彷徨 | HBase的详细介绍(概念以及特性)

1、什么是hbase

HBASE是一个高可靠性、高性能、面向列、可伸缩的分布式存储系统，利用HBASE技术可在廉价PC Server上搭建起大规模结构化存储集群。

HBASE的目标是存储并处理大型的数据，更具体来说是仅需使用普通的硬件配置，就能够处理由成千上万的行和列所组成的大型数据。

HBASE是Google Bigtable的开源实现，但是也有很多不同之处。比如：Google Bigtable利用GFS作为其文件存储系统，HBASE利用Hadoop HDFS作为其文件存储系统；Google运行MAPREDUCE来处理Bigtable中的海量数据，HBASE同样利用Hadoop MapReduce来处理HBASE中的海量数据；Google Bigtable利用Chubby作为协同服务，HBASE利用Zookeeper作为对应。

2、与传统数据库的对比

1、传统数据库遇到的问题：

1）数据量很大的时候无法存储

2）没有很好的备份机制

3）数据达到一定数量开始缓慢，很大的话基本无法支撑

 2、HBASE优势：

1）线性扩展，随着数据量增多可以通过节点扩展进行支撑

2）数据存储在hdfs上，备份机制健全

3）通过zookeeper协调查找数据，访问速度块。

3、hbase集群中的角色

1、一个或者多个主节点，Hmaster

2、多个从节点，HregionServer

4、hbase数据模型

Row Key

与nosql数据库们一样,row key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row key访问

2.通过row key的range（正则）

3.全表扫描

Row key行键 (Row key)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，row key保存为字节数组。存储时，数据按照Row key的字典序(byte order)排序存储。设计key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)

Columns Family

列簇 ：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。

Cell

由{row key, columnFamily, 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

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、hbase依赖zookeeper

保存Hmaster的地址和backup-master地址

hmaster：管理HregionServer , 做增删改查表的节点 , 管理HregionServer中的表分配

保存表-ROOT-的地址

hbase默认的根表，检索表。

HRegionServer列表

表的增删改查数据 , 和hdfs交互，存取数据。

6、hbase原理

体系图

写流程

client向hregionserver发送写请求。

hregionserver将数据写到hlog（write ahead log）。为了数据的持久化和恢复。

hregionserver将数据写到内存（memstore）

反馈client写成功。

数据flush过程

当memstore数据达到阈值（默认是128M），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。

并将数据存储到hdfs中。

在hlog中做标记点。

数据合并过程

当数据块达到4块，hmaster将数据块加载到本地，进行合并

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管理当hregionser宕机后，将hregionserver上的hlog拆分，然后分配给不同的hregionserver加载，修改.META.     

注意：hlog会同步到hdfs

hbase的读流程

通过zookeeper和（-ROOT-，0.96之前有）.META.表定位hregionserver。

数据从内存和硬盘合并后返回给client

数据块会缓存

hmaster的职责

管理用户对Table的增、删、改、查操作；

记录region在哪台Hregion server上

在Region Split后，负责新Region的分配；

新机器加入时，管理HRegion Server的负载均衡，调整Region分布

在HRegion Server宕机后，负责失效HRegion Server 上的Regions迁移。

hregionserver的职责

HRegion Server主要负责响应用户I/O请求，向HDFS文件系统中读写数据，是HBASE中最核心的模块。

HRegion Server管理了很多table的分区，也就是region。

client职责

Client

HBASE Client使用HBASE的RPC机制与HMaster和RegionServer进行通信

管理类操作：Client与HMaster进行RPC；

数据读写类操作：Client与HRegionServer进行RPC。

7、Hbase几个特点介绍

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。

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。（通常建表会只建一个列簇，）

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。

备注：RegionServer的作用是管理region、承接业务的访问，这个后面会详细的介绍

通过横向添加Datanode的机器，进行存储层扩容，提升Hbase的数据存储能力和提升后端存储的读写能力。

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。

​​​​​​​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。

不足之处：

对多表关联查询支持不够好，

事物支持不好

不支持sql（加大开发难度）

8、Rowkey 设计

热点问题

数据后存储的，容易被访问

hbase 中的行是以 rowkey 的字典序排序的，这种设计优化了scan 操作，可以将相关的 行 以及会被一起读取的行 存取在临近位置，便于 scan 。 然而，糟糕的 rowkey 设计是 热点 的源头。 热点发生在大量的客户端直接访问集群的一个或极少数节点。访问可以是读，写，或者其他操作。大量访问会使 热点region 所在的单个机器超出自身承受能力，引起性能下降甚至是 region 不可用。这也会影响同一个 regionserver 的其他 regions，由于主机无法服务其他region 的请求。设计良好的数据访问模式以使集群被充分，均衡的利用。

为了避免写热点，设计 rowkey 使得 不同行在同一个 region,但是在更多数据情况下，数据应该被写入集群的多个region，而不是一个。下面是一些常见的避免 热点的方法以及它们的优缺点：

加盐

这里的加盐不是密码学中的加盐，而是在rowkey 的前面增加随机数。具体就是给 rowkey 分配一个随机前缀 以使得它和之前排序不同。分配的前缀种类数量应该和你想使数据分散到不同的 region 的数量一致。 如果你有一些 热点 rowkey 反复出现在其他分布均匀的 rwokey 中，加盐是很有用的。考虑下面的例子：它将写请求分散到多个 RegionServers，但是对读造成了一些负面影响。

哈希

除了加盐，你也可以使用哈希，哈希会使同一行永远用同一个前缀加盐。哈希也可以使负载分散到整个集群，但是读却是可以预测的。使用确定的哈希可以让客户端重构完成的 rowkey，使用Get 操作获取正常的获取某一行数据。

翻转key

第三种防止热点的方法是翻转固定长度或者数字格式的rowkey。这样可以使得rowkey中经常改变的部分（最没意义的部分）放在前面。这样可以有效的随机 rowkey,但是牺牲了 rowkey 的有序性。

单调递增 rwokey(时间连续序列)

当所有客户端一段时间内一致写入某一个region,然后再接着写入下一个 region。例如：像单调递增的 rowkey（时间戳） ，就会发生这种现象。应该尽量避免这种设计。

打散数据的数据+时间序列

尽量减少行和列的大小

在Hbase中，value永远是和它的key一起传输的。当具体的值在系统间传输时，它的rowkey,列名，时间戳也会一起传输。如果你的rowkey和列名很大，甚至可以和具体的值相比较，那么你将会遇到一些有趣的情况。HBase storefiles中的索引（有助于随机访问）最终占据了HBase 分配的大量内存，因为具体的值和他的key很大。可以增加 block 大小使得 storefiles 索引在更大的时间间隔增加，或者修改表的模式以减小rowkey 和 列名的大小。压缩也有助于更大的索引。

大多时候较小的低效率是无关紧要的，但是在这种情况下，任何访问模式都需要列族名，列名，rowkey，所以它们会被访问数十亿次在你的数据中。

列族越短越好

尽可能使列族名越短越好，最好是一个字符。（例如：'d' 代表data/default）。属性名也是一样的。

9、应用场景

Hbase是一个通过廉价PC机器集群来存储海量数据的分布式数据库解决方案。它比较适合的场景概括如下：

是巨量大（百T、PB级别）

查询简单（基于rowkey或者rowkey范围查询）

不涉及到复杂的关联

有几个典型的场景特别适合使用Hbase来存储：

银行：历史账单，记录

海量订单流水数据（长久保存）

交易记录

数据库历史数据