HBase 知识手册

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一、HBase 基础

1.1 HBase 基本介绍

HBase 是 BigTable 的开源 Java 版本。是建立在 HDFS 之上，提供高可靠性、高性能、列存储、可伸缩、实时读写 NoSql 的数据库系统。

它介于 NoSql 和 RDBMS 之间，仅能通过主键(row key)和主键的 range 来检索数据，仅支持单行事务(可通过 hive 支持来实现多表 join 等复杂操作)。

主要用来存储结构化和半结构化的松散数据。

Hbase 查询数据功能很简单，不支持 join 等复杂操作，不支持复杂的事务（行级的事务） Hbase 中支持的数据类型：byte[] 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 中的表一般有这样的特点：

大：一个表可以有上十亿行，上百万列面向列：面向列(族)的存储和权限控制，列(族)独立检索。稀疏：对于为空(null)的列，并不占用存储空间，因此，表可以设计的非常稀疏。

HBase 的发展历程

HBase 的原型是 Google 的 BigTable 论文，受到了该论文思想的启发，目前作为 Hadoop 的子项目来开发维护，用于支持结构化的数据存储。

官方网站：

年 Google 发表 BigTable 白皮书 年开始开发 HBase HBase 成为了 Hadoop 的子项目 年 HBase 成为 Apache 顶级项目

1.2 HBase 与 Hadoop 的关系

1.2.1 HDFS

为分布式存储提供文件系统针对存储大尺寸的文件进行优化，不需要对 HDFS 上的文件进行随机读写直接使用文件数据模型不灵活使用文件系统和处理框架优化一次写入，多次读取的方式

1.2.2 HBase

提供表状的面向列的数据存储针对表状数据的随机读写进行优化使用 key-value 操作数据提供灵活的数据模型使用表状存储，支持 MapReduce，依赖 HDFS优化了多次读，以及多次写

1.3 RDBMS 与 HBase 的对比

1.4 HBase 特征简要

海量存储

Hbase 适合存储 PB 级别的海量数据，在 PB 级别的数据以及采用廉价 PC 存储的情况下，能在几十到百毫秒内返回数据。这与 Hbase 的极易扩展性息息相关。正式因为 Hbase 良好的扩展性，才为海量数据的存储提供了便利。

列式存储

这里的列式存储其实说的是列族存储，Hbase 是根据列族来存储数据的。列族下面可以有非常多的列，列族在创建表的时候就必须指定。

极易扩展

Hbase 的扩展性主要体现在两个方面，一个是基于上层处理能力（RegionServer）的扩展，一个是基于存储的扩展（HDFS）。通过横向添加 RegionSever 的机器，进行水平扩展，提升 Hbase 上层的处理能力，提升 Hbsae 服务更多 Region 的能力。备注：RegionServer 的作用是管理 region、承接业务的访问，这个后面会详细的介绍通过横向添加 Datanode 的机器，进行存储层扩容，提升 Hbase 的数据存储能力和提升后端存储的读写能力。

高并发

由于目前大部分使用 Hbase 的架构，都是采用的廉价 PC，因此单个 IO 的延迟其实并不小，一般在几十到上百 ms 之间。这里说的高并发，主要是在并发的情况下，Hbase 的单个 IO 延迟下降并不多。能获得高并发、低延迟的服务。

稀疏

稀疏主要是针对 Hbase 列的灵活性，在列族中，你可以指定任意多的列，在列数据为空的情况下，是不会占用存储空间的。

1.5 Hbase和hive的区别

Hbase和Hive在大数据架构中处在不同位置，Hbase主要解决实时数据查询问题，Hive主要解决海量数据处理和计算问题，一般是配合使用。

Hbase：Hadoop database 的简称，也就是基于Hadoop数据库，是一种NoSQL数据库，主要适用于海量明细数据（十亿、百亿）的随机实时查询，如日志明细、交易清单、轨迹行为等。

Hive：Hive是Hadoop数据仓库，严格来说，不是数据库，主要是让开发人员能够通过SQL来计算和处理HDFS上的结构化数据，适用于离线的批量数据计算。

Hbase主要解决实时数据查询问题，Hive主要解决数据处理和计算问题，一般是配合使用。

1.5.1 区别

Hbase： Hadoop database 的简称，也就是基于Hadoop数据库，是一种NoSQL数据库，主要适用于海量明细数据（十亿、百亿）的随机实时查询，如日志明细、交易清单、轨迹行为等。Hive：Hive是Hadoop数据仓库，严格来说，不是数据库，主要是让开发人员能够通过SQL来计算和处理HDFS上的结构化数据，适用于离线的批量数据计算。 通过元数据来描述Hdfs上的结构化文本数据，通俗点来说，就是定义一张表来描述HDFS上的结构化文本，包括各列数据名称，数据类型是什么等，方便我们处理数据，当前很多SQL ON Hadoop的计算引擎均用的是hive的元数据，如Spark SQL、Impala等；基于第一点，通过SQL来处理和计算HDFS的数据，Hive会将SQL翻译为Mapreduce来处理数据；

1.5.2 关系

在大数据架构中，Hive和HBase是协作关系，数据流一般如下图：

通过ETL工具将数据源抽取到HDFS存储；通过Hive清洗、处理和计算原始数据；HIve清洗处理后的结果，如果是面向海量数据随机查询场景的可存入Hbase数据应用从HBase查询数据；

1.6 Hbase适用场景

写密集型应用，每天写入量巨大，而相对读数量较小的应用，比如微信的历史消息，游戏日志等等不需要复杂查询条件且有快速随机访问的需求。HBase只支持基于rowkey的查询，对于HBase来说，单条记录或者小范围的查询是可以接受的，大范围的查询由于分布式的原因，可能在性能上有点影响，而对于像SQL的join等查询，HBase无法支持。对性能和可靠性要求非常高的应用，由于HBase本身没有单点故障，可用性非常高。数据量较大，而且增长量无法预估的应用，HBase支持在线扩展，即使在一段时间内数据量呈井喷式增长，也可以通过HBase横向扩展来满足功能。结构化和半结构化的数据，基于Hbase动态列，稀疏存的特性。Hbase支持同一列簇下的列动态扩展，无需提前定义好所有的数据列，并且采用稀疏存的方式方式，在列数据为空的情况下不占用存储空间。网络安全业务数据带有连续性，一个完整的攻击链往往由N多次攻击事件构成，在hive中，一次攻击即为一条数据，无法体现数据的连续性。在Hbase里面，由于其多版本特性，对于任何一个字段，当数据更新后，其旧版本数据仍可访问。所以一次攻击事件可以存储为一条数据，将多次攻击日志叠加更新至此，大大减轻了业务开发人员的取数效率。

二、HBase 基础架构

Zookeeper：Master 的高可用、RegionServer 的监控、元数据的入口以及集群配置的维护等

HDFS：提供底层数据支撑

2.1 HMaster

功能：

监控 RegionServer处理 RegionServer 故障转移处理元数据的变更处理 region 的分配或移除在空闲时间进行数据的负载均衡通过 Zookeeper 发布自己的位置给客户端

2.2 RegionServer

功能：

负责存储 HBase 的实际数据处理分配给它的 Region刷新缓存到 HDFS维护 HLog执行压缩负责处理 Region 分片

2.3 组件

2.3.1 Write-Ahead logs

HBase 的修改记录，当对 HBase 读写数据的时候，数据不是直接写进磁盘，它会在内存中保留一段时间（时间以及数据量阈值可以设定）。但把数据保存在内存中可能有更高的概率引起数据丢失，为了解决这个问题，数据会先写在一个叫做 Write-Ahead logfile 的文件中，然后再写入内存中。所以在系统出现故障的时候，数据可以通过这个日志文件重建。

2.3.2 HFile

这是在磁盘上保存原始数据的实际的物理文件，是实际的存储文件。

2.3.3 Store

HFile 存储在 Store 中，一个 Store 对应 HBase 表中的一个列族。

2.3.4 MemStore

顾名思义，就是内存存储，位于内存中，用来保存当前的数据操作，所以当数据保存在 WAL 中之后，RegsionServer 会在内存中存储键值对。

2.3.5 Region

Hbase 表的分片，HBase 表会根据 RowKey 值被切分成不同的 region 存储在 RegionServer 中，在一个 RegionServer 中可以有多个不同的 region。

三、HBase 常用 shell 操作

3.1 添加操作

进入 HBase 客户端命令操作界面

$ bin/hbase shell

查看帮助命令

hbase(main):001:0> help

查看当前数据库中有哪些表

hbase(main):002:0> list

创建一张表

创建 user 表，包含 info、data 两个列族

hbase(main):010:0> create 'user', 'info', 'data'

或者

hbase(main):010:0> create 'user', {NAME => 'info', VERSIONS => '3'}，{NAME => 'data'}

添加数据操作

向 user 表中插入信息，row key 为 rk0001，列族 info 中添加 name 列标示符，值为 zhangsan

hbase(main):011:0> put 'user', 'rk0001', 'info:name', 'zhangsan'

向 user 表中插入信息，row key 为 rk0001，列族 info 中添加 gender 列标示符，值为 female

hbase(main):012:0> put 'user', 'rk0001', 'info:gender', 'female'

向 user 表中插入信息，row key 为 rk0001，列族 info 中添加 age 列标示符，值为 20

hbase(main):013:0> put 'user', 'rk0001', 'info:age', 20

向 user 表中插入信息，row key 为 rk0001，列族 data 中添加 pic 列标示符，值为 picture

hbase(main):014:0> put 'user', 'rk0001', 'data:pic', 'picture'

3.2 查询操作

通过 rowkey 进行查询

获取 user 表中 row key 为 rk0001 的所有信息

hbase(main):015:0> get 'user', 'rk0001'

查看 rowkey 下面的某个列族的信息

获取 user 表中 row key 为 rk0001，info 列族的所有信息

hbase(main):016:0> get 'user', 'rk0001', 'info'

查看 rowkey 指定列族指定字段的值

获取 user 表中 row key 为 rk0001，info 列族的 name、age 列标示符的信息

hbase(main):017:0> get 'user', 'rk0001', 'info:name', 'info:age'

查看 rowkey 指定多个列族的信息

获取 user 表中 row key 为 rk0001，info、data 列族的信息

hbase(main):018:0> get 'user', 'rk0001', 'info', 'data'

或者这样写

hbase(main):019:0> get 'user', 'rk0001', {COLUMN => ['info', 'data']}

或者这样写

hbase(main):020:0> get 'user', 'rk0001', {COLUMN => ['info:name', 'data:pic']}

指定 rowkey 与列值查询

获取 user 表中 row key 为 rk0001，cell 的值为 zhangsan 的信息

hbase(main):030:0> get 'user', 'rk0001', {FILTER => "ValueFilter(=, 'binary:zhangsan')"}

指定 rowkey 与列值模糊查询

获取 user 表中 row key 为 rk0001，列标示符中含有 a 的信息

hbase(main):031:0> get 'user', 'rk0001', {FILTER => "(QualifierFilter(=,'substring:a'))"}

继续插入一批数据

hbase(main):032:0> put 'user', 'rk0002', 'info:name', 'fanbingbing'hbase(main):033:0> put 'user', 'rk0002', 'info:gender', 'female'hbase(main):034:0> put 'user', 'rk0002', 'info:nationality', '中国'hbase(main):035:0> get 'user', 'rk0002', {FILTER => "ValueFilter(=, 'binary:中国')"}

查询所有数据

查询 user 表中的所有信息

scan 'user'

列族查询

查询 user 表中列族为 info 的信息

scan 'user', {COLUMNS => 'info'}scan 'user', {COLUMNS => 'info', RAW => true, VERSIONS => 5}scan 'user', {COLUMNS => 'info', RAW => true, VERSIONS => 3}

多列族查询

查询 user 表中列族为 info 和 data 的信息

scan 'user', {COLUMNS => ['info', 'data']}scan 'user', {COLUMNS => ['info:name', 'data:pic']}

指定列族与某个列名查询

查询 user 表中列族为 info、列标示符为 name 的信息

scan 'user', {COLUMNS => 'info:name'}

指定列族与列名以及限定版本查询

查询 user 表中列族为 info、列标示符为 name 的信息,并且版本最新的 5 个

scan 'user', {COLUMNS => 'info:name', VERSIONS => 5}

指定多个列族与按照数据值模糊查询

查询 user 表中列族为 info 和 data 且列标示符中含有 a 字符的信息

scan 'user', {COLUMNS => ['info', 'data'], FILTER => "(QualifierFilter(=,'substring:a'))"}

rowkey 的范围值查询

查询 user 表中列族为 info，rk 范围是(rk0001, rk0003)的数据

scan 'user', {COLUMNS => 'info', STARTROW => 'rk0001', ENDROW => 'rk0003'}

指定 rowkey 模糊查询

查询 user 表中 row key 以 rk 字符开头的

scan 'user',{FILTER=>"PrefixFilter('rk')"}

指定数据范围值查询

查询 user 表中指定范围的数据

scan 'user', {TIMERANGE => [1392368783980, 1392380169184]}

统计一张表有多少行数据

count 'user'

