sstableloader工具使用及原理解析

sstableloader是cassandra提供的bulkload工具，可以将sstable文件导入到集群中。本文详细介绍其用法和实现原理。

用法

sstableloader工具在cassandra的bin目录下面，用法如下：

bin/sstableloader  

具体的选项可以参考官方文档的介绍，常见的选项有：
-d, –nodes 目标集群的nodes
-u, –username 用户名
-pw, –password 密码
-t, –throttle 限速，单位Mbits/s (默认不限制)
-cph, –connections-per-host 和每个节点建立多少连接

参数指定要导入的sstable文件所在的目录。需要注意的是sstableloader会把目录名作为表名，上一级目录名作为keyspace名称。例如sstableloader /whatever/path/test/t ...这个命令会把数据导入到test.t这个表里面。

sstableloader常见的使用场景包括：

• bulkload批量写入数据
• 跨集群数据迁移
• 从备份的snapshot文件恢复数据

bulkload批量写入

cassandra中提供了SSTableWriter这个类来实现对sstable的写入，使用这个类用户可以不需要关心sstable的具体文件格式。需要注意的是使用这个类需要依赖cassandra-all而不是cassandra的java driver。如下代码示意了如何使用SSTableWriter在本地生成sstable文件：

        final String KS = "cql_keyspace7";
        final String TABLE = "table7";

        final String schema = "CREATE TABLE " + KS + "." + TABLE + " ("
                              + "  k int,"
                              + "  c1 int,"
                              + "  c2 int,"
                              + "  v blob,"
                              + "  PRIMARY KEY (k, c1, c2)"
                              + ")";

        File tempdir = Files.createTempDir();
        File dataDir = new File(tempdir.getAbsolutePath() + File.separator + KS + File.separator + TABLE);
        assert dataDir.mkdirs();

        CQLSSTableWriter writer = CQLSSTableWriter.builder()
                                                  .inDirectory(dataDir)
                                                  .forTable(schema)
                                                  .using("INSERT INTO " + KS + "." + TABLE + " (k, c1, c2, v) VALUES (?, ?, ?, textAsBlob(?))")
                                                  .build();

        writer.addRow(1, 2, 3, "abc");
        writer.addRow(4, 5, 6, "efg");

        writer.close();

生成文件之后，可以使用sstableloader将生成的文件导入到cassandra中。使用这种方式写入数据，减少了对服务器的请求量，而且写入本地文件会比向服务器写入数据要快，很适合大批量数据的离线导入。

集群间数据迁移

sstableloader也可以用来做集群间的数据迁移。具体步骤如下：
1 在目标集群创建要同步的表的schema。
2 停止源集群写入（针对停机迁移），或是开启增量数据的迁移（针对不停机迁移）。
3 在源集群的每个节点执行flush：bin/nodetool flush。
4 在源集群节点上执行sstableloader将数据文件导入到目标集群中。

原理

sstableloader会首先通过java客户端与服务器建立连接，并读取meta信息。之后在storage_port通过streaming协议将sstable文件发送到各个节点上。在这个过程中，sstableloader并不是简单的把数据文件拷贝到每个节点，而是根据meta中的相关信息，给每个节点发送他所管理的那一段数据。
下面简单介绍一下cassandra中的streaming协议协议。

streaming协议

在Cassandra中，streaming协议用来在两个节点之间同步sstable中的一段数据的过程，通常用于数据修复或移动的过程。除了sstableloader以外，如下场景中也可能会有streaming的过程：

• repair
• bootstrap过程
• gossip收到和本节点有关的REMOVED_TOKEN状态变化
• nodetool里面会触发数据移动或修复的命令，例如repair,rebuild,removenode,move
  Streaming过程中两个节点的网络交互如下图所示：

这个过程大致可以分为如下四个阶段：
1 建立连接
2 streaming准备阶段
3 streaming阶段
4 完成

1 建立连接

这个阶段主要是建立连接并把连接和StreamSession关联起来。
stream的发起节点创建一个StreamSession对象，并建立两个到远端节点的连接，一个用于后续的发送消息， 一个用于接收消息。之后会通过这两个连接向远端发送StreamInit消息，通知远端节点开启一次streaming，并标明每个连接的用途。
远端收到StreamInit消息后，也会创建自己的StreamSession对象，并将收到StreamInit消息的两个连接和StreamSession关联起来。
连接建立完成后，进入准备阶段。

2 准备阶段

这个阶段主要用于协商节点之间需要传输的文件片段。
发起节点首先发送一个PrepareMessage，其中包含当前节点会向远端节点发送哪些文件或片段，以及需要对方提供哪些表的哪些range的数据。
远端节点收到请求后，会根据请求的range查找对应的sstable，然后向发起节点返回一个PrepareMessage，其中包含要发送哪些sstable的哪些片段，之后远端节点进入streaming阶段。
发起节点收到PrepareMessage后，记录要接收的sstable片段，然后进入streaming阶段。

3 streaming阶段

这个阶段就开始进行文件传输了。发送端和接收端会分别建立相应的任务。
发送端会针对要进行streaming的文件，按顺序发送FileMessage。FileMessage由消息头FileMessageHeader和文件内容的流组成。当所有文件发送完成后，StreamTransferTask标记为完成。
接收端将收到的文件内容写入sstable。当一个StreamReceiveTask中的所有文件都接收完成后，将sstable加入到ColumnFamilyStore中。
如果接收过程中发生错误，接收端会发送一个SessionFailedMessage给发送端，并关闭StreamSession。
当所有发送和接收任务都完成后，进入完成阶段。

4 完成阶段

当一个节点完成所有的发送和接收任务后，如果该节点已经收到了CompleteMessage，则会向对方发送CompleteMessage并关闭session；如果还没有收到CompleteMessage，则会向对方发送CompleteMessage并等待对方返回。

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