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HBase简单介绍

（中文）HBase官方文档-0.97
（英文）Apache HBase Reference Guide

概述

NoSQL

HBase是一种”NoSQL”数据库。”NoSQL”是一个通用词表示数据库不是RDBMS（Relation Database Management System，关系型数据库管理系统），后者支持SQL作为主要访问手段。有许多种NoSQL数据库：BerkeleyDB是本地NoSQL数据库例子，而HBase是大型分布式数据库。技术上来说，HBase更像是”数据存储(Data Store)”多于”数据库(Data Base)”。因为缺少很多RDBMS特性，如列类型，第二索引，触发器，高级查询语言等。
然而，HBase有许多特征同时支持线性化和模块化扩充。HBase集群通过增加RegionServers进行扩充。它可以放在普通的服务器中。例如，如果集群从10个扩充到20个RegionServer，存储空间和处理容量都同时翻倍。RDBMS也能很好扩充，但仅对一个点，特别是对一个单独数据库服务器的大小，同时，为了更好的性能，需要特殊的硬件和存储设备。HBase特性：

  • 强一致性读写：HBase不是”最终一致性(eventually consistent)”数据存储。这让它很适合高速计数聚合类任务。
  • 自动分片(Automatic sharding)：HBase表通过region分布在集群中。数据增长时，region会自动分割并重新分布。
  • RegionServer自动故障转移
  • Hadoop/HDFS集成：HBase支持本机外HDFS作为它的分布式文件系统。
  • MapReduce：HBase通过MapReduce支持大并发处理，HBase可以同时做源和目标。
  • Java客户端API：HBase支持易于使用的Java API进行编程访问。
  • Thrift/REST API：HBase也支持Thrift和REST作为非Java前端。
  • Block Cache和Bloom Filters：对于大容量查询优化，HBase支持Block Cache和Bloom Filters。
  • 运维管理：HBase提供内置网页用于运维视角和JMX度量。

什么时候用HBase

HBase不适合所有问题。
首先，确信有足够多数据，如果有上亿或上千亿行数据，HBase是很好的备选。如果只有上千或上百万行，则用传统的RDBMS可能是更好的选择。因为所有数据可以在一两个节点保存，集群其他节点可能闲置。
其次，确信可以不依赖所有RDBMS的额外特性(e.g.，列数据类型，第二索引，事务，高级查询语言等。)一个建立在RDBMS上应用，如不能仅通过改变一个JDBC驱动移植到HBase。相对于移植，需考虑从RDBMS到HBase是一次完全的重新设计。
第三，确信你有足够硬件。甚至HDFS在小于5个数据节点时，干不好什么事情(根据如HDFS块复制具有缺省值3)，还要加上一个NameNode。
HBase能在单独的笔记本上运行良好。但这应仅当成开发配置。

HBase和Hadoop/HDFS的区别

HDFS是分布式文件系统，适合保存大文件。官方宣称它并非普通用途文件系统，不提供文件的个别记录的快速查询。另一方面，HBase基于HDFS且提供大表的记录快速查找(和更新)。这有时可能引起概念混乱。HBase内部将数据放到索引好的”存储文件(StoreFiles)”，以便高速查询。存储文件位于HDFS中。

Schema的设计

在HBase中，值是作为一个单元(Cell)保存在系统中的，要定位一个单元，需要行，列名和时间戳。无论是列族，属性和行键都会在数据中重复上亿次。

  • 行键
    • 让行键尽量短，但是需要保证他们依然对获取数据有用(e.g. Get vs. Scan)。对访问数据无用的短键，并不比带有get/scan属性的长键更好。行键的设计需要权衡。
    • 行键在列族范围内。所以同样的行键可以在同一个表的每个列族中存在而不会冲突。
    • 行键不能改变。唯一可以“改变”的方式是删除然后再插入。这是一个网上常问问题，所以要注意开始就要让行键正确(且/或在插入很多数据之前)。
  • 列族
    在HBase中列族是一些列的集合。一个列族所有列成员是有着相同的前缀。比如，列courses:history和courses:math都是列族courses的成员，冒号(:)是列族的分隔符，用来区分前缀和列名。column前缀必须是可打印的字符，剩下的部分(称为qualify)，可以由任意字节数组组成。列族必须在表建立的时候声明。column就不需要了，随时可以新建。
    在物理上，一个的列族成员在文件系统上都是存储在一起。因为存储优化都是针对列族级别的，这就意味着，一个column family的所有成员的是用相同的方式访问的。
    • 尽量使列族名小，最好一个字符。(如”d”表示data/default)。
    • 尽管详细属性名(如，”myVeryImportantAttribute”)易读，在HBase中最好使用短属性名(e.g., “via”)保存。
    • 列族可以设置TTL（Time To Live，存活时间）秒数，HBase在超时后将自动删除数据。影响全部行的全部版本-甚至当前版本。HBase里面TTL时间时区是UTC。
  • Cell
    A {row, column, version}元组就是HBase中的一个Cell。Cell的内容是不可分割的字节数组。
  • 字节模式存储
  • 倒序时间戳
    一个数据库处理的通常问题是找到最近版本的值。采用倒序时间戳作为键的一部分可以对此特定情况有很大帮助。也在Tom White的Hadoop书籍的HBase章节能找到：The Definitive Guide(O’Reilly)，该技术包含追加(Long.MAX_VALUE-timestamp)到key的后面，如[key][reverse_timestamp]。
    表内[key]的最近的值可以用[key]进行Scan找到并获取第一个记录。由于HBase行键是排序的，该键排在任何比它老的行键的前面，所以必然是第一个。