3.3 更新操作

更新数据值

更新操作同插入操作一模一样，只不过有数据就更新，没数据就添加。

更新版本号

将 user 表的 f1 列族版本号改为 5

hbase(main):050:0> alter 'user', NAME => 'info', VERSIONS => 5

3.4 删除操作

指定 rowkey 以及列名进行删除

删除 user 表 row key 为 rk0001，列标示符为 info:name 的数据

hbase(main):045:0> delete 'user', 'rk0001', 'info:name'

指定 rowkey，列名以及字段值进行删除

删除 user 表 row key 为 rk0001，列标示符为 info:name，timestamp 为 1392383705316 的数据

delete 'user', 'rk0001', 'info:name', 1392383705316

删除一个列族

alter 'user', NAME => 'info', METHOD => 'delete'

或者

alter 'user', NAME => 'info', METHOD => 'delete'

清空表数据

hbase(main):017:0> truncate 'user'

删除表

首先需要先让该表为 disable 状态，使用命令：

hbase(main):049:0> disable 'user

然后才能 drop 这个表，使用命令：

hbase(main):050:0> drop 'user'

注意：如果直接 drop 表，会报错：Drop the named table. Table must first be disabled

四、HBase运维

4.1 HBase 的高级 shell 管理命令

status

例如：显示服务器状态

hbase(main):058:0> status 'node01'

whoami

显示 HBase 当前用户，例如：

hbase> whoami

list

显示当前所有的表

hbase> list

count

统计指定表的记录数，例如：

hbase> count 'user'

describe

展示表结构信息

hbase> describe 'user'

exists

检查表是否存在，适用于表量特别多的情况

hbase> exists 'user'

is_enabled、is_disabled

检查表是否启用或禁用

hbase> is_enabled 'user'

alter

该命令可以改变表和列族的模式，例如：

为当前表增加列族：

hbase> alter 'user', NAME => 'CF2', VERSIONS => 2

为当前表删除列族：

hbase(main):002:0> alter 'user', 'delete' => 'CF2'

disable/enable

禁用一张表/启用一张表

drop

删除一张表，记得在删除表之前必须先禁用

truncate

清空表

4.2 HBase数据压缩

HBase数据压缩方式的介绍与实战_逆水行舟如何的博客-CSDN博客_hbase 压缩算法

4.2.1 HBase数据压缩方式的介绍

为了提高 HBase存储的利用率，很多 HBase使用者会对 HBase 表中的数据进行压缩。目前 HBase 可以支持的压缩方式有 GZ（GZIP）、LZO、LZ4 以及 Snappy。它们之间的区别如下：

GZ：用于冷数据压缩，与 Snappy 和 LZO 相比，GZIP 的压缩率更高，但是更消耗 CPU，解压/压缩速度更慢。Snappy 和 LZO：用于热数据压缩，占用 CPU 少，解压/压缩速度比 GZ 快，但是压缩率不如 GZ 高。Snappy 与 LZO 相比，Snappy 整体性能优于 LZO，Snappy 压缩率比 LZO 更低，但是解压/压缩速度更快。LZ4 与 LZO 相比，LZ4 的压缩率和 LZO 的压缩率相差不多，但是LZ4的解压/压缩速度更快。

​ 各种压缩各有不同的特点，我们需要根据业务需求（解压和压缩速率、压缩率等）选择不同的压缩格式。多数情况下，选择Snppy或LZ0是比较好的选择，因为它们的压缩开销底，能节省空间。这里介绍一下 HBase 中使用 Snappy 的方法，其他的压缩设置方法和这个类似。

4.2.2 创建表时指定压缩格式

在创建 HBase 表的时候我们可以指定数据的压缩格式，如下；

hbase(main):010:0> create 'iteblog',{NAME=>'f1'}, {NAME=>'f2',COMPRESSION=>'Snappy'}Created table iteblogTook 1.2539 seconds=> Hbase::Table - itebloghbase(main):011:0> describe 'iteblog'Table iteblog is ENABLEDiteblogCOLUMN FAMILIES DESCRIPTION{NAME => 'f1', VERSIONS => '1', EVICT_BLOCKS_ON_CLOSE => 'false', NEW_VERSION_BEHAVIOR => 'false', KEEP_DELETED_CELLS => 'FALSE', CACHE_DATA_ON_WRITE => 'false', DATA_BLOCK_ENCODING => 'NONE', TTL => 'FOREVER', MIN_VERSIONS => '0', REPLICATION_SCOPE => '0', BLOOMFILTER => 'ROW', CACHE_INDEX_ON_WRITE => 'false', IN_MEMORY =>'false', CACHE_BLOOMS_ON_WRITE => 'false', PREFETCH_BLOCKS_ON_OPEN => 'false', COMPRESSION => 'NONE', BLOCKCACHE => 'true', BLOCKSIZE => '65536'}{NAME => 'f2', VERSIONS => '1', EVICT_BLOCKS_ON_CLOSE => 'false', NEW_VERSION_BEHAVIOR => 'false', KEEP_DELETED_CELLS => 'FALSE', CACHE_DATA_ON_WRITE => 'false', DATA_BLOCK_ENCODING => 'NONE', TTL => 'FOREVER', MIN_VERSIONS => '0', REPLICATION_SCOPE => '0', BLOOMFILTER => 'ROW', CACHE_INDEX_ON_WRITE => 'false', IN_MEMORY =>'false', CACHE_BLOOMS_ON_WRITE => 'false', PREFETCH_BLOCKS_ON_OPEN => 'false', COMPRESSION => 'SNAPPY', BLOCKCACHE => 'true', BLOCKSIZE => '65536'}2 row(s)Took 0.0522 seconds

上面例子的表 iteblog 有两个列族，我们选择对 f2 列族进行 Snappy 压缩， f1 列族数据不压缩。

4.2.3 对已有的表设置压缩

当然，如果我们表已经创建了，同样也可以对其进行压缩，方式如下：

hbase(main):001:0> alter 'iteblog', NAME => 'f', COMPRESSION => 'snappy'Updating all regions with the new schema...27/27 regions updated.Done.Took 9.5146 secondshbase(main):003:0> describe 'iteblog'Table iteblog is ENABLEDiteblogCOLUMN FAMILIES DESCRIPTION{NAME => 'f', VERSIONS => '1', EVICT_BLOCKS_ON_CLOSE => 'false', NEW_VERSION_BEHAVIOR => 'false', KEEP_DELETED_CELLS => 'FALSE', CACHE_DATA_ON_WRITE => 'false', DATA_BLOCK_ENCODING => 'NONE', TTL => 'FOREVER', MIN_VERSIONS => '0', REPLICATION_SCOPE => '0', BLOOMFILTER => 'ROW', CACHE_INDEX_ON_WRITE => 'false', IN_MEMORY => 'false', CACHE_BLOOMS_ON_WRITE => 'false', PREFETCH_BLOCKS_ON_OPEN => 'false', COMPRESSION => 'SNAPPY', BLOCKCACHE => 'true', BLOCKSIZE => '65536'}1 row(s)Took 0.0782 seconds

设置完之后，其实数据并没有被压缩，我们需要对当前表执行 major_compact 命令手动进行压缩：

hbase(main):002:0> major_compact 'iteblog'Took 1.2255 seconds

这样，iteblog 表的数据就可以被压缩了。

五、HBase 的 Java API 开发

5.1 开发 javaAPI 操作 HBase 表数据

创建表 myuser

@Testpublic void createTable() throws IOException {//创建配置文件对象，并指定zookeeper的连接地址Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.property.clientPort", "2181");configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", "node01,node02,node03");//集群配置↓//configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", "101.236.39.141,101.236.46.114,101.236.46.113");configuration.set("hbase.master", "node01:60000");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Admin admin = connection.getAdmin();//通过HTableDescriptor来实现我们表的参数设置，包括表名，列族等等HTableDescriptor hTableDescriptor = new HTableDescriptor(TableName.valueOf("myuser"));//添加列族hTableDescriptor.addFamily(new HColumnDescriptor("f1"));//添加列族hTableDescriptor.addFamily(new HColumnDescriptor("f2"));//创建表boolean myuser = admin.tableExists(TableName.valueOf("myuser"));if(!myuser){admin.createTable(hTableDescriptor);}//关闭客户端连接admin.close();}

向表中添加数据

@Testpublic void addDatas() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", "node01:2181,node02:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);//获取表Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));//创建put对象，并指定rowkeyPut put = new Put("0001".getBytes());put.addColumn("f1".getBytes(),"id".getBytes(), Bytes.toBytes(1));put.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(), Bytes.toBytes("张三"));put.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(), Bytes.toBytes(18));put.addColumn("f2".getBytes(),"address".getBytes(), Bytes.toBytes("地球人"));put.addColumn("f2".getBytes(),"phone".getBytes(), Bytes.toBytes("15874102589"));//插入数据myuser.put(put);//关闭表myuser.close();}

查询数据

初始化一批数据到 HBase 当中用于查询

@Testpublic void insertBatchData() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", "node01:2181,node02:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);//获取表Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));//创建put对象，并指定rowkeyPut put = new Put("0002".getBytes());put.addColumn("f1".getBytes(),"id".getBytes(),Bytes.toBytes(1));put.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(),Bytes.toBytes("曹操"));put.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(),Bytes.toBytes(30));put.addColumn("f2".getBytes(),"sex".getBytes(),Bytes.toBytes("1"));put.addColumn("f2".getBytes(),"address".getBytes(),Bytes.toBytes("沛国谯县"));put.addColumn("f2".getBytes(),"phone".getBytes(),Bytes.toBytes("16888888888"));put.addColumn("f2".getBytes(),"say".getBytes(),Bytes.toBytes("helloworld"));Put put2 = new Put("0003".getBytes());put2.addColumn("f1".getBytes(),"id".getBytes(),Bytes.toBytes(2));put2.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(),Bytes.toBytes("刘备"));put2.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(),Bytes.toBytes(32));put2.addColumn("f2".getBytes(),"sex".getBytes(),Bytes.toBytes("1"));put2.addColumn("f2".getBytes(),"address".getBytes(),Bytes.toBytes("幽州涿郡涿县"));put2.addColumn("f2".getBytes(),"phone".getBytes(),Bytes.toBytes("17888888888"));put2.addColumn("f2".getBytes(),"say".getBytes(),Bytes.toBytes("talk is cheap , show me the code"));Put put3 = new Put("0004".getBytes());put3.addColumn("f1".getBytes(),"id".getBytes(),Bytes.toBytes(3));put3.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(),Bytes.toBytes("孙权"));put3.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(),Bytes.toBytes(35));put3.addColumn("f2".getBytes(),"sex".getBytes(),Bytes.toBytes("1"));put3.addColumn("f2".getBytes(),"address".getBytes(),Bytes.toBytes("下邳"));put3.addColumn("f2".getBytes(),"phone".getBytes(),Bytes.toBytes("12888888888"));put3.addColumn("f2".getBytes(),"say".getBytes(),Bytes.toBytes("what are you 弄啥嘞！"));Put put4 = new Put("0005".getBytes());put4.addColumn("f1".getBytes(),"id".getBytes(),Bytes.toBytes(4));put4.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(),Bytes.toBytes("诸葛亮"));put4.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(),Bytes.toBytes(28));put4.addColumn("f2".getBytes(),"sex".getBytes(),Bytes.toBytes("1"));put4.addColumn("f2".getBytes(),"address".getBytes(),Bytes.toBytes("四川隆中"));put4.addColumn("f2".getBytes(),"phone".getBytes(),Bytes.toBytes("14888888888"));put4.addColumn("f2".getBytes(),"say".getBytes(),Bytes.toBytes("出师表你背了嘛"));Put put5 = new Put("0005".getBytes());put5.addColumn("f1".getBytes(),"id".getBytes(),Bytes.toBytes(5));put5.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(),Bytes.toBytes("司马懿"));put5.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(),Bytes.toBytes(27));put5.addColumn("f2".getBytes(),"sex".getBytes(),Bytes.toBytes("1"));put5.addColumn("f2".getBytes(),"address".getBytes(),Bytes.toBytes("哪里人有待考究"));put5.addColumn("f2".getBytes(),"phone".getBytes(),Bytes.toBytes("15888888888"));put5.addColumn("f2".getBytes(),"say".getBytes(),Bytes.toBytes("跟诸葛亮死掐"));Put put6 = new Put("0006".getBytes());put6.addColumn("f1".getBytes(),"id".getBytes(),Bytes.toBytes(5));put6.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(),Bytes.toBytes("xiaobubu—吕布"));put6.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(),Bytes.toBytes(28));put6.addColumn("f2".getBytes(),"sex".getBytes(),Bytes.toBytes("1"));put6.addColumn("f2".getBytes(),"address".getBytes(),Bytes.toBytes("内蒙人"));put6.addColumn("f2".getBytes(),"phone".getBytes(),Bytes.toBytes("15788888888"));put6.addColumn("f2".getBytes(),"say".getBytes(),Bytes.toBytes("貂蝉去哪了"));List<Put> listPut = new ArrayList<Put>();listPut.add(put);listPut.add(put2);listPut.add(put3);listPut.add(put4);listPut.add(put5);listPut.add(put6);myuser.put(listPut);myuser.close();}

