1. 什么是HBASE
1.1 概念特性
HBASE是一个数据库----可以提供数据的实时随机读写
HBASE与mysql、oralce、db2、sqlserver等关系型数据库不同,它是一个NoSQL数据库(非关系型数据库)
- Hbase的表模型与关系型数据库的表模型不同:
- Hbase的表没有固定的字段定义;
- Hbase的表中每行存储的都是一些key-value对
- Hbase的表中有列族的划分,用户可以指定将哪些kv插入哪个列族
- Hbase的表在物理存储上,是按照列族来分割的,不同列族的数据一定存储在不同的文件中
- Hbase的表中的每一行都固定有一个行键,而且每一行的行键在表中不能重复
- Hbase中的数据,包含行键,包含key,包含value,都是byte[ ]类型,hbase不负责为用户维护数据类型
- HBASE对事务的支持很差
HBASE相比于其他nosql数据库(mongodb、redis、cassendra、hazelcast)的特点:
Hbase的表数据存储在HDFS文件系统中
从而,hbase具备如下特性:存储容量可以线性扩展; 数据存储的安全性可靠性极高!
1.2. 应用场景举例
1.3 安装HBASE
HBASE是一个分布式系统
其中有一个管理角色: HMaster(一般2台,一台active,一台backup)
其他的数据节点角色: HRegionServer(很多台,看数据容量)
1.3.1 安装准备:
首先,要有一个HDFS集群,并正常运行; regionserver应该跟hdfs中的datanode在一起
其次,还需要一个zookeeper集群,并正常运行
然后,安装HBASE
角色分配如下:
Hdp01: namenode datanode regionserver hmaster zookeeper
Hdp02: datanode regionserver zookeeper
Hdp03: datanode regionserver zookeeper
1.3.2 安装步骤:
1.安装zookeeper
https://blog.csdn.net/qq_41686130/article/details/100151678
步骤请看上篇博客
2.安装hbase
解压hbase安装包
修改hbase-env.sh
export JAVA_HOME=/root/apps/jdk1.7.0_67
export HBASE_MANAGES_ZK=false
修改hbase-site.xm
<configuration>
<!-- 指定hbase在HDFS上存储的路径 -->
<property>
<name>hbase.rootdir</name>
<value>hdfs://hdp01:9000/hbase</value>
</property>
<!-- 指定hbase是分布式的 -->
<property>
<name>hbase.cluster.distributed</name>
<value>true</value>
</property>
<!-- 指定zk的地址,多个用“,”分割 -->
<property>
<name>hbase.zookeeper.quorum</name>
<value>hdp01:2181,hdp02:2181,hdp03:2181</value>
</property>
</configuration>
修改 regionservers
hdp01
hdp02
hdp03
3. 启动hbase集群:
bin/start-hbase.sh
启动完后,还可以在集群中找任意一台机器启动一个备用的master
bin/hbase-daemon.sh start master
新启的这个master会处于backup状态
4. 启动hbase的命令行客户端
bin/hbase shell
Hbase> list // 查看表
Hbase> status // 查看集群状态
Hbase> version // 查看集群版本
2 HBASE表模型
hbase的表模型跟mysql之类的关系型数据库的表模型差别巨大
hbase的表模型中有:行的概念;但没有字段的概念
行中存的都是key-value对,每行中的key-value对中的key可以是各种各样,每行中的key-value对的数量也可以是各种各样
2.1 hbase表模型的要点
1、一个表,有表名
2、一个表可以分为多个列族(不同列族的数据会存储在不同文件中)
3、表中的每一行有一个“行键rowkey”,而且行键在表中不能重复
4、表中的每一对kv数据称作一个cell
5、hbase可以对数据存储多个历史版本(历史版本数量可配置)
6、整张表由于数据量过大,会被横向切分成若干个region(用rowkey范围标识),不同region的数据也存储在不同文件中
7、hbase会对插入的数据按顺序存储:
要点一:首先会按行键排序
要点二:同一行里面的kv会按列族排序,再按k排序
2.2 hbase的表中能存储什么数据类型
hbase中只支持byte[]
此处的byte[] 包括了: rowkey,key,value,列族名,表名
2.3 HBASE表的物理存储结构
3 hbase命令行客户端操作
3.1 建表:
create 't_user_info','base_info','extra_info'
表名 列族名 列族名
3.2 插入数据:
hbase(main):011:0> put 't_user_info','001','base_info:username','zhangsan'
0 row(s) in 0.2420 secondshbase(main):012:0> put 't_user_info','001','base_info:age','18'
0 row(s) in 0.0140 secondshbase(main):013:0> put 't_user_info','001','base_info:sex','female'
0 row(s) in 0.0070 secondshbase(main):014:0> put 't_user_info','001','extra_info:career','it'
0 row(s) in 0.0090 secondshbase(main):015:0> put 't_user_info','002','extra_info:career','actoress'
0 row(s) in 0.0090 secondshbase(main):016:0> put 't_user_info','002','base_info:username','liuyifei'
