HBase原理深入解析（一）----HBase架构总览

前言：掌握Hbase的重要性不言而喻，掌握Hbase的设计原理更是重中之重。本文是对HBase原理进行讲解系列文章的开篇，本文尽量详细的从整体上介绍HBase的架构，并对每个部分的名词进行初步解释，使我们对HBase有个整体的了解。

一、逻辑存储模型

    HBase以表的形式存储数据，表由行和列组成。列划分为若干个列族，如下图所示：

001.jpg

    RowKey：Hbase使用Rowkey来唯一的区分某一行的数据。如图中"rk001"

    列族：Hbase通过列族划分数据的存储，列族下面可以包含任意多的列，实现灵活的数据存取。Hbase的列族不是越多越好，官方推荐的是列族最好小于或者等于3。我们使用的场景一般是1个列族。如图中的“CF1”列族，下面包含两个列："Name"和"Alias"。

    时间戳：TimeStamp对Hbase来说至关重要，因为它是实现Hbase多版本的关键。在Hbase中使用不同的timestame来标识相同rowkey行对应的不通版本的数据。

    Cell：HBase 中通过 rowkey 和 columns 确定的为一个存储单元称为 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。

二、物理存储模型

    HBase的物理存储模型如下图：

002.png

    我们知道，在HBase中，数据以表的形式存储，表由很多行组成，每一行由Row key（行键）以及一个或多个的列值组成。我们可以这么想，当表有很多很多的Row时，我们把这个表按某些规则（比如每500条）拆分成很多部分，那么拆分后的每一部分就是所谓的HRegion，这个HRegion作为一个整体被HMaster分配到某一个RegionServer中。这里可以这样理解，把HMaster想象成一个老大，他把HRegion给分配到某一个服务器上，这样一来，一个表就被分成多个HRegion并可能分配到了不同的RegionServer上。我们刚说HRegion是一个整体，意思是他不能再继续往下分割了，他必须在一个RegionServer上。

三、总体架构

    HBase的总体结构图如下：

003.png

    包括了HMaster、HRegionSever、HRegion、HLog、Store、MemStore、StoreFile、HFile等。接下来我先用自己的理解把这个结构描述一下，然后再分别介绍每个部分，建议再开一个屏幕对照着架构图看。HBase底层依赖HDFS，通过DFS Cilent进行HDFS操作。HMaster负责把HRegion分配给HRegionServer，每一个HRegionServer可以包含多个HRegion，多个HRegion共享HLog，HLog用来做灾难恢复。每一个HRegion由一个或多个Store组成，一个Store对应表的一个列族，每个Store中包含与其对应的MemStore以及一个或多个StoreFile（是实际数据存储文件HFile的轻量级封装），MemStore是在内存中的，保存了修改的数据，MemStore中的数据写到文件中就是StoreFile。

3.1 HMaster

    HMaster的主要功能有：
①把HRegion分配到某一个RegionServer。
②有RegionServer宕机了，HMaster可以把这台机器上的Region迁移到active的RegionServer上。
③对HRegionServer进行负载均衡。
④通过HDFS的dfs client接口回收垃圾文件（无效日志等）
注：HMaster没有单点问题，HBase中可以启动多个HMaster，通过Zookeeper的Master Election机制保证总有一个Master运行。

3.2 HRegionServer

    ①维护HMaster分配给它的HRegion，处理对这些HRegion的IO请求，也就是说客户端直接和HRegionServer打交道。（从图中也能看出来）
    ②负责切分正在运行过程中变得过大的HRegion

3.3 HRegion

    下面我们看看HRegion的结构：

004.jpg

    每个HRegion由多个Store构成，每个Store保存一个列族（Columns Family），表有几个列族，则有几个Store，每个Store由一个MemStore和多个StoreFile组成，MemStore是Store在内存中的内容，写到文件后就是StoreFile。StoreFile底层是以HFile的格式保存。

3.4 HLog
    HLog(WAL log)：WAL意为write ahead log（预写日志），用来做灾难恢复使用，HLog记录数据的变更，包括序列号和实际数据，所以一旦region server 宕机，就可以从log中回滚还没有持久化的数据。

3.5 HFile
    HBase的数据最终是以HFile的形式存储在HDFS中的，HBase中HFile有着自己的格式。此处不细讲，留待后面文章详解。

四、总结

本文从整体上简单介绍了HBase的架构，后续文章将会对HBase内部的细节、读写流程等进行分析。敬请期待。