按照 rowkey 进行查询获取所有列的所有值

查询主键 rowkey 为 0003 的人：

@Testpublic void searchData() throws IOException {Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Get get = new Get(Bytes.toBytes("0003"));Result result = myuser.get(get);Cell[] cells = result.rawCells();//获取所有的列名称以及列的值for (Cell cell : cells) {//注意，如果列属性是int类型，那么这里就不会显示System.out.println(Bytes.toString(cell.getQualifierArray(),cell.getQualifierOffset(),cell.getQualifierLength()));System.out.println(Bytes.toString(cell.getValueArray(),cell.getValueOffset(),cell.getValueLength()));}myuser.close();}

按照 rowkey 查询指定列族下面的指定列的值：

@Testpublic void searchData2() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));//通过rowKey进行查询Get get = new Get("0003".getBytes());get.addColumn("f1".getBytes(),"id".getBytes());Result result = myuser.get(get);System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "age".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));myuser.close();}

通过 startRowKey 和 endRowKey 进行扫描：

@Testpublic void scanRowKey() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();scan.setStartRow("0004".getBytes());scan.setStopRow("0006".getBytes());ResultScanner resultScanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : resultScanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//遍历获取得到所有的列族以及所有的列的名称KeyValue[] raw = result.raw();for (KeyValue keyValue : raw) {//获取所属列族System.out.println(Bytes.toString(keyValue.getFamilyArray(),keyValue.getFamilyOffset(),keyValue.getFamilyLength()));System.out.println(Bytes.toString(keyValue.getQualifierArray(),keyValue.getQualifierOffset(),keyValue.getQualifierLength()));}//指定列族以及列打印列当中的数据出来System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "age".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));}myuser.close();}

通过 scan 进行全表扫描：

@Testpublic void scanAllData() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();ResultScanner resultScanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : resultScanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "age".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));}myuser.close();}

5.2 过滤器查询

过滤器的类型很多，但是可以分为两大类——比较过滤器，专用过滤器。

过滤器的作用是在服务端判断数据是否满足条件，然后只将满足条件的数据返回给客户端；

hbase 过滤器的比较运算符：

LESS <LESS_OR_EQUAL <=EQUAL =NOT_EQUAL <>GREATER_OR_EQUAL >=GREATER >NO_OP 排除所有

Hbase 过滤器的比较器（指定比较机制）：

BinaryComparator 按字节索引顺序比较指定字节数组，采用pareTo(byte[])BinaryPrefixComparator 跟前面相同，只是比较左端的数据是否相同NullComparator 判断给定的是否为空BitComparator 按位比较RegexStringComparator 提供一个正则的比较器，仅支持 EQUAL 和非EQUALSubstringComparator 判断提供的子串是否出现在value中。

5.2.1 比较过滤器

rowKey 过滤器 RowFilter

通过 RowFilter 过滤比 rowKey 0003 小的所有值出来

@Testpublic void rowKeyFilter() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();RowFilter rowFilter = new RowFilter(pareOp.LESS_OR_EQUAL, new BinaryComparator(Bytes.toBytes("0003")));scan.setFilter(rowFilter);ResultScanner resultScanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : resultScanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "age".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));}myuser.close();}

列族过滤器 FamilyFilter

查询比 f2 列族小的所有的列族内的数据

@Testpublic void familyFilter() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();FamilyFilter familyFilter = new FamilyFilter(pareOp.LESS, new SubstringComparator("f2"));scan.setFilter(familyFilter);ResultScanner resultScanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : resultScanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "age".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));}myuser.close();}

列过滤器 QualifierFilter

只查询 name 列的值

@Testpublic void qualifierFilter() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();QualifierFilter qualifierFilter = new QualifierFilter(pareOp.EQUAL, new SubstringComparator("name"));scan.setFilter(qualifierFilter);ResultScanner resultScanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : resultScanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来// System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));}myuser.close();}

列值过滤器 ValueFilter

查询所有列当中包含 8 的数据

@Testpublic void valueFilter() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();ValueFilter valueFilter = new ValueFilter(pareOp.EQUAL, new SubstringComparator("8"));scan.setFilter(valueFilter);ResultScanner resultScanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : resultScanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来// System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f2".getBytes(), "phone".getBytes())));}myuser.close();}

5.2.2 专用过滤器

单列值过滤器 SingleColumnValueFilter

SingleColumnValueFilter 会返回满足条件的整列值的所有字段

@Testpublic void singleColumnFilter() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();SingleColumnValueFilter singleColumnValueFilter = new SingleColumnValueFilter("f1".getBytes(), "name".getBytes(), pareOp.EQUAL, "刘备".getBytes());scan.setFilter(singleColumnValueFilter);ResultScanner resultScanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : resultScanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f2".getBytes(), "phone".getBytes())));}myuser.close();}

列值排除过滤器 SingleColumnValueExcludeFilter

与 SingleColumnValueFilter 相反，会排除掉指定的列，其他的列全部返回

rowkey 前缀过滤器 PrefixFilter

查询以 00 开头的所有前缀的 rowkey

@Testpublic void preFilter() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();PrefixFilter prefixFilter = new PrefixFilter("00".getBytes());scan.setFilter(prefixFilter);ResultScanner resultScanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : resultScanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f2".getBytes(), "phone".getBytes())));}myuser.close();}

分页过滤器 PageFilter

分页过滤器 PageFilter

@Testpublic void pageFilter2() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", "node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));int pageNum = 3;int pageSize = 2;Scan scan = new Scan();if (pageNum == 1) {PageFilter filter = new PageFilter(pageSize);scan.setStartRow(Bytes.toBytes(""));scan.setFilter(filter);scan.setMaxResultSize(pageSize);ResultScanner scanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : scanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来// System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));//System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f2".getBytes(), "phone".getBytes())));}}else{String startRowKey ="";PageFilter filter = new PageFilter((pageNum - 1) * pageSize + 1 );scan.setStartRow(startRowKey.getBytes());scan.setMaxResultSize((pageNum - 1) * pageSize + 1);scan.setFilter(filter);ResultScanner scanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : scanner) {byte[] row = result.getRow();startRowKey = new String(row);}Scan scan2 = new Scan();scan2.setStartRow(startRowKey.getBytes());scan2.setMaxResultSize(Long.valueOf(pageSize));PageFilter filter2 = new PageFilter(pageSize);scan2.setFilter(filter2);ResultScanner scanner1 = myuser.getScanner(scan2);for (Result result : scanner1) {byte[] row = result.getRow();System.out.println(new String(row));}}myuser.close();}

5.2.3 多过滤器综合查询 FilterList

需求：使用 SingleColumnValueFilter 查询 f1 列族，name 为刘备的数据，并且同时满足 rowkey 的前缀以 00 开头的数据（PrefixFilter）

@Testpublic void manyFilter() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", "node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Scan scan = new Scan();FilterList filterList = new FilterList();SingleColumnValueFilter singleColumnValueFilter = new SingleColumnValueFilter("f1".getBytes(), "name".getBytes(), pareOp.EQUAL, "刘备".getBytes());PrefixFilter prefixFilter = new PrefixFilter("00".getBytes());filterList.addFilter(singleColumnValueFilter);filterList.addFilter(prefixFilter);scan.setFilter(filterList);ResultScanner scanner = myuser.getScanner(scan);for (Result result : scanner) {//获取rowkeySystem.out.println(Bytes.toString(result.getRow()));//指定列族以及列打印列当中的数据出来// System.out.println(Bytes.toInt(result.getValue("f1".getBytes(), "id".getBytes())));System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f1".getBytes(), "name".getBytes())));//System.out.println(Bytes.toString(result.getValue("f2".getBytes(), "phone".getBytes())));}myuser.close();}

5.3 根据 rowkey 删除数据

@Testpublic void deleteByRowKey() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Table myuser = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser"));Delete delete = new Delete("0001".getBytes());myuser.delete(delete);myuser.close();}

5.4 删除表操作

@Testpublic void deleteTable() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum","node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Admin admin = connection.getAdmin();admin.disableTable(TableName.valueOf("myuser"));admin.deleteTable(TableName.valueOf("myuser"));admin.close();}

六、HBase 底层原理

6.1 系统架构

6.1.1 Client

包含访问hbase的接口，Client维护着一些cache来加快对hbase的访问，比如regione的位置信息.

6.1.2 Zookeeper

HBase可以使用内置的Zookeeper，也可以使用外置的，在实际生产环境，为了保持统一性，一般使用外置Zookeeper。

Zookeeper在HBase中的作用：

保证任何时候，集群中只有一个master存贮所有Region的寻址入口实时监控Region Server的状态，将Region server的上线和下线信息实时通知给Master

6.1.3 HMaster

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regionHDFS上的垃圾文件回收处理schema更新请求 Meta 表格介绍：全称 hbase：meta，只是在 list 命令中被过滤掉了，本质上和 HBase 的其他表格一样，不要去改这个表。RowKey：([table],[region start key],[region id]) 即 表名，region 起始位置和 regionID。列： info：regioninfo 为 region 信息，存储一个 HRegionInfo 对象。info：server 当前 region 所处的 RegionServer 信息，包含端口号。info：serverstartcode 当前 region 被分到 RegionServer 的起始时间。如果一个表处于切分的过程中，即 region 切分，还会多出两列 info：splitA 和 info：splitB，存储值也是 HRegionInfo 对象，拆分结束后，删除这两列。 注意：在客户端对元数据进行操作的时候才会连接 master，如果对数据进行读写，直接连接zookeeper 读取目录/hbase/meta-region-server 节点信息，会记录 meta 表格的位置。直接读取即可，不需要访问 master，这样可以减轻 master 的压力，相当于 master 专注 meta 表的写操作，客户端可直接读取 meta 表。在 HBase 的 2.3 版本更新了一种新模式：Master Registry。客户端可以访问 master 来读取meta 表信息。加大了 master 的压力，减轻了 zookeeper 的压力。HMaster通常部署在NameNode上，HMaster中主要有负载均衡器，元数据表管理器，预写日志管理器（MasterProcWAL）。

6.1.4 HRegion Server

HRegion server维护HMaster分配给它的region，处理对这些region的IO请求HRegion server负责切分在运行过程中变得过大的region 从图中可以看到，Client访问HBase上数据的过程并不需要HMaster参与（寻址访问Zookeeper和HRegion server，数据读写访问HRegione server）

HMaster仅仅维护者table和HRegion的元数据信息，负载很低。

MemStore：写缓存，由于 HFile 中的数据要求是有序的，所以数据是先存储在 MemStore 中，排好序后，等到达刷写时机才会刷写到 HFile，每次刷写都会形成一个新的 HFile，写入到对应的文件夹 store 中。WAL：由于数据要经 MemStore 排序后才能刷写到 HFile，但把数据保存在内存中会有很高的概率导致数据丢失，为了解决这个问题，数据会先写在一个叫做 Write-Ahead logfile 的文件中，然后再写入 MemStore 中。所以在系统出现故障的时候，数据可以通过这个日志文件重建。BlockCache：读缓存，每次查询出的数据会缓存在 BlockCache 中，方便下次查询。

6.1.5 Region/Store/StoreFile/Hfile之间的关系

Region table在行的方向上分隔为多个Region。Region是HBase中分布式存储和负载均衡的最小单元，即不同的region可以分别在不同的Region Server上，但同一个Region是不会拆分到多个server上。Region按大小分隔，表中每一行只能属于一个region。随着数据不断插入表，region不断增大，当region的某个列族达到一个阈值（默认256M）时就会分成两个新的region。 Store 每一个region有一个或多个store组成，至少是一个store，hbase会把一起访问的数据放在一个store里面，即为每个ColumnFamily建一个store（即有几个ColumnFamily，也就有几个Store）。一个Store由一个memStore和0或多个StoreFile组成。HBase以store的大小来判断是否需要切分region。 MemStore memStore 是放在内存里的。保存修改的数据即keyValues。当memStore的大小达到一个阀值（默认64MB）时，memStore会被flush到文件，即生成一个快照。目前hbase 会有一个线程来负责memStore的flush操作。 StoreFile memStore内存中的数据写到文件后就是StoreFile（即memstore的每次flush操作都会生成一个新的StoreFile），StoreFile底层是以HFile的格式保存。 HFile HFile是HBase中KeyValue数据的存储格式，是hadoop的二进制格式文件。一个StoreFile对应着一个HFile。而HFile是存储在HDFS之上的。HFile文件格式是基于Google Bigtable中的SSTable，如下图所示：

