妖精小狗
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Apache Hbase概述

HBase是一个领先的No-SQL数据库，它在HDFS上存储数据

HBase是面向列的数据库

HBase是一个分布式哈希映射

HBase是基于Google Big Table论文

HBase使用HDFS作为存储，并利用其可靠性

数据访问速度快，响应时间约2-20毫秒

支持每个节点20k到100k以上ops/s的数据库读写操作

扩展到20,000多个节点

 

关系型数据库一般都有外键约束，代表了数据和数据之间的联系，数据生成过程不一定是一致的；关系型数据库保证数据不会冗余。非关系型数据库就是把很多数据放到一起。

 

Hbase不是面向文档的，应用于数据查询，可以存数据，查数据，很少会写数据；Hive应用于数据分析擅长复杂数据处理，分析可以拼数据，所以Hive比较慢

 

Apache HBase用例：

捕获增量数据——时间序列数据

高容量，高速写入

Apache Hbase概述_第1张图片

信息交换——消息传递

高容量，高速读写

Apache Hbase概述_第2张图片

内容服务——Web应用程序后端

高容量，高速度读取

Apache Hbase概述_第3张图片

示例—Facebook中的HBase：

9000个分布式缓存实例

4000 mysql碎片

自2011年以来移动到Hbase

Apache Hbase概述_第4张图片

示例—阿里巴巴搜索中的HBase：

自2010年以来，HBase一直是阿里巴巴搜索系统的核心存储

目前的规模：

3个集群每个集群1000 +集群

分享Flink纱

服务每天操作超过10M+/s

Apache HBase生态系统：

Lily——HBase中的CRM

OpenTSDB——时间序列数据的HBase

Kylin——HBase中的OLAP系统

Phoenix——HBase中的SQL

Splice Machine——HBase中的OLTP系统，在HBase增加足够多的功能，使它能够替代关系型数据库

Apache Tephra——HBase事务功能支持

TiDB——分配SQL数据

Apache Omid——正面的事务管理

Yarn应用时间轴服务器v.2移动到HBase

Hive元数据存储正在迁移到HBase

Ambari Metrics服务器将使用HBase作为数据存储

HBase整体物理架构：

Apache Hbase概述_第5张图片

HBase RegionServer（区域服务器）与HDFS DataNode配置在一起

HBase Client（客户端）直接与区域服务器通信以发送和接收数据

HBase Maste管理区域分配并处理DDL操作

在ZooKeeper中维护在线配置状态

 

HBase Master和ZooKeeper不涉及数据路径，HBase Master要通过ZooKeeper保证稳定性，一旦HBase Master掉电或者出现错误，ZooKeeper就会接替HBase Maste，使得服务不会出错

RegionServer是HBase集群中最重要的部分，具有真正处理数据，存储数据的功能，与HDFS DataNode配置在一起，RegionServer和HBase Master直接通信，一旦RegionServer把HBase Master交付给HBase Client，两者就会直接通信，数据就会从客户端传入RegionServer，ZooKeeper和HBase Maste并不会参与数据处理

 

RegionServer（处理读数据和写数据）区域服务器物理架构

Apache Hbase概述_第6张图片

RegionServer写数据的时候，先把数据写到HLog（WAL）里，数据写满WAL以后会把数据flash到HRegion中HStore中的HFile中去，在写数据的时候为了保证数据的安全性会在WAL和MemStore中写两份数据，然后把文件存到Hadoop的HDFS文件中，这个文件就叫做HFile，然后WAL就会清空，再次填入新数据，WAL就相当于数据的备份地区

HBase就相当于一个集群

HBase读的时候对应读的区域BlockCache，如果检测到了读的请求就会先去memory中查把数据直接返回，但是如果没有直接在memory中找到数据，就会去Hadoop的HFile中去查

区域服务器包含单个WAL，单个块缓存（读缓存）和多个区域

区域包含多个存储，每个Column Family（列族）对应一个存储

一个存储由多个存储文件和一个MemStore（写/编辑缓存）组成

一个StoreFile对应于一个HFile和Column Familay（列族）

HFiles和WAL作为序列文件保存在HDFS上。

区域和表的逻辑架构

Apache Hbase概述_第7张图片

单个表被划分为大小大致相同的Regions。

Regions被分配到跨集群的Regions服务器。

一个区域只分配到一台服务器

Regions服务器承载的Regions数量大致相同。

在区域内拆分列族以将设置列分组在一起

客户端直接与区域服务器对话

行的逻辑结构：

Apache Hbase概述_第8张图片

Rowkey（行键）是唯一的和排序的

Schema可以定义何时插入记录

每一行都可以定义自己的列，即使其他行不使用它们

将相关列分组进保存在不同的文件中的Column Families（列族）（首选<3）

Column qualifier是真正的列名

使用唯一的timestamps（时间戳）维护多个行版本，对每条数据都生成一个时间戳，这样找到每一个数据都十分方便

Value（值）类型可以在不同版本之间更改

HBase只知道字节，客户端必须传递意义

单元格的物理坐标：

Region directory（区域目录） => CF Directory（CF目录） => Row Key（行键） => Column Family（列族） => Column Qualifier（列限定符） => timestamp（时间戳） => Version（版本）

