Hbase原理、基本概念、基本架构

旧城等待， 2022-06-05 03:11 279阅读 0赞

## 概述 ##

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HBase是一个构建在HDFS上的分布式列存储系统；  
HBase是基于Google BigTable模型开发的，典型的key/value系统；  
HBase是Apache Hadoop生态系统中的重要一员，主要用于海量结构化数据存储；  
从逻辑上讲，HBase将数据按照表、行和列进行存储。  
与hadoop一样，Hbase目标主要依靠横向扩展，通过不断增加廉价的商用服务器，来增加计算和存储能力。  
Hbase表的特点  
大：一个表可以有数 十亿行，上 百万列；  
无模式：每行都有一个可排序的主键和任意多的列，列可以根据需要动态的增加，同一张表中 不同的行可以有截然不同的列；  
面向列：面向列（族）的存储和权限控制， 列（族）独立检索；  
稀疏： 空（null）列并不占用存储空间，表可以设计的非常稀疏；  
数据多版本：每个单元中的数据可以有多个版本，默认情况下版本号自动分配，是单元格插入时的时间戳；  
数据类型单一：Hbase中的数据都是字符串，没有类型。

## Hbase数据模型 ##

**![Image 1][]Hbase逻辑视图**

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> 注意上图中的英文说明

**Hbase基本概念**

> RowKey：是Byte array，是表中每条记录的“主键”，方便快速查找，Rowkey的设计非常重要。  
> Column Family：列族，拥有一个名称(string)，包含一个或者多个相关列  
> Column：属于某一个columnfamily，familyName:columnName，每条记录可动态添加  
> Version Number：类型为Long，默认值是系统时间戳，可由用户自定义  
> Value(Cell)：Byte array  
>

## Hbase物理模型 ##

每个column family存储在HDFS上的一个单独文件中，空值不会被保存。  
Key 和 Version number在每个 column family中均有一份；  
HBase 为每个值维护了多级索引，即：<key, column family, column name, timestamp>

物理存储:  
1、Table中所有行都按照row key的字典序排列；  
2、Table在行的方向上分割为多个Region；  
3、Region按大小分割的，每个表开始只有一个region，随着数据增多，region不断增大，当增大到一个阀值的时候，region就会等分会两个新的region，之后会有越来越多的region；  
4、Region是Hbase中分布式存储和负载均衡的最小单元，不同Region分布到不同RegionServer上。

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>

5、Region虽然是分布式存储的最小单元，但并不是存储的最小单元。Region由一个或者多个Store组成，每个store保存一个columns family；每个Strore又由一个memStore和0至多个StoreFile组成，StoreFile包含HFile；memStore存储在内存中，StoreFile存储在HDFS上。

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## HBase架构及基本组件 ##

![Image 1][]![SouthEast 4][]

**Hbase基本组件说明：**

> **Client**
> 
> 包含访问HBase的接口，并维护cache来加快对HBase的访问，比如region的位置信息
> 
> **Master**
> 
> 为Region server分配region
> 
> 负责Region server的负载均衡
> 
> 发现失效的Region server并重新分配其上的region
> 
> 管理用户对table的增删改查操作
> 
> **Region Server**
> 
> Regionserver维护region，处理对这些region的IO请求
> 
> Regionserver负责切分在运行过程中变得过大的region
> 
> **Zookeeper作用**
> 
> 通过选举，保证任何时候，集群中只有一个master，Master与RegionServers 启动时会向ZooKeeper注册
> 
> 存贮所有Region的寻址入口
> 
> 实时监控Region server的上线和下线信息。并实时通知给Master
> 
> 存储HBase的schema和table元数据
> 
> 默认情况下，HBase 管理ZooKeeper 实例，比如， 启动或者停止ZooKeeper  
> 
> 
> Zookeeper的引入使得Master不再是单点故障

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>   
>

**Write-Ahead-Log（WAL）![Image 1][]**

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该机制用于数据的容错和恢复：

每个HRegionServer中都有一个HLog对象，HLog是一个实现Write Ahead Log的类，在每次用户操作写入MemStore的同时，也会写一份数据到HLog文件中（HLog文件格式见后续），HLog文件定期会滚动出新的，并删除旧的文件（已持久化到StoreFile中的数据）。当HRegionServer意外终止后，HMaster会通过Zookeeper感知到，HMaster首先会处理遗留的 HLog文件，将其中不同Region的Log数据进行拆分，分别放到相应region的目录下，然后再将失效的region重新分配，领取 到这些region的HRegionServer在Load Region的过程中，会发现有历史HLog需要处理，因此会Replay HLog中的数据到MemStore中，然后flush到StoreFiles，完成数据恢复

HBase容错性  
**Master容错**：Zookeeper重新选择一个新的Master  
无Master过程中，数据读取仍照常进行；  
无master过程中，region切分、负载均衡等无法进行；  
**RegionServer容错**：定时向Zookeeper汇报心跳，如果一旦时间内未出现心跳，Master将该RegionServer上的Region重新分配到其他RegionServer上，失效服务器上“预写”日志由主服务器进行分割并派送给新的RegionServer  
**Zookeeper容错**：Zookeeper是一个可靠地服务，一般配置3或5个Zookeeper实例  
Region定位流程：  
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**寻找RegionServer**

ZooKeeper–> -ROOT-(单Region)–> .META.–> 用户表

**-ROOT-**  
表包含.META.表所在的region列表，该表只会有一个Region；

Zookeeper中记录了-ROOT-表的location。

**.META.**

表包含所有的用户空间region列表，以及RegionServer的服务器地址。

## Hbase使用场景 ##

storing large amounts  of data(100s of TBs)  
need high write throughput  
need efficient random access(key lookups) within large data sets  
need to scale gracefully with data  
for structured and semi-structured data  
don’t need fullRDMS capabilities(cross row/cross table transaction, joins,etc.)

大数据量存储，大数据量高并发操作

需要对数据随机读写操作

读写访问均是非常简单的操作

## Hbase与HDFS对比 ##

两者都具有良好的容错性和扩展性，都可以扩展到成百上千个节点；  
HDFS适合批处理场景  
不支持数据随机查找  
不适合增量数据处理

不支持数据更新

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## 参考文档： ##

1、[http://www.alidata.org/archives/1509][http_www.alidata.org_archives_1509]（存储模型比较详细）

2、[http://www.searchtb.com/2011/01/understanding-hbase.html][http_www.searchtb.com_2011_01_understanding-hbase.html]（技术框架以及存储模型）

3、[http://wenku.baidu.com/view/b46eadd228ea81c758f578f4.html][http_wenku.baidu.com_view_b46eadd228ea81c758f578f4.html]（读和写的流程比较详细）

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[http_www.alidata.org_archives_1509]: http://www.alidata.org/archives/1509
[http_www.searchtb.com_2011_01_understanding-hbase.html]: http://www.searchtb.com/2011/01/understanding-hbase.html
[http_wenku.baidu.com_view_b46eadd228ea81c758f578f4.html]: http://wenku.baidu.com/view/b46eadd228ea81c758f578f4.html