首先HFile文件是不定长的，长度固定的只有其中的两块：Trailer和FileInfo。Trailer中又指针指向其他数据块的起始点，FileInfo记录了文件的一些meta信息。

6.2 HBase的表数据模型

数据模型图：

物理模型图：

6.2.1 行键 Row Key

与nosql数据库一样,row key是用来检索记录的主键。访问hbase table中的行，只有三种方式：

通过单个row key访问通过row key的range全表扫描

Row Key 行键可以是任意字符串(最大长度是 64KB，实际应用中长度一般为 10-100bytes)，在hbase内部，row key保存为字节数组。

Hbase会对表中的数据按照rowkey排序(字典顺序)

存储时，数据按照Row key的字典序(byte order)排序存储。设计key时，要充分排序存储这个特性，将经常一起读取的行存储放到一起。(位置相关性)。

注意：字典序对int排序的结果是 1,10,100,11,12,13,14,15,16,17,18,19,2,20,21 … 。要保持整形的自然序，行键必须用0作左填充。

行的一次读写是原子操作 (不论一次读写多少列)。这个设计决策能够使用户很容易的理解程序在对同一个行进行并发更新操作时的行为。

6.2.2 列族 Column Family

HBase表中的每个列，都归属于某个列族。列族是表的schema的一部分(而列不是)，必须在使用表之前定义。

列名都以列族作为前缀。例如 courses:history ， courses:math 都属于 courses 这个列族。

访问控制、磁盘和内存的使用统计都是在列族层面进行的。列族越多，在取一行数据时所要参与IO、搜寻的文件就越多，所以，如果没有必要，不要设置太多的列族。

6.2.3 列 Column

列族下面的具体列，属于某一个ColumnFamily，类似于在mysql当中创建的具体的列。

6.2.4 时间戳 Timestamp

HBase中通过row和columns确定的为一个存贮单元称为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。时间戳的类型是 64位整型。时间戳可以由hbase(在数据写入时自动 )赋值，此时时间戳是精确到毫秒的当前系统时间。时间戳也可以由客户显式赋值。如果应用程序要避免数据版本冲突，就必须自己生成具有唯一性的时间戳。每个 cell中，不同版本的数据按照时间倒序排序，即最新的数据排在最前面。

为了避免数据存在过多版本造成的的管理 (包括存贮和索引)负担，hbase提供了两种数据版本回收方式：

保存数据的最后n个版本保存最近一段时间内的版本（设置数据的生命周期TTL）。

用户可以针对每个列族进行设置。

6.2.5 单元 Cell

由{row key, column( =<family> + <label>), version} 唯一确定的单元。cell中的数据是没有类型的，全部是字节码形式存贮。

6.2.6 版本号 VersionNum

数据的版本号，每条数据可以有多个版本号，默认值为系统时间戳，类型为Long。

6.3 物理存储

6.3.1 整体结构

HBase 整体结构

Table 中的所有行都按照 Row Key 的字典序排列。Table 在行的方向上分割为多个 HRegion。HRegion按大小分割的(默认10G)，每个表一开始只有一 个HRegion，随着数据不断插入表，HRegion不断增大，当增大到一个阀值的时候，HRegion就会等分会两个新的HRegion。当Table 中的行不断增多，就会有越来越多的 HRegion。HRegion 是 HBase 中分布式存储和负载均衡的最小单元。最小单元就表示不同的 HRegion 可以分布在不同的 HRegion Server 上。但一个 HRegion 是不会拆分到多个 Server 上的。**HRegion 虽然是负载均衡的最小单元，但并不是物理存储的最小单元。**事实上，HRegion 由一个或者多个 Store 组成，**每个 Store 保存一个 Column Family。**每个 Strore 又由一个 MemStore 和0至多个 StoreFile 组成。如上图。

6.3.2 StoreFile 和 HFile 结构

StoreFile以HFile格式保存在HDFS上。

首先HFile文件是不定长的，长度固定的只有其中的两块：Trailer和FileInfo。Trailer中有指针指向其他数据块的起始点。

File Info中记录了文件的一些Meta信息，例如：AVG_KEY_LEN, AVG_VALUE_LEN, LAST_KEY, COMPARATOR, MAX_SEQ_ID_KEY等。

Data Index和Meta Index块记录了每个Data块和Meta块的起始点。

Data Block是HBase I/O的基本单元，为了提高效率，HRegionServer中有基于LRU的Block Cache机制。每个Data块的大小可以在创建一个Table的时候通过参数指定，大号的Block有利于顺序Scan，小号Block利于随机查询。每个Data块除了开头的Magic以外就是一个个KeyValue对拼接而成, Magic内容就是一些随机数字，目的是防止数据损坏。

HFile里面的每个KeyValue对就是一个简单的byte数组。但是这个byte数组里面包含了很多项，并且有固定的结构。

开始是两个固定长度的数值，分别表示Key的长度和Value的长度。紧接着是Key，开始是固定长度的数值，表示RowKey的长度，紧接着是 RowKey，然后是固定长度的数值，表示Family的长度，然后是Family，接着是Qualifier，然后是两个固定长度的数值，表示Time Stamp和Key Type（Put/Delete）。Value部分没有这么复杂的结构，就是纯粹的二进制数据了。

HFile分为六个部分：

Data Block 段–保存表中的数据，这部分可以被压缩.Meta Block 段 (可选的)–保存用户自定义的kv对，可以被压缩。File Info 段–Hfile的元信息，不被压缩，用户也可以在这一部分添加自己的元信息。Data Block Index 段–Data Block的索引。每条索引的key是被索引的block的第一条记录的key。Meta Block Index段 (可选的)–Meta Block的索引。Trailer–这一段是定长的。保存了每一段的偏移量，读取一个HFile时，会首先读取Trailer，Trailer保存了每个段的起始位置(段的Magic Number用来做安全check)，然后，DataBlock Index会被读取到内存中，这样，当检索某个key时，不需要扫描整个HFile，而只需从内存中找到key所在的block，通过一次磁盘io将整个 block读取到内存中，再找到需要的key。DataBlock Index采用LRU机制淘汰。

HFile的Data Block，Meta Block通常采用压缩方式存储，压缩之后可以大大减少网络IO和磁盘IO，随之而来的开销当然是需要花费cpu进行压缩和解压缩。目前HFile的压缩支持两种方式：Gzip，Lzo。

6.3.3 Memstore与StoreFile

一个 HRegion 由多个 Store 组成，每个 Store 包含一个列族的所有数据 Store 包括位于内存的 Memstore 和位于硬盘的 StoreFile。

写操作先写入 Memstore，当 Memstore 中的数据量达到某个阈值，HRegionServer 启动 FlashCache 进程写入 StoreFile，每次写入形成单独一个 StoreFile

当 StoreFile 大小超过一定阈值后，会把当前的 HRegion 分割成两个，并由 HMaster 分配给相应的 HRegion 服务器，实现负载均衡

客户端检索数据时，先在memstore找，找不到再找storefile。

6.3.4 HLog(WAL log)

WAL 意为Write ahead log，类似 mysql 中的 binlog,用来做灾难恢复时用，Hlog记录数据的所有变更，一旦数据修改，就可以从log中进行恢复。

每个Region Server维护一个Hlog,而不是每个Region一个。这样不同region(来自不同table)的日志会混在一起，这样做的目的是不断追加单个文件相对于同时写多个文件而言，可以减少磁盘寻址次数，因此可以提高对table的写性能。带来的麻烦是，如果一台region server下线，为了恢复其上的region，需要将region server上的log进行拆分，然后分发到其它region server上进行恢复。

HLog文件就是一个普通的Hadoop Sequence File：

HLog Sequence File 的Key是HLogKey对象，HLogKey中记录了写入数据的归属信息，除了table和region名字外，同时还包括 sequence number和timestamp，timestamp是”写入时间”，sequence number的起始值为0，或者是最近一次存入文件系统中sequence number。HLog Sequece File的Value是HBase的KeyValue对象，即对应HFile中的KeyValue，可参见上文描述。

6.4 读写过程

大数据技术之HBase原理与实战归纳分享-中 - itxiaoshen - 博客园 ()

6.4.1 读请求过程

HRegionServer保存着meta表以及表数据，要访问表数据，首先Client先去访问zookeeper，从zookeeper里面获取meta表所在的位置信息，即找到这个meta表在哪个HRegionServer上保存着。

接着Client通过刚才获取到的HRegionServer的IP来访问Meta表所在的HRegionServer，从而读取到Meta，进而获取到Meta表中存放的元数据。

Client通过元数据中存储的信息，访问对应的HRegionServer，然后扫描所在HRegionServer的Memstore和Storefile来查询数据。

最后HRegionServer把查询到的数据响应给Client。

查看meta表信息

hbase(main):011:0> scan 'hbase:meta'

HFile 是存储在 HDFS 上面每一个 store 文件夹下实际存储数据的文件。里面存储多种内容。包括数据本身（keyValue 键值对）、元数据记录、文件信息、数据索引、元数据索引和一个固定长度的尾部信息（记录文件的修改情况）。

键值对按照块大小（默认 64K）保存在文件中，数据索引按照块创建，块越多，索引越大。每一个 HFile 还会维护一个布隆过滤器（就像是一个很大的地图，文件中每有一种 key，就在对应的位置标记，读取时可以大致判断要 get 的 key 是否存在 HFile 中）。KeyValue 内容如下:

rowlength -----------→ key 的长度row -----------------→ key 的值columnfamilylength --→ 列族长度columnfamily --------→ 列族columnqualifier -----→ 列名timestamp -----------→ 时间戳（默认系统时间）keytype -------------→ Put

由于 HFile 存储经过序列化，所以无法直接查看。可以通过 HBase 提供的命令来查看存储在 HDFS 上面的 HFile 元数据内容。

首先访问 zookeeper，获取 hbase:meta 表位于哪个 Region Server；访问对应的 Region Server，获取 hbase:meta 表，将其缓存到连接中，作为连接属性 MetaCache，由于 Meta 表格具有一定的数据量，导致了创建连接比较慢； 之后使用创建的连接获取 Table，这是一个轻量级的连接，只有在第一次创建的时候会检查表格是否存在访问 RegionServer，之后在获取 Table 时不会访问 RegionServer；创建 Table 对象发送 get 请求。优先访问 Block Cache，查找是否之前读取过，并且可以读取 HFile 的索引信息和布隆过滤器。不管读缓存中是否已经有数据了（可能已经过期了），都需要再次读取写缓存和store 中的文件。最终将所有读取到的数据合并版本，按照 get 的要求返回即可。

合并读取数据优化，每次读取数据都需要读取三个位置，最后进行版本的合并。效率会非常低，所有系统需要对此优化。

HFile 带有索引文件，读取对应 RowKey 数据会比较快。Block Cache 会缓存之前读取的内容和元数据信息，如果 HFile 没有发生变化（记录在 HFile 尾信息中），则不需要再次读取。使用布隆过滤器能够快速过滤当前 HFile 不存在需要读取的 RowKey，从而避免读取文件。（布隆过滤器使用 HASH 算法，不是绝对准确的，出错会造成多扫描一个文件，对读取数据结果没有影响）

6.4.2 文件合并

StoreFile Compaction也即是文件合并，由于 memstore 每次刷写都会生成一个新的 HFile，文件过多读取不方便，所以会进行文件的合并，清理掉过期和删除的数据，会进行 StoreFile Compaction。

Compaction 分为两种，分别是 Minor Compaction 和 Major Compaction。MinorCompaction会将临近的若干个较小的 HFile 合并成一个较大的 HFile，并清理掉部分过期和删除的数据，有系统使用一组参数自动控制，Major Compaction 会将一个 Store 下的所有的 HFile 合并成一个大 HFile，并且会清理掉所有过期和删除的数据，由参数 hbase.hregion.majorcompaction控制，默认 7 天。

Minor Compaction 控制机制：参与到小合并的文件需要通过参数计算得到，有效的参数有 5 个 paction.ratio（默认 1.2F）合并文件选择算法中使用的比率。paction.min（默认 3） 为 Minor Compaction 的最少文件个数。paction.max（默认 10） 为 Minor Compaction 最大文件个数。paction.min.size（默认 128M）为单个 Hfile 文件大小最小值，小于这个数会被合并。paction.max.size（默认 Long.MAX_VALUE）为单个 Hfile 文件大小最大值，高于这个数不会被合并。小合并机制为拉取整个 store 中的所有文件，做成一个集合。之后按照从旧到新的顺序遍历。 判断条件为： 过小合并，过大不合并。文件大小/ paction.ratio < (剩余文件大小和) 则参与压缩。所有把比值设置过大，如 10 会最终合并为 1 个特别大的文件，相反设置为 0.4，会最终产生 4 个 storeFile。不建议修改默认值。满足压缩条件的文件个数达不到个数要求（3 <= count <= 10）则不压缩。