数据管理：

在三个位置可以追踪到什么

系统目录表hbase:meta，整个查询过程中用到的元数据

在元数据中找一个数据HMaster先找到Region，然后找到RegionServer，找到其中的表，找到具体的RowKey

HDFS目录中的文件

打开服务器上的区域实例

系统将这些位置对齐

有时（非常罕见）可能需要使用HBase Fsck进行修复

冗余信息对于修复损坏的表非常有用

HBase架构的优势：

强一致性模型：

当写返回时，所有阅读器将看到相同的值

自动缩放：

当区域变得太大时就会分裂

使用HDFS来传播数据和管理空间

内置的复苏：

使用写前日志，类似于在文件系统上写日志

使用Hadoop集成：

HBase上的MapReduce很简单

如何访问HBase — hbase shell

HBase shell是一种使用HBase的交互模式

它支持完整的hbase命令集

CMD Category

CMDs

General

version, status, whoami, help

DDL

alter, create, describe, disable, drop, enable, exists, is_disabled, is_enabled, list

DML

count, delete, deleteall, get, get_counter, incr, put, scan, truncate

Tools

assign, balance_switch, balancer, close_region,

compact, flush, major_compact, move, split, unassign, zk_dump

Replication

add_peer, disable_peer, enable_peer, remove_peer, start_replication, stop_replication

HBase 常用命令：

通用命令：

hbase shell：进入HBase Shell

Status：提供HBase的状态，例如，服务器的数量。

Version：提供正在使用HBase版本。

table_help：表引用命令提供帮助。

Whoami：提供有关用户的信息。

List：查看当前HBase有哪些表

数据定义语言：表操作

Create：创建一个表。

List：列出HBase的所有表。

Disable：禁用表。

is_disabled：验证表是否被禁用。

Enable：启用一个表。

is_enabled：验证表是否已启用。

Describe：提供了一个表的描述。

Alter：改变一个表。

Exists：验证表是否存在。

Drop：从HBase中删除表。

drop_all：丢弃在命令中给出匹配“regex”的表。

数据操纵语言：

Put：把指定列在指定的行中单元格的值在一个特定的表。

Get：取行或单元格的内容。

Delete：删除表中的单元格值。

Deleteall：删除给定行的所有单元格。

Scan：扫描并返回表数据。

Count：计数并返回表中的行的数目。

Truncate：禁用，删除和重新创建一个指定的表。

具体操作：

//进入HBase Shell

hbase shell

//查看当前HBase有哪些表

list

//创建表t_user，后两项是列族，列族一般不超过3个

create 't_user',{NAME=>'name'},{NAME=>'password'}

//获得表t_user的描述信息

describe 't_user'

//禁用表

disable 't_user'

//删除表，删除表之前要先把表禁用掉

drop 't_user'

//查询表是否存在

exists 't_user'

//查看全表数据

scan 't_user'

//插入数据，分别是表名、key、列（列族：具体列）、值。HBase是面向列的数据库，列可无限扩充

put 't_user' ,'001','cf1:name','chenxj'

put 't_user' ,'001','cf1:age','18'

put 't_user' ,'001','cf2:sex','man'

put 't_user' ,'002','cf1:name','chenxj'

put 't_user' ,'002','cf1:address','fuzhou'

put 't_user' ,'002','cf2:sex','man'

//获取数据，可根据key、key和列族等进行查询

get 't_user','001'

get 't_user','002','cf1'

get 't_user','001','cf1:age'

//删除表中的rowkey

deleteall ‘t_user’,’002’

//删除表中的列column

delete 't_user' ,'002','cf1:address'

//删除表中的值

delete 't_user' ,'002','cf1:address',时间戳

//删除表中的列族，column family

alter 't_user', ’delete=>’cf1’

//批量导入数据

hdfs dfs put -f hbase_import_data.csv /demo/data/

hbase org.apache.hadoop.hbase.mapreduce.ImportTsv

-Dimporttsv.separator=,

-Dimporttsv.columns="HBASE_ROW_KEY , order:numb , order:date"

customer /demo/data/hbase_import_data.csv

 

