HBase 性能调优第一弹：内存篇

这是使用 HBase 最不可避免的一个话题，就是 HBase 的性能调优，而且通常建立在我们对 HBase 内部运行机制比较了解的基础上进行的，因此无论怎么说，调优这块都是一个相对复杂的事情。这一篇我们先来介绍与 HBase 内存最相关的调优内容。

1. 合理配置 JVM 内存

这里首先涉及 HBase 服务的堆内存设置。一般刚部署的 HBase 集群，默认配置只给 Master 和 RegionServer 分配了 1G 的内存，RegionServer 中 MemStore 默认占 0.4 即 400MB 左右的空间，而一个 MemStore 刷写阈值默认 128M，所以一个 RegionServer 也就能正常管理 3 个Region，多了就可能会产生小文件了，另外也容易发生 Full GC。因此建议合理调整 Master 和 RegionServer 的内存，比如：

export HBASE_MASTER_OPTS="$HBASE_MASTER_OPTS -Xms8g -Xmx8g"
export HBASE_REGIONSERVER_OPTS="$HBASE_REGIONSERVER_OPTS -Xms32g -Xmx32g"

这里也要根据实际集群资源进行配置，另外要牢记至少留 10% 的内存给操作系统使用。

2. 选择合适的 GC 策略

另一个重要方面是 HBase JVM 的 GC 优化，其实 HBase 读写路径上的很多设计都是围绕 GC 优化做的。选择合适的 GC 策略非常重要，对于 HBase 而言通常有两种可选 GC 方案：

• ParallelGC 和 CMS 组合

• G1GC

而 CMS 和 G1 有什么区别呢？

CMS 避免不了 Full GC，而且 Full GC 场景下会通过一次串行的完整垃圾收集来回收碎片化的内存，这个过程通常会比较长，应用线程会发生长时间的 STW 停顿，不响应任何请求；而 G1 适合大内存的场景，通过把堆内存划分为多个 Region（不是 HBase 中的 Region），然后对各个 Region 单独进行 GC，这样就具有了并行整理内存碎片的功能，可以最大限度的避免 Full GC 的到来，提供更加合理的停顿时间。

由于 Master 只是做一些管理操作，实际处理读写请求和存储数据的都是 RegionServer 节点，所以一般内存问题都出在 RegionServer 上。

这里给的建议是，小堆（4G及以下）选择 CMS，大堆（32G及以上）考虑用 G1，如果堆内存介入 4~32G 之间，可自行测试下两种方案。剩下来的就是 GC 参数调优了，这一块也要合理配置加上实际测试，后面再单独聊这块。

3. 开启 MSLAB 功能

这是 HBase 自己实现了一套以 MemStore 为最小单元的内存管理机制，称为 MSLAB（MemStore-Local Allocation Buffer），主要作用是为了减少内存碎片化，改善 Full GC 发生的情况。

MemStore 会在内部维护一个 2M 大小的 Chunk 数组，当写入数据时会先申请 2M 的 Chunk，将实际数据写入该 Chunk中，当该 Chunk 满了以后会再申请一个新的 Chunk。这样 MemStore Flush 后会达到粗粒度化的内存碎片效果，可以有效降低 Full GC 的触发频率。

HBase 默认是开启 MSLAB 功能的，和 MSLAB 相关的配置包括：

• hbase.hregion.memstore.mslab.enabled：MSLAB 开关，默认为 true，即打开 MSLAB。

• hbase.hregion.memstore.mslab.chunksize：每个 Chunk 的大 小，默认为 2MB，建议保持默认值。

• hbase.hregion.memstore.chunkpool.maxsize：内部 Chunk Pool 功能，默认为 0 ，即关闭 Chunk Pool 功能。设置为大于 0 的值才能开启，取值范围为 [0,1]，表示 Chunk Pool 占整个 MemStore 内存大小的比例。

•  hbase.hregion.memstore.chunkpool.initialsize：表示初始化时申请多少个 Chunk 放到 Chunk Pool 中，默认为 0，即初始化时不申请 Chuck，只在写入数据时才申请。

• hbase.hregion.memstore.mslab.max.allocation：表示能放入 MSLAB 的最大单元格大小，默认为 256KB，超过该大小的数据将从 JVM 堆分配空间而不是 MSLAB。