6.4.3 分区

Region Split也即是分区,Region 切分分为两种，创建表格时候的预分区即自定义分区，同时系统默认还会启动一个切分规则，避免单个 Region 中的数据量太大。

自定义分区：每一个 region 维护着 startRow 与 endRowKey，如果加入的数据符合某个 region 维护的rowKey 范围，则该数据交给这个 region 维护。那么依照这个原则，我们可以将数据所要投放的分区提前大致的规划好，以提高 HBase 性能。

6.4.4 写请求过程

首先访问 zookeeper，获取 hbase:meta 表位于哪个 Region Server；访问对应的 Region Server，获取 hbase:meta 表，将其缓存到连接中，作为连接属性 MetaCache，由于 Meta 表格具有一定的数据量，导致了创建连接比较慢； 之后使用创建的连接获取 Table，这是一个轻量级的连接，只有在第一次创建的时候会检查表格是否存在访问 RegionServer，之后在获取 Table 时不会访问 RegionServer；调用Table的put方法写入数据，此时还需要解析RowKey，对照缓存的MetaCache，查看具体写入的位置有哪个 RegionServer；将数据顺序写入（追加）到 WAL，此处写入是直接落盘的，并设置专门的线程控制 WAL 预写日志的滚动（类似 Flume）；根据写入命令的 RowKey 和 ColumnFamily 查看具体写入到哪个 MemStory，并且在 MemStory 中排序；向客户端发送 ack；等达到 MemStore 的刷写时机后，将数据刷写到对应的 story 中。

细节描述：

HBase使用MemStore和StoreFile存储对表的更新。数据在更新时首先写入Log(WAL log)和内存(MemStore)中，MemStore中的数据是排序的，当MemStore累计到一定阈值时，就会创建一个新的MemStore，并且将老的MemStore添加到flush队列，由单独的线程flush到磁盘上，成为一个StoreFile。于此同时，系统会在zookeeper中记录一个redo point，表示这个时刻之前的变更已经持久化了。当系统出现意外时，可能导致内存(MemStore)中的数据丢失，此时使用Log(WAL log)来恢复checkpoint之后的数据。

StoreFile是只读的，一旦创建后就不可以再修改。因此HBase的更新其实是不断追加的操作。当一个Store中的StoreFile达到一定的阈值后，就会进行一次合并(minor_compact, major_compact),将对同一个key的修改合并到一起，形成一个大的StoreFile，当StoreFile的大小达到一定阈值后，又会对 StoreFile进行split，等分为两个StoreFile。

由于对表的更新是不断追加的，compact时，需要访问Store中全部的 StoreFile和MemStore，将他们按row key进行合并，由于StoreFile和MemStore都是经过排序的，并且StoreFile带有内存中索引，合并的过程还是比较快。

6.4.5 写缓存刷写

MemStore Flush也即是写缓存刷写，MemStore 刷写由多个线程控制，条件互相独立：主要的刷写规则是控制刷写文件的大小，在每一个刷写线程中都会进行监控

当某个 memstroe 的大小达到了 hbase.hregion.memstore.flush.size（默认值 128M），其所在 region 的所有 memstore 都会刷写。当 memstore 的大小达到了hbase.hregion.memstore.flush.size（默认值 128M）* hbase.hregion.memstore.block.multiplier（默认值 4）时，会刷写同时阻止继续往该 memstore 写数据（由于线程监控是周期性的，所有有可能面对数据洪峰，尽管可能性比较小）由 HRegionServer 中的属性 MemStoreFlusher 内部线程 FlushHandler 控制。标准为LOWER_MARK（低水位线）和 HIGH_MARK（高水位线），意义在于避免写缓存使用过多的内存造成 OOM。当 region server 中 memstore 的总大小达到低水位线java_heapsize * hbase.regionserver.global.memstore.size（默认值 0.4） * hbase.regionserver.global.memstore.size.lower.limit（默认值 0.95），region 会按照其所有 memstore 的大小顺序（由大到小）依次进行刷写。直到 region server 中所有 memstore 的总大小减小到上述值以下。当 region server 中 memstore 的总大小达到高水位线java_heapsize * hbase.regionserver.global.memstore.size（默认值 0.4）时，会同时阻止继续往所有的 memstore 写数据。为了避免数据过长时间处于内存之中，到达自动刷写的时间，也会触发 memstore flush。由 HRegionServer 的属性 PeriodicMemStoreFlusher 控制进行，由于重要性比较低，5min才会执行一次。自动刷新的时间间隔由该属性进行配置 hbase.regionserver.optionalcacheflushinterval（默认1 小时）。当 WAL 文件的数量超过 hbase.regionserver.max.logs，region 会按照时间顺序依次进行刷写，直到 WAL 文件数量减小到 hbase.regionserver.max.log 以下（该属性名已经废弃，现无需手动设置，最大值为 32）。

6.5 HRegion管理

6.5.1 HRegion分配

任何时刻，一个HRegion只能分配给一个HRegion Server。HMaster记录了当前有哪些可用的HRegion Server。以及当前哪些HRegion分配给了哪些HRegion Server，哪些HRegion还没有分配。当需要分配的新的HRegion，并且有一个HRegion Server上有可用空间时，HMaster就给这个HRegion Server发送一个装载请求，把HRegion分配给这个HRegion Server。HRegion Server得到请求后，就开始对此HRegion提供服务。

6.5.2 HRegion Server上线

HMaster使用zookeeper来跟踪HRegion Server状态。当某个HRegion Server启动时，会首先在zookeeper上的server目录下建立代表自己的znode。由于HMaster订阅了server目录上的变更消息，当server目录下的文件出现新增或删除操作时，HMaster可以得到来自zookeeper的实时通知。因此一旦HRegion Server上线，HMaster能马上得到消息。

6.5.3 HRegion Server下线

当HRegion Server下线时，它和zookeeper的会话断开，zookeeper而自动释放代表这台server的文件上的独占锁。HMaster就可以确定：

HRegion Server和zookeeper之间的网络断开了。HRegion Server挂了。

无论哪种情况，HRegion Server都无法继续为它的HRegion提供服务了，此时HMaster会删除server目录下代表这台HRegion Server的znode数据，并将这台HRegion Server的HRegion分配给其它还活着的节点。

6.6 HMaster工作机制

6.6.1 master上线

master启动进行以下步骤:

从zookeeper上获取唯一一个代表active master的锁，用来阻止其它HMaster成为master。扫描zookeeper上的server父节点，获得当前可用的HRegion Server列表。和每个HRegion Server通信，获得当前已分配的HRegion和HRegion Server的对应关系。扫描.META.region的集合，计算得到当前还未分配的HRegion，将他们放入待分配HRegion列表。

6.6.2 master下线

由于HMaster只维护表和region的元数据，而不参与表数据IO的过程，HMaster下线仅导致所有元数据的修改被冻结(无法创建删除表，无法修改表的schema，无法进行HRegion的负载均衡，无法处理HRegion 上下线，无法进行HRegion的合并，唯一例外的是HRegion的split可以正常进行，因为只有HRegion Server参与)，表的数据读写还可以正常进行。因此HMaster下线短时间内对整个HBase集群没有影响。

从上线过程可以看到，HMaster保存的信息全是可以冗余信息（都可以从系统其它地方收集到或者计算出来）

因此，一般HBase集群中总是有一个HMaster在提供服务，还有一个以上的‘HMaster’在等待时机抢占它的位置。

6.7 HBase三个重要机制

6.7.1 flush机制

1.（hbase.regionserver.global.memstore.size）默认;堆大小的40% regionServer的全局memstore的大小，超过该大小会触发flush到磁盘的操作,默认是堆大小的40%,而且regionserver级别的flush会阻塞客户端读写

2.（hbase.hregion.memstore.flush.size）默认：128M 单个region里memstore的缓存大小，超过那么整个HRegion就会flush,

3.（hbase.regionserver.optionalcacheflushinterval）默认：1h 内存中的文件在自动刷新之前能够存活的最长时间

4.（hbase.regionserver.global.memstore.size.lower.limit）默认：堆大小 * 0.4 * 0.95 有时候集群的“写负载”非常高，写入量一直超过flush的量，这时，我们就希望memstore不要超过一定的安全设置。在这种情况下，写操作就要被阻塞一直到memstore恢复到一个“可管理”的大小, 这个大小就是默认值是堆大小 * 0.4 * 0.95，也就是当regionserver级别的flush操作发送后,会阻塞客户端写,一直阻塞到整个regionserver级别的memstore的大小为 堆大小 * 0.4 *0.95为止

5.（hbase.hregion.preclose.flush.size）默认为：5M 当一个 region 中的 memstore 的大小大于这个值的时候，我们又触发了region的 close时，会先运行“pre-flush”操作，清理这个需要关闭的memstore，然后 将这个 region 下线。当一个 region 下线了，我们无法再进行任何写操作。如果一个 memstore 很大的时候，flush 操作会消耗很多时间。“pre-flush” 操作意味着在 region 下线之前，会先把 memstore 清空。这样在最终执行 close 操作的时候，flush 操作会很快。

6.（pactionThreshold）默认：超过3个 一个store里面允许存的hfile的个数，超过这个个数会被写到新的一个hfile里面 也即是每个region的每个列族对应的memstore在flush为hfile的时候，默认情况下当超过3个hfile的时候就会对这些文件进行合并重写为一个新文件，设置个数越大可以减少触发合并的时间，但是每次合并的时间就会越长

6.7.2 compact机制

把小的storeFile文件合并成大的HFile文件。清理过期的数据，包括删除的数据 将数据的版本号保存为1个。

6.7.3 split机制

当HRegion达到阈值，会把过大的HRegion一分为二。默认一个HFile达到10Gb的时候就会进行切分。

七、HBase整合

7.1 HBase与 MapReduce 的集成

HBase 当中的数据最终都是存储在 HDFS 上面的，HBase 天生的支持 MR 的操作，我们可以通过 MR 直接处理 HBase 当中的数据，并且 MR 可以将处理后的结果直接存储到 HBase 当中去。

需求：读取 HBase 当中一张表的数据，然后将数据写入到 HBase 当中的另外一张表当中去。

注意：我们可以使用 TableMapper 与 TableReducer 来实现从 HBase 当中读取与写入数据。

这里我们将 myuser 这张表当中 f1 列族的 name 和 age 字段写入到 myuser2 这张表的 f1 列族当中去。

需求一：读取 myuser 这张表当中的数据写入到 HBase 的另外一张表当中去：

第一步：创建 myuser2 这张表

注意：列族的名字要与 myuser 表的列族名字相同

hbase(main):010:0> create 'myuser2','f1'

第二步：开发 MR 的程序

public class HBaseMR extends Configured implements Tool{public static class HBaseMapper extends TableMapper<Text,Put>{/**** @param key 我们的主键rowkey* @param value 我们一行数据所有列的值都封装在value里面了* @param context* @throws IOException* @throws InterruptedException*/@Overrideprotected void map(ImmutableBytesWritable key, Result value, Context context) throws IOException, InterruptedException {byte[] bytes = key.get();String rowKey = Bytes.toString(bytes);Put put = new Put(key.get());Cell[] cells = value.rawCells();for (Cell cell : cells) {if("f1".equals(Bytes.toString(CellUtil.cloneFamily(cell)))){if("name".equals(Bytes.toString(CellUtil.cloneQualifier(cell)))){put.add(cell);}if("age".equals(Bytes.toString(CellUtil.cloneQualifier(cell)))){put.add(cell);}}}if(!put.isEmpty()){context.write(new Text(rowKey),put);}}}public static class HBaseReducer extends TableReducer<Text,Put,ImmutableBytesWritable>{@Overrideprotected void reduce(Text key, Iterable<Put> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {for (Put value : values) {context.write(null,value);}}}@Overridepublic int run(String[] args) throws Exception {Job job = Job.getInstance(super.getConf(), "hbaseMr");job.setJarByClass(this.getClass());Scan scan = new Scan();scan.setCaching(500);scan.setCacheBlocks(false);//使用TableMapReduceUtil 工具类来初始化我们的mapperTableMapReduceUtil.initTableMapperJob(TableName.valueOf("myuser"),scan,HBaseMapper.class,Text.class,Put.class,job);//使用TableMapReduceUtil 工具类来初始化我们的reducerTableMapReduceUtil.initTableReducerJob("myuser2",HBaseReducer.class,job);job.setNumReduceTasks(1);boolean b = job.waitForCompletion(true);return b?0:1;}public static void main(String[] args) throws Exception {//创建HBaseConfiguration配置Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();int run = ToolRunner.run(configuration, new HBaseMR(), args);System.exit(run);}}