0 row(s) in 0.0060 seconds
3.3 查询数据方式一:scan 扫描
hbase(main):017:0> scan 't_user_info'
ROW COLUMN+CELL
001 column=base_info:age, timestamp=1496567924507, value=18
001 column=base_info:sex, timestamp=1496567934669, value=female
001 column=base_info:username, timestamp=1496567889554, value=zhangsan
001 column=extra_info:career, timestamp=1496567963992, value=it
002 column=base_info:username, timestamp=1496568034187, value=liuyifei
002 column=extra_info:career, timestamp=1496568008631, value=actoress
2 row(s) in 0.0420 seconds
3.4 查询数据方式二:get 单行数据
hbase(main):020:0> get 't_user_info','001'
COLUMN CELL
base_info:age timestamp=1496568160192, value=19
base_info:sex timestamp=1496567934669, value=female
base_info:username timestamp=1496567889554, value=zhangsan
extra_info:career timestamp=1496567963992, value=it
4 row(s) in 0.0770 seconds
3.5 删除一个kv数据
hbase(main):021:0> delete 't_user_info','001','base_info:sex'
0 row(s) in 0.0390 seconds
3.6 删除整行数据
hbase(main):024:0> delete all 't_user_info','001'
0 row(s) in 0.0090 secondshbase(main):025:0> get 't_user_info','001'
COLUMN CELL
0 row(s) in 0.0110 seconds
3.7 删除整个表
hbase(main):028:0> disable 't_user_info'
0 row(s) in 2.3640 secondshbase(main):029:0> drop 't_user_info'
0 row(s) in 1.2950 secondshbase(main):030:0> list
TABLE
0 row(s) in 0.0130 seconds=> []
3.8 Hbase重要特性--排序特性(行键)
插入到hbase中去的数据,hbase会自动排序存储:
排序规则: 首先看行键,然后看列族名,然后看列(key)名; 按字典顺序
Hbase的这个特性跟查询效率有极大的关系
比如:一张用来存储用户信息的表,有名字,户籍,年龄,职业....等信息
然后,在业务系统中经常需要:
查询某个省的所有用户
经常需要查询某个省的指定姓的所有用户
思路:如果能将相同省的用户在hbase的存储文件中连续存储,并且能将相同省中相同姓的用户连续存储,那么,上述两个查询需求的效率就会提高!!!
做法:将查询条件拼到rowkey内
4 HBASE客户端API操作
4.1 DDL操作
1、创建一个连接
Connection conn = ConnectionFactory.createConnection(conf);
2、拿到一个DDL操作器:表管理器admin
Admin admin = conn.getAdmin();
3、用表管理器的api去建表、删表、修改表定义
admin.createTable(HTableDescriptor descriptor);
5. HBASE运行原理
5.1组件结构图
5.2 MASTER职责
管理HRegionServer,实现其负载均衡。
管理和分配HRegion,比如在HRegion split时分配新的HRegion;在HRegionServer退出时迁移其负责的HRegion到其他HRegionServer上。
Admin职能
创建、删除、修改Table的定义。实现DDL操作(namespace和table的增删改,column familiy的增删改等)。
管理namespace和table的元数据(实际存储在HDFS上)。
权限控制(ACL)。
监控集群中所有HRegionServer的状态(通过Heartbeat和监听ZooKeeper中的状态)。
5.3 REGION SERVER职责
管理自己所负责的region数据的读写。
读写HDFS,管理Table中的数据。
Client直接通过HRegionServer读写数据(从HMaster中获取元数据,找到RowKey所在的HRegion/HRegionServer后)。
5.4 Zookeeper集群所起作用
存放整个HBase集群的元数据以及集群的状态信息。
实现HMaster主从节点的failover。
注: HMaster通过监听ZooKeeper中的Ephemeral节点(默认:/hbase/rs/*)来监控HRegionServer的加入和宕机。
在第一个HMaster连接到ZooKeeper时会创建Ephemeral节点(默认:/hbasae/master)来表示Active的HMaster,其后加进来的HMaster则监听该Ephemeral节点
如果当前Active的HMaster宕机,则该节点消失,因而其他HMaster得到通知,而将自身转换成Active的HMaster,在变为Active的HMaster之前,它会在/hbase/masters/下创建自己的Ephemeral节点。
5.5 HBASE读写数据流程
1、在HBase 0.96以前,HBase有两个特殊的Table:-ROOT-和.META. 用来记录用户表的rowkey范围所在的的regionserver服务器;
因而客户端读写数据时需要通过3次寻址请求来对数据所在的regionserver进行定位,效率低下;
