Hbase之——布隆过滤器BloomFilter

1、主要功能

提高随机读的性能

2、存储开销

bloom filter的数据存在StoreFile的meta中，一旦写入无法更新，因为StoreFile是不可变的。Bloomfilter是一个列族（cf）级别的配置属性，如果你在表中设置了Bloomfilter，那么HBase会在生成StoreFile时包含一份bloomfilter结构的数据，称其为MetaBlock；MetaBlock与DataBlock（真实的KeyValue数据）一起由LRUBlockCache维护。所以，开启bloomfilter会有一定的存储及内存cache开销。 

3、控制粒度

a)ROW

根据KeyValue中的row来过滤storefile 

举例：假设有2个storefile文件sf1和sf2， 

sf1包含kv1（r1 cf:q1 v）、kv2（r2 cf:q1 v） 

sf2包含kv3（r3 cf:q1 v）、kv4（r4 cf:q1 v） 

如果设置了CF属性中的bloomfilter为ROW，那么get(r1)时就会过滤sf2，get(r3)就会过滤sf1 

b)ROWCOL

根据KeyValue中的row+qualifier来过滤storefile

举例：假设有2个storefile文件sf1和sf2， 

sf1包含kv1（r1 cf:q1 v）、kv2（r2 cf:q1 v） 

sf2包含kv3（r1 cf:q2 v）、kv4（r2 cf:q2 v） 

如果设置了CF属性中的bloomfilter为ROW，无论get(r1,q1)还是get(r1,q2)，都会读取sf1+sf2；而如果设置了CF属性中的bloomfilter为ROWCOL，那么get(r1,q1)就会过滤sf2，get(r1,q2)就会过滤sf1

4、常用场景

1、根据key随机读时，在StoreFile级别进行过滤

2、读数据时，会查询到大量不存在的key，也可用于高效判断key是否存在

5、举例说明

假设x、y、z三个key存在于table中，W不存在

使用Bloom Filter可以帮助我们减少为了判断key是否存在而去做Scan操作的次数

step1）分别对x、y、z运算hash函数取得bit mask，写到Bloom Filter结构中

step2）对W运算hash函数，从Bloom Filter查找bit mask

   如果不存在：三个Bit位至少有一个为0，W肯定不存在该（Bloom Filter不会漏判）

   如果存在   ：三个Bit位全部全部等于1，路由到负责W的Region执行scan，确认是否真的存在（Bloom Filter有极小的概率误判）

6、源码解析

1.get操作会enable bloomfilter帮助剔除掉不会用到的Storefile

在scan初始化时（get会包装为scan）对于每个storefile会做shouldSeek的检查，如果返回false，则表明该storefile里没有要找的内容，直接跳过

if (memOnly == false    
            && ((StoreFileScanner) kvs).shouldSeek(scan, columns)) {    
          scanners.add(kvs);    
}

shouldSeek方法：如果是scan直接返回true表明不能跳过，然后根据bloomfilter类型检查。

if (!scan.isGetScan()) {    
        return true;    
}    
byte[] row = scan.getStartRow();    
switch (this.bloomFilterType) {    
  case ROW:    
    return passesBloomFilter(row, 0, row.length, null, 0, 0);    
   
  case ROWCOL:    
    if (columns != null && columns.size() == 1) {    
      byte[] column = columns.first();    
      return passesBloomFilter(row, 0, row.length, column, 0, column.length);    
    }    
    // For multi-column queries the Bloom filter is checked from the    
    // seekExact operation.    
    return true;    
   
  default:    
    return true;  
}

2.指明qualified的scan在配了rowcol的情况下会剔除不会用掉的StoreFile。

对指明了qualify的scan或者get进行检查：seekExactly

// Seek all scanners to the start of the Row (or if the exact matching row    
// key does not exist, then to the start of the next matching Row).    
if (matcher.isExactColumnQuery()) {    
  for (KeyValueScanner scanner : scanners)    
  scanner.seekExactly(matcher.getStartKey(), false);    
} else {    
  for (KeyValueScanner scanner : scanners)    
  scanner.seek(matcher.getStartKey());    
}

如果bloomfilter没命中，则创建一个很大的假的keyvalue，表明该storefile不需要实际的scan

public boolean seekExactly(KeyValue kv, boolean forward)    
      throws IOException {    
    if (reader.getBloomFilterType() != StoreFile.BloomType.ROWCOL ||    
        kv.getRowLength() == 0 || kv.getQualifierLength() == 0) {    
      return forward ? reseek(kv) : seek(kv);    
    }    
    
    boolean isInBloom = reader.passesBloomFilter(kv.getBuffer(),    
        kv.getRowOffset(), kv.getRowLength(), kv.getBuffer(),    
        kv.getQualifierOffset(), kv.getQualifierLength());    
    if (isInBloom) {    
      // This row/column might be in this store file. Do a normal seek.    
      return forward ? reseek(kv) : seek(kv);    
    }    
    
    // Create a fake key/value, so that this scanner only bubbles up to the top    
    // of the KeyValueHeap in StoreScanner after we scanned this row/column in    
    // all other store files. The query matcher will then just skip this fake    
    // key/value and the store scanner will progress to the next column.    
    cur = kv.createLastOnRowCol();    
    return true;    
}

这边为什么是rowcol才能剔除storefile纳，很简单，scan是一个范围，如果是row的bloomfilter不命中只能说明该rowkey不在此storefile中，但next rowkey可能在。而rowcol的bloomfilter就不一样了，如果rowcol的bloomfilter没有命中表明该qualifiy不在这个storefile中，因此这次scan就不需要scan此storefile了！

7、总结

1.任何类型的get（基于rowkey或row+col）Bloom Filter的优化都能生效，关键是get的类型要匹配Bloom Filter的类型

2.基于row的scan是没办法走Bloom Filter的。因为Bloom Filter是需要事先知道过滤项的。对于顺序scan是没有事先办法知道rowkey的。而get是指明了rowkey所以可以用Bloom Filter，scan指明column同理。

3.row+col+qualify的scan可以去掉不存在此qualify的storefile，也算是不错的优化了，而且指明qualify也能减少流量，因此scan尽量指明qualify