第三步：打包运行

将我们打好的 jar 包放到服务器上执行：

yarn jar hbaseStudy-1.0-SNAPSHOT.jar cn.yuan_more.hbasemr.HBaseMR

需求二：读取 HDFS 文件，写入到 HBase 表当中去

第一步：准备数据文件

准备数据文件，并将数据文件上传到 HDFS 上面去。

第二步：开发 MR 程序

public class Hdfs2Hbase extends Configured implements Tool{@Overridepublic int run(String[] args) throws Exception {Job job = Job.getInstance(super.getConf(), "hdfs2Hbase");job.setJarByClass(Hdfs2Hbase.class);job.setInputFormatClass(TextInputFormat.class);TextInputFormat.addInputPath(job,new Path("hdfs://node01:8020/hbase/input"));job.setMapperClass(HdfsMapper.class);job.setMapOutputKeyClass(Text.class);job.setMapOutputValueClass(NullWritable.class);TableMapReduceUtil.initTableReducerJob("myuser2",HBaseReducer.class,job);job.setNumReduceTasks(1);boolean b = job.waitForCompletion(true);return b?0:1;}public static void main(String[] args) throws Exception {Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();int run = ToolRunner.run(configuration, new Hdfs2Hbase(), args);System.exit(run);}public static class HdfsMapper extends Mapper<LongWritable,Text,Text,NullWritable>{@Overrideprotected void map(LongWritable key, Text value, Context context) throws IOException, InterruptedException {context.write(value,NullWritable.get());}}public static class HBaseReducer extends TableReducer<Text,NullWritable,ImmutableBytesWritable>{@Overrideprotected void reduce(Text key, Iterable<NullWritable> values, Context context) throws IOException, InterruptedException {String[] split = key.toString().split("\t");Put put = new Put(Bytes.toBytes(split[0]));put.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(),split[1].getBytes());put.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(),Bytes.toBytes(Integer.parseInt(split[2])));context.write(new ImmutableBytesWritable(Bytes.toBytes(split[0])),put);}}}

需求四：通过 bulkload 的方式批量加载数据到 HBase 当中去

加载数据到 HBase 当中去的方式多种多样，我们可以使用 HBase 的 javaAPI 或者使用 sqoop 将我们的数据写入或者导入到 HBase 当中去，但是这些方式不是慢就是在导入的过程的占用 Region 资料导致效率低下，我们也可以通过 MR 的程序，将我们的数据直接转换成 HBase 的最终存储格式 HFile，然后直接 load 数据到 HBase 当中去即可。

HBase 中每张 Table 在根目录（/HBase）下用一个文件夹存储，Table 名为文件夹名，在 Table 文件夹下每个 Region 同样用一个文件夹存储，每个 Region 文件夹下的每个列族也用文件夹存储，而每个列族下存储的就是一些 HFile 文件，HFile 就是 HBase 数据在 HFDS 下存储格式，所以 HBase 存储文件最终在 hdfs 上面的表现形式就是 HFile，如果我们可以直接将数据转换为 HFile 的格式，那么我们的 HBase 就可以直接读取加载 HFile 格式的文件，就可以直接读取了。

优点：

导入过程不占用 Region 资源能快速导入海量的数据节省内存

第一步：定义 mapper 类

public class LoadMapper extends Mapper<LongWritable,Text,ImmutableBytesWritable,Put>{@Overrideprotected void map(LongWritable key, Text value, Mapper.Context context) throws IOException, InterruptedException {String[] split = value.toString().split("\t");Put put = new Put(Bytes.toBytes(split[0]));put.addColumn("f1".getBytes(),"name".getBytes(),split[1].getBytes());put.addColumn("f1".getBytes(),"age".getBytes(),Bytes.toBytes(Integer.parseInt(split[2])));context.write(new ImmutableBytesWritable(Bytes.toBytes(split[0])),put);}}

第二步：开发 main 程序入口类

public class HBaseLoad extends Configured implements Tool {@Overridepublic int run(String[] args) throws Exception {final String INPUT_PATH= "hdfs://node01:8020/hbase/input";final String OUTPUT_PATH= "hdfs://node01:8020/hbase/output_hfile";Configuration conf = HBaseConfiguration.create();Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(conf);Table table = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser2"));Job job= Job.getInstance(conf);job.setJarByClass(HBaseLoad.class);job.setMapperClass(LoadMapper.class);job.setMapOutputKeyClass(ImmutableBytesWritable.class);job.setMapOutputValueClass(Put.class);job.setOutputFormatClass(HFileOutputFormat2.class);HFileOutputFormat2.configureIncrementalLoad(job,table,connection.getRegionLocator(TableName.valueOf("myuser2")));FileInputFormat.addInputPath(job,new Path(INPUT_PATH));FileOutputFormat.setOutputPath(job,new Path(OUTPUT_PATH));boolean b = job.waitForCompletion(true);return b?0:1;}public static void main(String[] args) throws Exception {Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();int run = ToolRunner.run(configuration, new HBaseLoad(), args);System.exit(run);}}

第三步：将代码打成 jar 包然后运行

yarn jar original-hbaseStudy-1.0-SNAPSHOT.jar cn.yuan_more.hbasemr.HBaseLoad

第四步：开发代码，加载数据

将输出路径下面的 HFile 文件，加载到 hbase 表当中去

public class LoadData {public static void main(String[] args) throws Exception {Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.property.clientPort", "2181");configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", "node01,node02,node03");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Admin admin = connection.getAdmin();Table table = connection.getTable(TableName.valueOf("myuser2"));LoadIncrementalHFiles load = new LoadIncrementalHFiles(configuration);load.doBulkLoad(new Path("hdfs://node01:8020/hbase/output_hfile"), admin,table,connection.getRegionLocator(TableName.valueOf("myuser2")));}}

或者我们也可以通过命令行来进行加载数据。

先将 hbase 的 jar 包添加到 hadoop 的 classpath 路径下

export HADOOP_CLASSPATH=`${HBASE_HOME}/bin/hbase mapredcp`

然后执行以下命令，将 hbase 的 HFile 直接导入到表 myuser2 当中来

yarn jar /servers/hbase/lib/hbase-server-1.2.0.jar completebulkload /hbase/output_hfile myuser2

7.2 Hive整合HBase

Hive整合Hbase - 大数据技术派 - 博客园 ()

7.2.1 Hive和HBase的通信原理

Hive与HBase整合的实现是利用两者本身对外的API接口互相通信来完成的，这种相互通信是通过$HIVE_HOME/lib/hive-hbase-handler-{hive.version}.jar工具类实现的。通过HBaseStorageHandler，Hive可以获取到Hive表所对应的HBase表名，列簇和列，InputFormat、OutputFormat类，创建和删除HBase表等。Hive访问HBase中表数据，实质上是通过MapReduce读取HBase表数据，其实现是在MR中，使用HiveHBaseTableInputFormat完成对HBase表的切分，获取RecordReader对象来读取数据。对HBase表的切分原则是一个Region切分成一个Split,即表中有多少个Regions,MR中就有多少个Map；读取HBase表数据都是通过构建Scanner，对表进行全表扫描，如果有过滤条件，则转化为Filter。当过滤条件为rowkey时，则转化为对rowkey的过滤；Scanner通过RPC调用RegionServer的next()来获取数据；

7.3 Spark读取提升速度

hive关联hbase实际是底层是MR，速度较慢，此时可以使用spark读取hive表，进行查询操作，从而访问hbase数据。

八、HBase 的预分区

8.1 为何要预分区？

增加数据读写效率负载均衡，防止数据倾斜方便集群容灾调度 region优化 Map 数量

8.2 如何预分区？

每一个 region 维护着 startRow 与 endRowKey，如果加入的数据符合某个 region 维护的 rowKey 范围，则该数据交给这个 region 维护。

8.3 如何设定预分区？

8.3.1 手动指定预分区

hbase(main):001:0> create 'staff','info','partition1',SPLITS => ['1000','2000','3000','4000']

完成后如图：

8.3.2 使用 16 进制算法生成预分区

hbase(main):003:0> create 'staff2','info','partition2',{NUMREGIONS => 15, SPLITALGO => 'HexStringSplit'}

8.3.3 分区规则创建于文件中

创建 splits.txt 文件内容如下：

vim splits.txt

aaaabbbbccccdddd

然后执行：

hbase(main):004:0> create 'staff3','partition2',SPLITS_FILE => '/export/servers/splits.txt'

完成后如图：

8.3.4 使用 JavaAPI 创建预分区

代码如下：

@Testpublic void hbaseSplit() throws IOException {//获取连接Configuration configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", "node01:2181,node02:2181,node03:2181");Connection connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);Admin admin = connection.getAdmin();//自定义算法，产生一系列Hash散列值存储在二维数组中byte[][] splitKeys = {{1,2,3,4,5},{'a','b','c','d','e'}};//通过HTableDescriptor来实现我们表的参数设置，包括表名，列族等等HTableDescriptor hTableDescriptor = new HTableDescriptor(TableName.valueOf("stuff4"));//添加列族hTableDescriptor.addFamily(new HColumnDescriptor("f1"));//添加列族hTableDescriptor.addFamily(new HColumnDescriptor("f2"));admin.createTable(hTableDescriptor,splitKeys);admin.close();}

单独考虑预分区没有任何意义，需要结合下一小节RowKey的设计综合考虑。

九、HBase 的 rowKey 设计技巧

一条数据的唯一标识就是rowkey，那么这条数据存储于哪个分区，取决于rowkey处于哪个一个预分区的区间内，设计rowkey的主要目的 ，就是让数据均匀的分布于所有的region中，在一定程度上防止数据倾斜。

rowkey设计 + 预分区 的原则: 唯一性 散列性 长度。

HBase 是三维有序存储的，通过 rowkey（行键），column key（column family 和 qualifier）和 TimeStamp（时间戳）这个三个维度可以对 HBase 中的数据进行快速定位。

HBase 中 rowkey 可以唯一标识一行记录，在 HBase 查询的时候，有以下几种方式：

通过 get 方式，指定 rowkey 获取唯一一条记录；通过 scan 方式，设置 startRow 和 stopRow 参数进行范围匹配；全表扫描，即直接扫描整张表中所有行记录。

9.1 HBase表热点

9.1.1 什么是热点

检索habse的记录首先要通过row key来定位数据行。当大量的client访问hbase集群的一个或少数几个节点，造成少数region server的读/写请求过多、负载过大，而其他region server负载却很小，就造成了“热点”现象。

9.1.2 热点现象产生

HBase中的行是按照Rowkey的字典顺序排序的，这种设计优化了scan操作，可以将相关的行以及会被一起读取的行存取在临近位置，便于scan。

然而糟糕的Rowkey设计是热点的源头。 热点发生在大量的client直接访问集群的一个或极少数个节点（访问可能是读，写或者其他操作）。

大量访问会使热点region所在的单个机器超出自身承受能力，引起性能下降甚至region不可用，这也会影响同一个RegionServer上的其他region，由于主机无法服务其他region的请求，这样就造成 数据热点现象。 （这一点其实和数据倾斜类似）

所以我们在向HBase中插入数据的时候，应优化RowKey的设计，使数据被写入集群的多个region，而不是一个。尽量均衡地把记录分散到不同的Region中去，平衡每个Region的压力。

9.1.3 热点的解决方案

9.1.3.1 预分区

预分区的目的让表的数据可以均衡的分散在集群中，而不是默认只有一个region分布在集群的一个节点上。

默认情况下，在创建HBase表的时候会自动创建一个region分区。这个region的rowkey是没有边界的，即没有startkey和endkey，在数据写入时，所有数据都会写入这个默认的region，随着数据量的不断增加，此region已经不能承受不断增长的数据量，会进行split，分成2个region。

在此过程中，会产生两个问题：

数据往一个region上写,会有写热点问题。造成单机负载压力大，影响业务的正常读写。region split会消耗宝贵的集群I/O资源。

一种可以加快批量写入速度的方法是通过预先创建一些空的regions，这样当数据写入HBase时，会按照region分区情况，在集群内做数据的负载均衡。

示例：

# create table with specific split pointshbase>create 'table1','f1',SPLITS => ['\x10\x00', '\x20\x00', '\x30\x00','\x40\x00']# create table with four regions based on random bytes keyshbase>create 'table2','f1', {NUMREGIONS => 8 , SPLITALGO => 'UniformSplit' }# create table with five regions based on hex keyshbase>create 'table3','f1', {NUMREGIONS => 10, SPLITALGO => 'HexStringSplit' }

9.1.3.2 加盐

这里所说的加盐不是密码学中的加盐，而是在rowkey的前面增加随机数，具体就是给rowkey分配一个随机前缀以使得它和之前的rowkey的开头不同

9.1.3.3 哈希

哈希会使同一行永远用一个前缀加盐。哈希也可以使负载分散到整个集群，但是读却是可以预测的。使用确定的哈希可以让客户端重构完整的rowkey，可以使用get操作准确获取某一个行数据。

rowkey=MD5(username).subString(0,10)+时间戳

9.1.3.4 反转

反转固定长度或者数字格式的rowkey。这样可以使得rowkey中经常改变的部分（最没有意义的部分）放在前面。这样可以有效的随机rowkey，但是牺牲了rowkey的有序性。