//整体示例

Create ‘xuanke’,’stu’,’crs’

Create ‘xuanke’,{NAME=>’stu’},{NAME=>’crs’,VERSIONS=>3}

scan ‘xuanke’,{STARTROW=>’j’,STOPROW=>’m’}

describe ‘xuanke’

put ‘xuanke’,’2015001’,’stu:sname’,’zhangsan’

put ‘xuanke’,’2015001’,’stu:sex’,’male’

put ‘xuanke’,’2015001’,’stu:age’,’25

put ‘xuanke’,’2015001’,’crs:cname’,’math’

put ‘xuanke’,’2015001’,’crs:points’,2.0

put ‘xuanke’,’2015001’,’crs:score,86

get ‘xuanke’,’2015001’,

//改变表增加VERSIONS

alter ‘xuanke’, NAME=>’stu’, VERSIONS=>5

了解HBase JavaAPI：

Configuration 创建配置

Connection    建立连接

ConnectionFactory  工厂方法

Admin 管理类

Connection.getAdmin()

描述符：

表Table，

表名TableDescriptor，

列族ColumnFamily，

列

创建配置HBaseConfiguration

建立连接Connection

获取管理对象Admin

通过管理对象进行操作：

建表

表名TableName

列族描述符

ColumnFamilyDescriptor

表名，RowKey，列族，列，值

Java重载能不能有不同返回值类型

能，重载只关心参数一样不一样，返回值是什么都没有关系

  1. 根据位置进行查询
  2. 根据区域进行查询
  3. 储存企业信息
  4. 按地理位置查询
  5. 按区域查询

数据倾斜

如何避免数据倾斜，创建合理的rowkey散列到不同的节点上

HBase Rest API：

Start/Stop rest service

./hbase-daemon.sh start rest -p 9081

./hbase-daemon.sh stop rest -p 9081

Curl -v -X PUT

'http://localhost:9081/test/schema'  

-H 'Accept: application/ json"

-H "ContentType: application/ json"

之前都是固定的

-d '{"@name":"test","ColumnSchema":[{"name":"data"}]}'

"@name":"test"：代表表的名字

 

TABLE='test'

FAMILY= ' data '

KEY=$(echo 'row1' | tr -d "n" | base64)

COLUMN=$(echo 'data:test' | tr -d "\n" | base64)

DATA=$(echo 'some data' | tr -d "\n" | base64)

curl -v -X PUT

‘http://localhost :9081/ test/ row1/ data:test'

-H "Accept: application/ json"

-H "Content-Type: application/json"

-d '{"Row":[f"key":"'$KEY'", "Cell":[{" column":"'$COLUMN'","$":"' $DATA'"}]}]}’

 

如何访问HBase：

Phoenix是：

HBase的一个SQL皮肤。

提供了一个在HBase SQL接口来管理数据。

创建表、插入、更新数据和执行低延迟通过JDBC查询。

PhoenixJDBC驱动程序很容易嵌入到任何支持JDBC应用程序。

 

Phoenix的整体架构

Apache Hbase概述_第9张图片

Phoenix提供了类似sql的语法：

API代码

Phoenix DDL

HBaseAdmin hbase = new HBaseAdmin(conf);

HTableDescriptor desc = new

HTableDescriptor("us_population");

HColumnDescriptor state = new

HColumnDescriptor("state".getBytes());

HColumnDescriptor city = new

HColumnDescriptor("city".getBytes());

HColumnDescriptor population = new

HColumnDescriptor("population".getBytes());

desc.addFamily(state);

desc.addFamily(city);

desc.addFamily(population);

hbase.createTable(desc);

CREATE TABLE us_population (

state CHAR(2) NOT NULL,

city VARCHAR NOT NULL,

population BIGINT

CONSTRAINT my_pk PRIMARY KEY (state, city)

);

更加灵活

熟悉的SQL语法

集成

提供附加约束检查。

Phoenix支持关键：

支持的SQL语句

标准SQL数据类型

UNION ALL

SELECT, UPSERT, DELETE

窗口函数

JOINs: Inner and Outer

Transactions

Subqueries

Cross Joins

Secondary Indexes

Authorization

GROUP BY, ORDER BY, HAVING

Replication Management

AVG, COUNT, MIN, MAX, SUM

 

Primary Keys, Constraints

 

CASE, COALESCE

 

VIEWs

 

PERCENT_RANK, LAST|FIRST VALUE

 

