从原理到应用解释MYSQL和HBASE区别

对Hbase基础概念还不了解的同学请移步这篇文章

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背景

公司团队初期将业务数据和日志数据都存储到了Mysql，后来随着业务增长，日志数量级已达千万，为避免触及性能瓶颈，决定将底层数据库选型由Mysql更改为Hbase。借此机会，查阅网上相关文章，结合自己的理解，从原理到应用解释Mysql和Hbase的区别。

二者简介

MySQL

MySQL是一种开放源代码的关系型数据库管理系统（RDBMS），主要面向OLTP，支持事务，支持多种索引，
支持sql操作，支持主从。MySQL数据库系统使用最常用的数据库管理语言——结构化查询语言（SQL）进行
数据库管理。

Hbase

HBase is a column-oriented database management system that runs on top
of Hadoop Distributed File System (HDFS)。HBase 是运行在 HDFS 之上的面相列
的数据库管理系统。注意 HBase 不是列式存储数据库，每一个列簇就是一个HFiel。有以下特点
● 天然分布式，主从架构
● NoSQL数据库，不支持事务，不支持sql
● 不支持二级索引，仅能通过主键(row key)和主键的 range 来检索数据。
● 海量数据存储：支持随机CRUD，亿级数据秒级响应。

存储结构不同

在说它们存储结构之前先给大家说一下行式存储和列式存储的区别：
行式存储相当于套餐，即使一个人来了也给你上八菜一汤，造成浪费；
列式存储相等于自助餐，按需自取，人少了也不浪费。

行式存储更像一个Java Bean，所有字段都提前定义好，且不能改变；
列式存储更像一个Map，不提前定义，随意往里添加key/value。
下面举一个例子来更具体说明行式列式存储的区别，比如我们有如下表格：

行式存储模型：

列式存储模型：

言归正传，Mysql和Hbase到底是按哪种模型存储的呢？

Mysql

如上解释行式存储。

Hbase

严格来讲不是列式存储。不管是存储在内存的 MemStore，还是存储在 HDFS 上的 HFile，其都是基于 LSM（Log-Structured Merge-Tree）结构存储的。下图有助于我们简单理解 MemStore 和 HFile 是怎么存储数据的，假设我们有以下一张 HBase 表。

那在hbase底层的 KV 存储大概如下所示的：

从上图可以看出：
● 不同的列族存在不同的文件中（上面两个表格代表不同的 HFile）；
● HFiel里的数据是按照 Rowkey 进行字典排序的；
● 每一列数据在底层 HFile 中是以 KV 形式存储的；
● 相同的一行数据中，只有列族一样，这些数据才是顺序放在一起的。
到这里大家应该可以看到，HBase 其实不是列式数据库，因为同一行数据，如果列族不一样，那这些数据是没有存储在相邻位置的；

CRUD原理不同

Mysql

MySQL的Innodb中的数据是按主键的顺序依次存放，主键即为聚簇索引，索引采用B+树结构进行组织。

从图中可以看出，数据是按聚簇索引顺序依次存放，假设下面一些场景：
1.查询
Innodb中主键即为聚簇索引，假如根据主键查询，聚簇索引的叶子节点存放就是真正的数据，可以直接查到相应的记录。
假如是二级索引查询，那么需要先通过二级索引找到该记录的主键，然后根据主键通过聚簇索引找到对应的记录，这里多了一个索引查找的过程。
2.插入
顺序插入：因为Innodb的数据是按聚簇索引的顺序依次存放的，如果是根据主键索引的顺序插入，即插入的数据的主键是连续的，因为是顺序io，所以插入效率会较高。
随机插入：假如每次插入的数据主键是不连续的，MySQL需要取出每条记录对应的物理block，会引起大量的随机io，随机io操作和顺序io的性能差距很大，尤其是机械盘。
（Kafka官网提到一个机械盘的顺序写能达到600M/s，而随机写可能只有100k/s。As a result the performance of linear writes on aJBODconfiguration with six 7200rpm SATA RAID-5 array is about 600MB/sec but the performance of random writes is only about 100k/sec—a difference of over 6000X.这也是为什么HBase、ES将所有的insert、update、delete操作都统一看成顺序写操作，避免随机io）
note：这也是为什么MySQL的主键通常定义为自增id，不涉及业务逻辑，这样新数据插入时能保证是顺序io。另外MySQL为了提高随机io的性能，提供了insert buffer的功能。
3.更新 & 删除
update和delete如果不是顺序的话，也会包含大量的随机io，当然MySQL都针对随机io都进行了一些优化，尽量减少随机io带来的性能损失。

Hbase

HBase不支持二级索引，它只有一个主键索引，采用LSM树。

HBase是一个分布式系统，这点跟MySQL不同，它的数据是分散不同的server上，每个table由一个或多个region组成，region分散在集群中的server上，一个server可以负责多个region。
这里有一点需要特别注意：table中各个region的存放数据的rowkey（主键）范围是不会重叠的，可以认为region上数据基于rowkey全局有序，每个region负责它自己的那一部分的数据。
1.查询
查询操作是根据rowkey返回时间戳最大的数据。假如我们要查询rowkey=150的这条记录，首先从zk中获取hbase:meta表（存放region和key的对应关系的元数据表）的位置，通过查询meta表得知rowkey=150的数据在哪个server的哪个region上。
2.插入

上图粗略的展示了HBase的region的结构，region不单单是一个文件，它是由一个memstore和多个storeFile组成（storeFile上的上限可以配置）。插入数据时首先将数据写入memstore，当memstore大小达到一定阈值，将memstore flush到硬盘，变成一个新的storeFile。flush的时候会对memstore中的数据进行排序，压缩等操作。可以看到单个storeFile中的数据是有序的，但是region中的storeFile间的数据不是全局有序的。
这样有的好处就是：不管主键是否连续，所有的插入一律变成顺序写，大大提高了写入性能。
看到这里大家可能会有一个疑问：这种写入方式导致了一条记录如果不是一次性插入，很可能分散在不同的storeFile中，那在该region上面查询一条记录时，怎么知道去找哪个storeFile呢？答案就是：全部查询。HBase会采用多路归并的方式，对该region上的所有storeFile进行查询，直到找到符合条件的记录。所以HBase的拥有很好的写入性能，但是读性能较差。
当然HBase也做了很多优化，比如每个storeFile都有自己的index、用于过滤的bloom filter、compaction：按可配置的方式将多个storeFile合并成一个，减少检索时打开的文件数。
3.更新 & 删除
修改操作其实是根据时间戳重新put一条数据。删除操作其实是PUT一条操作类型为DEL的数据。（当查询时发现该row key的最大时间戳记录操作类型为DEL，则不返回数据，给用户造成的感觉就是已删除该row key）。因此也造成数据冗余。
HBase将更新和删除也全部看做插入操作，用timestamp和delete marker来区分该记录是否是最新记录、是否需要删除。也正是因为这样，除了查询，其他的操作统一转换成了顺序写，保证了HBase高效的写性能。

架构不同

Mysql

Hbase

1. 完全分布式（数据分片、故障自恢复)
2. 底层使用 HDFS(存储计算分离)。

解决问题定位不同

MySQL解决应用的在线事务问题。
Hbase解决大数据场景的海量存储问题。
HBase 不是 MySQL 的替换，HBase 是业务规模及场景扩张后，对 MySQL 的自然延伸。

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注：
本文部分内容参考自
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