电信公司：移动-----------> 136xxxx9301 ----->1039xxxx631136xxxx1234 136xxxx2341 电信联通user表rowkey name age sex addresslisi1 21mbeijinglisi2 22mbeijinglisi3 25mbeijinglisi4 30mbeijinglisi5 40fshanghailisi6 50ftianjin需求：后期想经常按照居住地和年龄进行查询？rowkey= address+age+随机数beijing21+随机数beijing22+随机数beijing25+随机数beijing30+随机数rowkey= address+age+随机数

9.1.3.5 时间戳反转

一个常见的数据处理问题是快速获取数据的最近版本，使用反转的时间戳作为rowkey的一部分对这个问题十分有用，可以用 Long.Max_Value - timestamp 追加到key的末尾，例如 [key] [reverse_timestamp] , [key] 的最新值可以通过scan [key]获得[key]的第一条记录，因为HBase中rowkey是有序的，第一条记录是最后录入的数据。比如需要保存一个用户的操作记录，按照操作时间倒序排序，在设计rowkey的时候，可以这样设计。

[userId反转] [Long.Max_Value - timestamp]，在查询用户的所有操作记录数据的时候，直接指定反转后的userId，startRow是[userId反转] [000000000000],stopRow是[userId反转] [Long.Max_Value -timestamp]

如果需要查询某段时间的操作记录，startRow是[user反转] [Long.Max_Value - 起始时间]，stopRow是[userId反转] [Long.Max_Value - 结束时间] [Long.Max_Value - 结束时间]。

电话号码，身份证，纯数字的类型，都可以使用这个方式。

9.2 RowKey概念

HBase中RowKey可以唯一标识一行记录，在HBase查询的时候有以下几种方式：

1.通过get方式，指定RowKey获取唯一一条记录

2.通过scan方式，设置startRow和stopRow参数进行范围匹配

3.全表扫描，即直接扫描整张表中所有行记录

从字面意思来看，RowKey就是行键的意思，在曾删改查的过程中充当了主键的作用。它可以是 任意字符串，在HBase内部RowKey保存为字节数组。

HBase中的数据是按照Rowkey的ASCII字典顺序进行全局排序的，有伙伴可能对ASCII字典序印象不够深刻，下面举例说明：

假如有5个Rowkey：“012”, “0”, “123”, “234”, “3”，按ASCII字典排序后的结果为：“0”, “012”,“123”, “234”, “3”。

因此我们设计RowKey时，需要充分利用排序存储这个特性，将经常一起读取的行存储放到一起，要避免做全表扫描，因为效率特别低。

9.2.1 RowKey在查询中的作用

HBase中RowKey可以唯一标识一行记录，在HBase中检索数据有以下三种方式：

通过 get 方式，指定 RowKey 获取唯一一条记录

通过 scan 方式，设置 startRow 和 stopRow 参数进行范围匹配

全表扫描，即直接扫描整张表中所有行记录

9.2.2 RowKey设计技巧

9.2.2.1 越高频的查询字段排列越靠左

下面根据一个例子分别介绍下根据RowKey进行查询的时候支持的情况。

如果我们RowKey设计为uid+phone+name，那么这种设计可以很好的支持一下的场景:

uid= 873969725 AND phone=18900000000 AND name=zhangsanuid= 873969725 AND phone=18900000000uid= 873969725 AND phone=189?uid= 873969725

难以支持的场景：

phone=18900000000 AND name = zhangsanphone=18900000000 name=zhangsan

从上面的例子中可以看出，在进行查询的时候，根据RowKey从前向后匹配，所以我们在设计RowKey的时候选择好字段之后，还应该结合我们的实际的高频的查询场景来组合选择的字段，越高频的查询字段排列越靠左。

9.3 Rowkey 设计

HBase-3rowkey的设计 - hanease - 博客园 ()

9.3.1 rowkey长度原则

rowkey是一个二进制码流，可以是任意字符串，最大长度64kb，实际应用中一般为10-100bytes，以byte[]形式保存，一般设计成定长，建议越短越好，不要超过16个字节。

建议尽可能短；但是也不能太短，否则rowkey前缀重复的概率增大

设计过长会降低memstore内存的利用率和HFile存储数据的效率。

在HBase的底层存储HFile中，RowKey是KeyValue结构中的一个域。假设RowKey长度100B，那么1000万条数据中，光RowKey就占用掉 100*1000w=10亿个字节 将近1G空间，这样会极大影响HFile的存储效率。

我们目前使用的服务器操作系统都是64位系统，内存是按照8B对齐的，因此设计RowKey时一般做成8B的整数倍，如16B或者24B，可以提高寻址效率。

同样地，列族、列名的命名在保证可读的情况下也应尽量短。value永远和它的key一起传输的。当具体的值在系统间传输时，它的RowKey，列名，时间戳也会一起传输（因此实际上列族命名几乎都用一个字母，比如‘c’或‘f’）。如果你的RowKey和列名和值相比较很大，那么你将会遇到一些有趣的问题。Hfile中的索引最终占据了HBase分配的大量内存。

9.3.2 rowkey散列原则

建议将rowkey的高位作为散列字段，这样将提高数据均衡分布在每个RegionServer，以实现负载均衡的几率。如果没有散列字段，首字段直接是时间信息。所有的数据都会集中在一个RegionServer上，这样在数据检索的时候负载会集中在个别的RegionServer上，造成热点问题，会降低查询效率。

比如设计RowKey的时候，当Rowkey 是按时间戳的方式递增，就不要将时间放在二进制码的前面，可以将 Rowkey 的高位作为散列字段，由程序循环生成，可以在低位放时间字段，这样就可以提高数据均衡分布在每个Regionserver实现负载均衡的几率。

结合前面分析的热点现象的起因思考： 如果没有散列字段，首字段只有时间信息，那就会出现所有新数据都在一个RegionServer上堆积的热点现象，这样在做数据检索的时候负载将会集中在个别RegionServer上，降低查询效率。

9.3.3 rowkey唯一原则

必须在设计上保证其唯一性，rowkey是按照字典顺序排序存储的因此，设计rowkey的时候，要充分利用这个排序的特点，可以将经常读取的数据存储到一块，将最近可能会被访问的数据放到一块

需要注意：由于HBase中数据存储的格式是Key-Value对格式，所以如果向HBase中同一张表插入相同RowKey的数据，则原先存在的数据会被新的数据给覆盖掉（和HashMap效果相同）。

9.3.4 排序原则

RowKey是按照字典顺序排序存储的，因此，设计RowKey的时候，要充分利用这个排序的特点，将经常读取的数据存储到一块，将最近可能会被访问的数据放到一块。

一个常见的数据处理问题是快速获取数据的最近版本，使用反转的时间戳作为RowKey的一部分对这个问题十分有用，可以用 Long.Max_Value-timestamp追加到key的末尾。

例如 [key] [reverse_timestamp] , [key]的最新值可以通过scan [key]获得[key]的第一条记录，因为HBase中RowKey是有序的，第一条记录是最后录入的数据。

9.4 表设计

9.4.1 列簇设计

追求的原则是：在合理范围内能尽量少的减少列簇就尽量减少列簇。

最优设计是：将所有相关性很强的key-value都放在同一个列簇下，这样既能做到查询效率最高，也能保持尽可能少的访问不同的磁盘文件

以用户信息为例，可以将必须的基本信息存放在一个列族，而一些附加的额外信息可以放在另一列族hbase的列簇越少越好！尽量就是1个

9.5 问题考虑

问题一：Rowkey是唯一的吗？

相同的Rowkey在HBase中认为是同一条数据的多个版本，查询时默认返回最新版本的数据，所以通常Rowkey都需要保证唯一，除非用到多版本特性。

最佳设计示例：Rowkey相当于数据库的主键。Rowkey表示一条记录。Rowkey可以是一个字段也可以是多个字段接起来。Rowkey为[userid]表示每个用户只有一条记录， Rowkey为[userid] [orderid]表示每个用户有多条记录。

问题二：满足哪种查询场景？

Rowkey的设计限制了数据的查询方式，HBase有两种查询方式。

根据完整的Rowkey查询（get方式），例如

SELECT * FROM table WHERE Rowkey = ‘abcde’

说明 get方式需要知道完整的Rowkey，即组成Rowkey所有字段的值都是确定的。

根据Rowkey的范围查询（scan方式），例如

SELECT * FROM table WHERE ‘abc’ < Rowkey <’abcx’

说明 scan方式需要知道Rowkey左边的值，例如您使用英文字典查询pre开头的所有单词，也可以查询prefi开头的所有单词，不能查询中间或结尾为prefi的单词。

最佳设计示例：在有限的查询方式下如何实现复杂查询？以下方法可以帮您实现。

再新建一张表作为索引表。

使用Filter在服务端过滤不需要的数据。

使用二级索引。

使用反向scan方法实现倒序（将新数据排在前面），

scan.setReverse(true)

说明 反向scan的性能比正常scan性能差，如果大部分是倒序场景可以体现在Rowkey设计上，例如[hostname][log-event][timestamp] => [hostname][log-event][Long.MAX_VALUE – timestamp]。

问题三：数据足够分散，会存在堆积的热点现象吗？

散列的目的是将数据分散到不同的分区，不至于产生热点使某一台服务器终止，其他服务器空闲，充分发挥分布式和并发的优势。

最佳设计示例：

设计md5散列算法：[userId][orderid] => [md5(userid).subStr(0,4)][userId][orderid]。设计反转：[userId][orderid] => [reverse(userid)][orderid]。设计取模：[timestamp][hostname][log-event] => [bucket][timestamp][hostname][log-event]; long bucket = timestamp % numBuckets。增加随机数：[userId][orderid] => [userId][orderid][random(100)]。

问题四：Rowkey可以再短点吗？

短的Rowkey可以减少数据量，提高数据查询和数据写入效率。

最佳设计示例：

使用Long或Int代替String，例如'122410' => Long(122410)。使用编码代替名称，例如’淘宝‘ => tb。

问题五：使用scan方式会查询出不需要的数据吗？

会的。场景举例：table1的Rowkey为column1+ column2+ column3，如果您需要查询column1= host1的所有数据，使用scan 'table1',{startkey=> 'host1',endkey=> 'host2'}语句。如果有一条记录为column1=host12，那么此记录也会查询出来。

最佳设计示例：

设计字段定长，[column1][column2] => [rpad(column1,'x',20)][column2]。添加分隔符，[column1][column2] => [column1][_][column2]。

9.6 常见设计实例

日志类、时间序列数据。列举出三个场景设计Rowkey。 查询某台机器某个指标某段时间内的数据，Rowkey设计为[hostname][log-event][timestamp]。查询某台机器某个指标最新的几条数据，Rowkey设计为timestamp = Long.MAX_VALUE – timestamp; [hostname][log-event][timestamp]。查询的数据存在只有时间一个维度或某一个维度数据量巨大的情况，Rowkey设计为long bucket = timestamp % numBuckets; [bucket][timestamp][hostname][log-event]。 交易类数据。列举出四个场景设计Rowkey。 查询某个卖家某段时间内的交易记录，Rowkey设计为[seller id][timestmap][order number]。查询某个买家某段时间内的交易记录，Rowkey设计为[buyer id][timestmap][order number]。根据订单号查询，Rowkey设计为[order number]。查询中同时满足三张表，一张买家维度表Rowkey设计为[buyer id][timestmap][order number]。一张卖家维度表Rowkey设计为[seller id][timestmap][order number]。一张订单索引表Rowkey设计为[order number]。

十、HBase 的协处理器

/book.html#cp

10.1 起源

Hbase 作为列族数据库最经常被人诟病的特性包括：无法轻易建立“二级索引”，难以执行求和、计数、排序等操作。

比如，在旧版本的(<0.92)Hbase 中，统计数据表的总行数，需要使用 Counter 方法，执行一次 MapReduce Job 才能得到。

虽然 HBase 在数据存储层中集成了 MapReduce，能够有效用于数据表的分布式计算。然而在很多情况下，做一些简单的相加或者聚合计算的时候， 如果直接将计算过程放置在 server 端，能够减少通讯开销，从而获得很好的性能提升。于是， HBase 在 0.92 之后引入了协处理器(coprocessors)，实现一些激动人心的新特性：能够轻易建立二次索引、复杂过滤器(谓词下推)以及访问控制等。

10.2 协处理器有两种：observer 和 endpoint

10.2.1 observer 协处理器

Observer 类似于传统数据库中的触发器，当发生某些事件的时候这类协处理器会被 Server 端调用。

Observer Coprocessor 就是一些散布在 HBase Server 端代码中的 hook 钩子，在固定的事件发生时被调用。

比如：put 操作之前有钩子函数 prePut，该函数在 put 操作执行前会被 Region Server 调用；在 put 操作之后则有 postPut 钩子函数。