Phoenix示例：

增加修改：

Upstart into mytest value(‘stu001’,’zhangsan’,27)

Upstart into mytest(sex varchar) value(‘stu003’,’wangwu’,27,’male’)

Phoenix和Hbase原有的数据映射：

CREATE TABLE “student” (“id”,varchar(20) primary key,”f1”.”name” varchar(50)) column_encoded_bytes=0;

Phoenix非常适合的情况：

快速而容易地构建由HBase支持的应用程序

SQL应用程序需要极大的规模、性能和并发性

在转换到Hadoop时重用现有的SQL技能

BI工具

分析和特别报表

考虑其他工具的情况：

涉及大型连接或高级SQL特性的复杂SQL查询

全表扫描

ETL作业（之类的）

应用程序驱动程序/接口

HBase上Hive的用户模式

使用HBase作为Hive源（数据仓库分析）

使用HBase作为Hive Sink（批量加载数据到HBase表）

Apache Hbase概述_第10张图片

同时使用HBase（计算和存储摘要）

Apache Hbase概述_第11张图片

Hive HBase外部表：

只支持select和insert，不支持HBase中的版本控制

性能是好的

create external table customer(

name string,

order_numb string,

order_date string,

addr_city string,

addr_state string)

stored by 'org.apache.hadoop.hive.hbase.HBaseStorageHandler'

with

serdeproperties ("hbase.columns.mapping"=":key,order:numb,order:date,addr:city,addr:state")

tblproperties("hbase.table.name"="customer");

HBase高级主题和优化：

命名空间：

什么是命名空间 — 一种易于表管理的机制

可以创建、删除或更改名称空间

通过指定表单的完全限定表名，可以在创建表时确定名称空间成员关系

#创建一个命名空间

create_namespace 'my_ns’

#在my_ns命名空间中创建my_table

create 'my_ns:my_table', 'fam'

#删除命名空间

drop_namespace 'my_ns’

#改变命名空间

alter_namespace 'my_ns', {METHOD => 'set', 'PROPERTY_NAME' => 'PROPERTY_VALUE'}

GRANT的安全性：

使用grant命令将表上的特定/更新权限（如读、写、执行和管理）授予特定的用户。

grant命令的语法如下：

grant

[ []]

我们可以为RWXCA集合中的用户授予零个或多个特权，其中：

R — 表示读特权

W — 代表写的特权

C — 表示创建特权

A — 表示管理权限

示例：grant 'will', 'RWCA', 'my_hbase_table'

 

具有Revoke & user_permission的安全性

使用revoke命令删除表中用户的所有权限

grant命令的语法如下：

revoke

[ []]

示例：revoke 'will', 'my_hbase_table'

使用user_permission命令列出特定表的所有权限

user_permission的语法如下所示：

user_permission 'tablename'

示例：user_permission 'my_hbase_table'

 

Region分割：

什么是分裂：

“分割”或“区域分割”是将一个区域划分为两个区域

通常是因为它太大了

这两个分割通常会在不同的服务器上结束

区域分割的策略：

自动（最常见）

手动（或按代码预分割）

可插入分割政策

乎每个人都使用“ConstantSizeRegionSplitPolicy”

当存储文件变得比hbase.hregion.max.filesize更大时，就会发生分割

仅限专家：存在其他分割策略，您可以编写自己的策略

 

Compactions：动机

日志结构合并（LSM）

传统数据库的架构是更新现有数据

大多数现代数据库使用某种日志结构的合并（LSM）

这意味着只需要将值写到日志的末尾，然后进行排序

Pro：插入和更新非常快

Con：使用更多的空间，所以我们需要进行压缩

Compaction的实现

小的Compaction：

将文件合并成更少的大型文件

主要的Compaction：

Apache Hbase概述_第12张图片

Compactions控制：

Compactions：

Compaction：重写日志文件并丢弃旧值

节省空间，使读取和恢复更快

Compaction：昂贵的I/O密集型操作。通常希望这发生在非高峰时间

有些人从外部安排compactions，compactions很少完全禁用

Flush -> Minor Compaction -> Major Compaction：

Flush：将memstore写到一个新的存储文件中。事件触发

Minor Compaction：将最近的存储文件合并到更大的存储文件中。事件触发。

Major Compaction：主要重写存储数据以最小化空间利用率。时间触发。

相关的控制：

Flush：hbase.hregion.memstore.flush.size

Minor Compaction：hbase.hstore.compaction.min/max：最大和最小的存储文件(由刷新创建)，必须存在这些文件才能触发minor compaction

Major Compaction: hbase.hregion.majorcompaction：Major Compaction的时间间隔

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