出于性能优化考虑，建议检查相关配置，确保 MSLAB 处于开启状态。

4. 考虑开启 BucketCache

这块涉及到读缓存 BlockCache 的策略选择。首先，BlockCache 是 RegionServer 级别的，一个 RegionServer 只有一个 BlockCache。BlockCache 的工作原理是读请求会首先检查 Block 是否存在于 BlockCache，存在就直接返回，如果不存在再去 HFile 和 MemStore 中获取，返回数据时把 Block 缓存到 BlockCache 中，后续同一请求或临近查询可以直接从 BlockCache 中获取，避免过多的昂贵 IO 操作。BlockCache 默认是开启的。

目前 BlockCache 的实现方案有三种：

LRUBlockCache

最早的 BlockCache 方案，也是 HBase 目前默认的方案。LRU 是 Least Recently Used 的缩写，称为近期最少使用算法。LRUBlockCache 参考了 JVM 分代设计的思想，采用了缓存分层设计。

LRUBlockCache 将整个 BlockCache 分为 single-access（单次读取区）、multi-access（多次读取区）和 in-memory 三部分，默认分别占读缓存的25%、50%、25%。其中设置 IN_MEMORY=true 的列族，Block 被读取后才会直接放到 in-memory 区，因此建议只给那些数据量少且访问频繁的列族设置 IN_MEMORY 属性。另外，HBase 元数据比如 meta 表、namespace 表也都缓存在 in-memory 区。

SlabCache

HBase 0.92 版本引入的一种方案，起初是为了避免 Full GC 而引入的一种堆外内存方案，并与 LRUBlockCache 搭配使用，后来发现它对 Full GC 的改善很小，以至于这个方案基本被弃用了。

BucketCache

HBase 0.96 版本引入的一种方案，它借鉴了 SlabCache 的设计思想，是一种非常高效的缓存方案。实际应用中，HBase 将 BucketCache 和 LRUBlockCache 搭配使用，称为组合模式（CombinedBlockCahce），具体地说就是把不同类型的 Block 分别放到 LRUBlockCache 和 BucketCache 中。

HBase 会把 Index Block 和 Bloom Block 放到 LRUBlockCache 中，将 Data Block 放到 BucketCache 中，所以读取数据会去 LRUBlockCache 查询一下 Index Block，然后再去 BucketCache 中查询真正的数据。

BucketCache 涉及的常用参数有：

• hbase.bucketcache.ioengine：使用的存储介质，可设置为 heap、offheap 或 file，其中 heap 表示空间从JVM堆中申请，offheap 表示使用 DirectByteBuffer 技术实现堆外内存管理，file 表示使用类似 SSD 等存储介质缓存数据。默认值为空，即关闭 BucketCache，一般建议开启 BucketCache。此外，HBase 2.x 不再支持 heap 选型。

• hbase.bucketcache.combinedcache.enabled：是否打开 CombinedBlockCache 组合模式，默认为 true。此外，HBase 2.x 不再支持该参数。

• hbase.bucketcache.size：BucketCache 大小，取值有两种，一种是[0,1]之间的浮点数值，表示占总内存的百分比，另一种是大于1的值，表示占用内存大小，单位 MB。

根据上面的分析，一般建议开启 BucketCache，综合考虑成本和性能，建议比较合理的介质是：LRUBlockCache 使用内存，BuckectCache 使用SSD，HFile 使用机械磁盘。

5. 合理配置读写缓存比例

HBase 为了优化性能，在读写路径上分别设置了读缓存和写缓存，参数分别是 hfile.block.cache.size 与 hbase.regionserver.global.memstore.size，默认值都是 0.4，表示读写缓存各占 RegionServer 堆内存的 40%。 

在一些场景下，我们可以适当调整两部分比例，比如写多读少的场景下我们可以适当调大写缓存，让 HBase 更好的支持写业务，相反类似，总之两个参数要配合调整。

6. 总结

本文总结了与 HBase 内存最相关的调优内容，主要包括 JVM 内存大小设置，选择合适的 GC 策略，建议开启 MSLAB 与 BucketCache，以及合理配置读写缓存比例等内容，希望通过本文我们对于 HBase 性能调优有了一定的认识。

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