就必须自己生成具有唯一性的时间戳。每个 cell中，不同版本的数据按照时间倒序排序，即最新的数据排在最前面。
为了避免数据存在过多版本造成的的管理 (包括存贮和索引)负担，HBASE提供 了两种数据版本回收方式。一是保存数据的最后n个版本，二是保存最近一段 时间内的版本（比如最近七天）。用户可以针对每个列族进行设置。

5.5 命名空间

命名空间的结构:

1. Table：表，所有的表都是命名空间的成员，即表必属于某个命名空间，如果没有指定，则在default默认的命名空间中。
2. RegionServer group：一个命名空间包含了默认的RegionServer Group。
3. Permission：权限，命名空间能够让我们来定义访问控制列表ACL（Access Control List）。例如，创建表，读取表，删除，更新等等操作。
4. Quota：限额，可以强制一个命名空间可包含的region的数量。

六、HBase原理

6.1 HBase读数据流程

1）Client先访问zookeeper，从meta表读取region的位置，然后读取meta表中的数据。meta中又存储了用户表的region信息；
2）根据namespace、表名和rowkey在meta表中找到对应的region信息；
3）找到这个region对应的regionserver；
4）查找对应的region；
5）先从MemStore找数据，如果没有，再到BlockCache里面读；
6）BlockCache还没有，再到StoreFile上读(为了读取的效率)；
7）如果是从StoreFile里面读取的数据，不是直接返回给客户端，而是先写入BlockCache，再返回给客户端。

6.2 Hbase写流程

6.3 数据Flush过程

1）当MemStore数据达到阈值（默认是128M，老版本是64M），将数据刷到硬盘，将内存中的数据删除，同时删除HLog中的历史数据；
2）并将数据存储到HDFS中；
3）在HLog中做标记点。

6.4 数据合并过程

1）当数据块达到4块，Hmaster触发合并操作，Region将数据块加载到本地，进行合并；
2）当合并的数据超过256M，进行拆分，将拆分后的Region分配给不同的HregionServer管理；
3）当HregionServer宕机后，将HregionServer上的hlog拆分，然后分配给不同的HregionServer加载，修改.META.；
4）注意：HLog会同步到HDFS。