数据模型

简单来说，应用程序是以表的方式在HBase存储数据的。表是由行和列构成的，所有的列是从属于某一个列族的。行和列的交叉点称之为cell，cell是版本化的。cell的内容是不可分割的字节数组。
表的行键也是一段字节数组，所以任何东西都可以保存进去，不论是字符串或者数字。HBase的表是按key排序的，排序方式只针对字节的。所有的表都必须要有主键-key。

概念视图

下面是根据BigTable论文稍加修改的例子。有一个名为webtable的表，包含两个列族：contents和anchor。在这个例子里面，anchor有两个列(anchor:cssnsi.com, anchor:my.look.ca)，contents仅有一列(contents:html)
列名
一个列名是由它的列族前缀和修饰符(qualifier)连接而成。例如列contents:html是列族contents加冒号(:)加修饰符html组成的。
Table webtable

Row Key Time Stamp ColumnFamily contents ColumnFamily anchor
“com.cnn.www” t9 anchor:cnnsi.com = “CNN”
“com.cnn.www” t8 anchor:my.look.ca = “CNN.com”
“com.cnn.www” t6 contents:html = "<html>..."
“com.cnn.www” t5 contents:html = "<html>..."
“com.cnn.www” t3 contents:html = "<html>..."

物理视图

尽管在概念视图里，表可以被看成是一个稀疏的行的集合。但在物理上，它的是区分列族存储的。新的columns可以不经过声明直接加入一个列族。
Table ColumnFamily anchor

Row Key Time Stamp Column Family anchor
“com.cnn.www” t9 anchor:cnnsi.com = “CNN”
“com.cnn.www” t8 anchor:my.look.ca = “CNN.com”

Table ColumnFamily contents

Row Key Time Stamp ColumnFamily “contents:”
“com.cnn.www” t6 contents:html = "<html>..."
“com.cnn.www” t5 contents:html = "<html>..."
“com.cnn.www” t3 contents:html = "<html>..."

值得注意的是在上面的概念视图中空白cell在物理上是不存储的，因为根本没有必要存储。因此若一个请求为要获取t8时间的contents:html，他的结果就是空。相似的，若请求为获取t9时间的anchor:my.look.ca，结果也是空。但是，如果不指明时间，将会返回最新时间的行，每个最新的都会返回。例如，如果请求为获取行键为”com.cnn.www”，没有指明时间戳的话，活动的结果是t6下的contents:html，t9下的anchor:cnnsi.com和t8下anchor:my.look.ca。
For more information about the internals of how HBase stores data, see Section 9.7, “Regions”.

数据模型操作

四个主要的数据模型操作是Get、Put、Scan和Delete，通过HTable实例进行操作。

  • Put
    要想覆盖一个现有的值，就意味着你的row-key，column和版本必须完全相等。
  • Delete
    通过Table.delete，从一个表中删除一行。
    HBase不会修改数据，所以删除时通过创建称之为墓碑（tombstones）标记。这些墓碑以及被删除的值在执行主紧缩是被清理。有三种不同类型的内部删除标记：
    1、Delete: 删除列的指定版本。
    2、Delete column: 删除列的所有版本。
    3、Delete family: 删除特定列族所有列
    当删除一行，HBase内部对每个列族创建墓碑（非每个单独列）。
    删除操作的实现是创建一个墓碑标记。例如，我们想要删除一个版本，或者默认是currentTimeMillis。就意味着“删除比这个版本更早的所有版本”。HBase不会去改那些数据，数据不会立即从文件中删除。他使用删除标记来屏蔽掉这些值。

版本

一个{row, column, version}元组是HBase中的一个单元(Cell)。但是有可能会有很多单元的行和列是相同的，可以使用版本来区分不同的单元。
row key和column key是用字节数组表示的，version则是用一个长整型表示。这个long的值使用java.util.Date.getTime()或者System.currentTimeMillis()产生的。这就意味着他的含义是“当前时间和1970-01-01 UTC的时间差，单位毫秒。”
在HBase中，版本是按倒序排列的，因此当读取这个文件的时候，最先找到的是最近的版本。
有些人不是很理解HBase单元(cell)的意思。一个常见的问题是:
如果有多个包含版本写操作同时发起，HBase会保存全部还是会保持最新的一个？答：保存全部，但是如果不指定版本获取只会获取到最新的那个。
可以发起包含版本的写操作，但是他们的版本顺序和操作顺序相反是否可以?答：可以

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