而在HBase 0.96以后去掉了-ROOT- Table,只剩下这个特殊的目录表叫做Meta Table(hbase:meta),它存储了集群中所有用户HRegion的位置信息,而ZooKeeper的节点中(/hbase/meta-region-server)存储的则直接是这个Meta Table的位置,并且这个Meta Table如以前的-ROOT- Table一样是不可split的。这样,客户端在第一次访问用户Table的流程就变成了:
① 从ZooKeeper(/hbase/meta-region-server)中获取hbase:meta的位置(HRegionServer的位置),缓存该位置信息。
② 从HRegionServer中查询用户Table对应请求的RowKey所在的HRegionServer,缓存该位置信息。
③ 从查询到HRegionServer中读取Row。
注:客户会缓存这些位置信息,然而第二步它只是缓存当前RowKey对应的HRegion的位置,因而如果下一个要查的RowKey不在同一个HRegion中,则需要继续查询hbase:meta所在的HRegion,然而随着时间的推移,客户端缓存的位置信息越来越多,以至于不需要再次查找hbase:meta Table的信息,除非某个HRegion因为宕机或Split被移动,此时需要重新查询并且更新缓存。
5.6 hbase:meta表
hbase:meta表存储了所有用户HRegion的位置信息:
Rowkey:tableName,regionStartKey,regionId,replicaId等;
info列族:这个列族包含三个列,他们分别是:
info:regioninfo列:
regionId,tableName,startKey,endKey,offline,split,replicaId;
info:server列:HRegionServer对应的server:port;
info:serverstartcode列:HRegionServer的启动时间戳。
5.7 REGION SERVER内部机制
WAL即Write Ahead Log,在早期版本中称为HLog,它是HDFS上的一个文件,如其名字所表示的,所有写操作都会先保证将数据写入这个Log文件后,才会真正更新MemStore,最后写入HFile中。WAL文件存储在/hbase/WALs/${HRegionServer_Name}的目录中
BlockCache是一个读缓存,即“引用局部性”原理(也应用于CPU,分空间局部性和时间局部性,空间局部性是指CPU在某一时刻需要某个数据,那么有很大的概率在一下时刻它需要的数据在其附近;时间局部性是指某个数据在被访问过一次后,它有很大的概率在不久的将来会被再次的访问),将数据预读取到内存中,以提升读的性能。
HRegion是一个Table中的一个Region在一个HRegionServer中的表达。一个Table可以有一个或多个Region,他们可以在一个相同的HRegionServer上,也可以分布在不同的HRegionServer上,一个HRegionServer可以有多个HRegion,他们分别属于不同的Table。HRegion由多个Store(HStore)构成,每个HStore对应了一个Table在这个HRegion中的一个Column Family,即每个Column Family就是一个集中的存储单元,因而最好将具有相近IO特性的Column存储在一个Column Family,以实现高效读取(数据局部性原理,可以提高缓存的命中率)。HStore是HBase中存储的核心,它实现了读写HDFS功能,一个HStore由一个MemStore 和0个或多个StoreFile组成。
MemStore是一个写缓存(In Memory Sorted Buffer),所有数据的写在完成WAL日志写后,会 写入MemStore中,由MemStore根据一定的算法将数据Flush到地层HDFS文件中(HFile),通常每个HRegion中的每个 Column Family有一个自己的MemStore。
HFile(StoreFile) 用于存储HBase的数据(Cell/KeyValue)。在HFile中的数据是按RowKey、Column Family、Column排序,对相同的Cell(即这三个值都一样),则按timestamp倒序排列。
5.8 FLUSH详述
① 每一次Put/Delete请求都是先写入到MemStore中,当MemStore满后会Flush成一个新的StoreFile(底层实现是HFile),即一个HStore(Column Family)可以有0个或多个StoreFile(HFile)。
② 当一个HRegion中的所有MemStore的大小总和超过了hbase.hregion.memstore.flush.size的大小,默认128MB。此时当前的HRegion中所有的MemStore会Flush到HDFS中。
③ 当全局MemStore的大小超过了hbase.regionserver.global.memstore.upperLimit的大小,默认40%的内存使用量。此时当前HRegionServer中所有HRegion中的MemStore都会Flush到HDFS中,Flush顺序是MemStore大小的倒序(一个HRegion中所有MemStore总和作为该HRegion的MemStore的大小还是选取最大的MemStore作为参考?有待考证),直到总体的MemStore使用量低于hbase.regionserver.global.memstore.lowerLimit,默认38%的内存使用量。
④ 当前HRegionServer中WAL的大小超过了
hbase.regionserver.hlog.blocksize * hbase.regionserver.max.logs
的数量,当前HRegionServer中所有HRegion中的MemStore都会Flush到HDFS中,
Flush使用时间顺序,最早的MemStore先Flush直到WAL的数量少于
hbase.regionserver.hlog.blocksize * hbase.regionserver.max.logs
这里说这两个相乘的默认大小是2GB,查代码,hbase.regionserver.max.logs默认值是32,而hbase.regionserver.hlog.blocksize默认是32MB。但不管怎么样,因为这个大小超过限制引起的Flush不是一件好事,可能引起长时间的延迟