以 HBase0.92 版本为例，它提供了三种观察者接口：

RegionObserver：提供客户端的数据操纵事件钩子：Get、 Put、 Delete、 Scan 等。WALObserver：提供 WAL 相关操作钩子。MasterObserver：提供 DDL-类型的操作钩子。如创建、删除、修改数据表等。

到 0.96 版本又新增一个 RegionServerObserver

下图是以 RegionObserver 为例子讲解 Observer 这种协处理器的原理：

10.2.2 endpoint 协处理器

Endpoint 协处理器类似传统数据库中的存储过程，客户端可以调用这些 Endpoint 协处理器执行一段 Server 端代码，并将 Server 端代码的结果返回给客户端进一步处理，最常见的用法就是进行聚集操作。

如果没有协处理器，当用户需要找出一张表中的最大数据，即 max 聚合操作，就必须进行全表扫描，在客户端代码内遍历扫描结果，并执行求最大值的操作。这样的方法无法利用底层集群的并发能力，而将所有计算都集中到 Client 端统一执行，势必效率低下。

利用 Coprocessor，用户可以将求最大值的代码部署到 HBase Server 端，HBase 将利用底层 cluster 的多个节点并发执行求最大值的操作。即在每个 Region 范围内 执行求最大值的代码，将每个 Region 的最大值在 Region Server 端计算出，仅仅将该 max 值返回给客户端。在客户端进一步将多个 Region 的最大值进一步处理而找到其中的最大值。这样整体的执行效率就会提高很多。

下图是 EndPoint 的工作原理：

10.3 协处理器加载方式

协处理器的加载方式有两种，我们称之为静态加载方式（ Static Load）和动态加载方式（ Dynamic Load）。

静态加载的协处理器称之为 System Coprocessor

动态加载的协处理器称之为 Table Coprocessor。

10.3.1 静态加载

通过修改 hbase-site.xml 这个文件来实现， 启动全局 aggregation，能过操纵所有的表上的数据。只需要添加如下代码：

<property><name>hbase.coprocessor.user.region.classes</name><value>org.apache.hadoop.hbase.coprocessor.AggregateImplementation</value></property>

10.3.2 动态加载

启用表 aggregation，只对特定的表生效。通过 HBase Shell 来实现。

disable 指定表

hbase> disable 'mytable'

添加 aggregation

hbase> alter 'mytable', METHOD => 'table_att','coprocessor'=>'|org.apache.Hadoop.hbase.coprocessor.AggregateImplementation||'

重启指定表

hbase> enable 'mytable'

协处理器卸载

disable 'mytable'alter 'mytable', METHOD => 'table_att_unset',NAME=>'coprocessor$1'enable 'test'

十一、HBase当中的二级索引的简要介绍

由于HBase的查询比较弱，如果需要实现类似于select name,salary,count(1),max(salary) from user group by name,salary order by salary等这样的复杂性的统计需求，基本上不可能，或者说比较困难，所以我们在使用HBase的时候，一般都会借助二级索引的方案来进行实现。

HBase的一级索引就是rowkey，我们只能通过rowkey进行检索。如果我们相对hbase里面列族的列列进行一些组合查询，就需要采用HBase的二级索引方案来进行多条件的查询。

MapReduce方案ITHBASE（Indexed-Transanctional HBase）方案IHBASE（Index HBase）方案Hbase Coprocessor(协处理器)方案Solr+hbase方案CCIndex（complementalclustering index）方案

常见的二级索引我们一般可以借助各种其他的方式来实现，例如Phoenix或者solr或者ES等。

十二、HBase 调优

HBase优化 | HBase写吞吐场景资源消耗量化分析及优化-睿象云平台 ()万字长文详解HBase读写性能优化_51CTO博客_hbase 读写性能HBase设计的实践经验

12.1 通用优化

NameNode的元数据备份使用SSD。定时备份NameNode上的元数据，每小时或者每天备份，如果数据极其重要，可以5~10分钟备份一次。备份可以通过定时任务复制元数据目录即可。为NameNode指定多个元数据目录，使用dfs.name.dir或者dfs.namenode.name.dir指定。一个指定本地磁盘，一个指定网络磁盘。这样可以提供元数据的冗余和健壮性，以免发生故障。设置dfs.namenode.name.dir.restore为true，允许尝试恢复之前失败的dfs.namenode.name.dir目录，在创建checkpoint时做此尝试，如果设置了多个磁盘，建议允许。NameNode节点必须配置为RAID1（镜像盘）结构。保持NameNode日志目录有足够的空间，这些日志有助于帮助你发现问题。因为Hadoop是IO密集型框架，所以尽量提升存储的速度和吞吐量（类似位宽）。

12.2 Linux优化

开启文件系统的预读缓存可以提高读取速度

$ sudo blockdev --setra 32768 /dev/sda

提示：ra是readahead的缩写

关闭进程睡眠池

$ sudo sysctl -w vm.swappiness=0

调整ulimit上限，默认值为比较小的数字

$ ulimit -n 查看允许最大进程数$ ulimit -u 查看允许打开最大文件数

修改：

$ sudo vi /etc/security/limits.conf 修改打开文件数限制

末尾添加：

*soft nofile1024000*hard nofile1024000Hive - nofile1024000hive - nproc 1024000

$ sudo vi /etc/security/limits.d/20-nproc.conf 修改用户打开进程数限制

修改为：

#*soft nproc4096#root soft nprocunlimited*soft nproc40960root soft nprocunlimited

开启集群的时间同步NTP。更新系统补丁（提示：更新补丁前，请先测试新版本补丁对集群节点的兼容性）

12.3 HDFS优化（hdfs-site.xml）

保证RPC调用会有较多的线程数

属性：dfs.namenode.handler.count

解释：该属性是NameNode服务默认线程数，的默认值是10，根据机器的可用内存可以调整为50~100

属性：dfs.datanode.handler.count

解释：该属性默认值为10，是DataNode的处理线程数，如果HDFS客户端程序读写请求比较多，可以调高到1520，设置的值越大，内存消耗越多，不要调整的过高，一般业务中，510即可。

副本数的调整

属性：dfs.replication

解释：如果数据量巨大，且不是非常之重要，可以调整为23，如果数据非常之重要，可以调整为35。

文件块大小的调整

属性：dfs.blocksize

解释：块大小定义，该属性应该根据存储的大量的单个文件大小来设置，如果大量的单个文件都小于100M，建议设置成64M块大小，对于大于100M或者达到GB的这种情况，建议设置成256M，一般设置范围波动在64M~256M之间。

12.4 MapReduce优化（mapred-site.xml）

Job任务服务线程数调整

mapreduce.jobtracker.handler.count

该属性是Job任务线程数，默认值是10，根据机器的可用内存可以调整为50~100

Http服务器工作线程数

属性：mapreduce.tasktracker.http.threads

解释：定义HTTP服务器工作线程数，默认值为40，对于大集群可以调整到80~100

文件排序合并优化

属性：mapreduce.task.io.sort.factor

解释：文件排序时同时合并的数据流的数量，这也定义了同时打开文件的个数，默认值为10，如果调高该参数，可以明显减少磁盘IO，即减少文件读取的次数。

设置任务并发

属性：mapreduce.map.speculative

解释：该属性可以设置任务是否可以并发执行，如果任务多而小，该属性设置为true可以明显加快任务执行效率，但是对于延迟非常高的任务，建议改为false，这就类似于迅雷下载。

MR输出数据的压缩

属性：mapreduce.press、mapreduce.press

解释：对于大集群而言，建议设置Map-Reduce的输出为压缩的数据，而对于小集群，则不需要。

优化Mapper和Reducer的个数

属性：

mapreduce.tasktracker.map.tasks.maximummapreduce.tasktracker.reduce.tasks.maximum

解释：以上两个属性分别为一个单独的Job任务可以同时运行的Map和Reduce的数量。

设置上面两个参数时，需要考虑CPU核数、磁盘和内存容量。假设一个8核的CPU，业务内容非常消耗CPU，那么可以设置map数量为4，如果该业务不是特别消耗CPU类型的，那么可以设置map数量为40，reduce数量为20。这些参数的值修改完成之后，一定要观察是否有较长等待的任务，如果有的话，可以减少数量以加快任务执行，如果设置一个很大的值，会引起大量的上下文切换，以及内存与磁盘之间的数据交换，这里没有标准的配置数值，需要根据业务和硬件配置以及经验来做出选择。

在同一时刻，不要同时运行太多的MapReduce，这样会消耗过多的内存，任务会执行的非常缓慢，我们需要根据CPU核数，内存容量设置一个MR任务并发的最大值，使固定数据量的任务完全加载到内存中，避免频繁的内存和磁盘数据交换，从而降低磁盘IO，提高性能。

大概估算公式：map = 2 + 2/3cpu_corereduce = 2 + 1/3cpu_core

12.5 HBase优化

在HDFS的文件中追加内容

HDFS 不是不允许追加内容么？

属性：dfs.support.append

文件：hdfs-site.xml、hbase-site.xml

解释：开启HDFS追加同步，可以优秀的配合HBase的数据同步和持久化。默认值为true。

优化DataNode允许的最大文件打开数

属性：dfs.datanode.max.transfer.threads

文件：hdfs-site.xml

解释：HBase一般都会同一时间操作大量的文件，根据集群的数量和规模以及数据动作，设置为4096或者更高。默认值：4096

优化延迟高的数据操作的等待时间

属性：dfs.image.transfer.timeout

文件：hdfs-site.xml

解释：如果对于某一次数据操作来讲，延迟非常高，socket需要等待更长的时间，建议把该值设置为更大的值（默认60000毫秒），以确保socket不会被timeout掉。

优化数据的写入效率

属性：

mapreduce.pressmapreduce.press.codec

文件：mapred-site.xml

解释：开启这两个数据可以大大提高文件的写入效率，减少写入时间。第一个属性值修改为true，第二个属性值修改为：org.apache.press.GzipCodec

优化DataNode存储

属性：dfs.datanode.failed.volumes.tolerated

文件：hdfs-site.xml

解释：默认为0，意思是当DataNode中有一个磁盘出现故障，则会认为该DataNode shutdown了。如果修改为1，则一个磁盘出现故障时，数据会被复制到其他正常的DataNode上，当前的DataNode继续工作。

设置RPC监听数量

属性：hbase.regionserver.handler.count

文件：hbase-site.xml

解释：默认值为30，用于指定RPC监听的数量，可以根据客户端的请求数进行调整，读写请求较多时，增加此值。

优化HStore文件大小

属性：hbase.hregion.max.filesize

文件：hbase-site.xml

解释：默认值10737418240（10GB），如果需要运行HBase的MR任务，可以减小此值，因为一个region对应一个map任务，如果单个region过大，会导致map任务执行时间过长。该值的意思就是，如果HFile的大小达到这个数值，则这个region会被切分为两个Hfile。

优化hbase客户端缓存

属性：hbase.client.write.buffer

文件：hbase-site.xml

解释：用于指定HBase客户端缓存，增大该值可以减少RPC调用次数，但是会消耗更多内存，反之则反之。一般我们需要设定一定的缓存大小，以达到减少RPC次数的目的。

指定scan.next扫描HBase所获取的行数

属性：hbase.client.scanner.caching

文件：hbase-site.xml

解释：用于指定scan.next方法获取的默认行数，值越大，消耗内存越大。

12.6 内存优化

HBase操作过程中需要大量的内存开销，毕竟Table是可以缓存在内存中的，一般会分配整个可用内存的70%给HBase的Java堆。但是不建议分配非常大的堆内存，因为GC过程持续太久会导致RegionServer处于长期不可用状态，一般16~48G内存就可以了，如果因为框架占用内存过高导致系统内存不足，框架一样会被系统服务拖死。

12.7 JVM优化

涉及文件：hbase-env.sh

并行GC

参数：·-XX:+UseParallelGC·

解释：开启并行GC

同时处理垃圾回收的线程数

参数：-XX:ParallelGCThreads=cpu_core – 1

解释：该属性设置了同时处理垃圾回收的线程数。

禁用手动GC

参数：-XX:DisableExplicitGC

解释：防止开发人员手动调用GC

12.8 Zookeeper优化

优化Zookeeper会话超时时间

参数：zookeeper.session.timeout

文件：hbase-site.xml

解释：In hbase-site.xml, set zookeeper.session.timeout to 30 seconds or less to bound failure detection (20-30 seconds is a good start)。

该值会直接关系到master发现服务器宕机的最大周期，默认值为30秒，如果该值过小，会在HBase在写入大量数据发生而GC时，导致RegionServer短暂的不可用，从而没有向ZK发送心跳包，最终导致认为从节点shutdown。一般20台左右的集群需要配置5台zookeeper。

12.9 基础优化

hbase-site.xml

（1）Zookeeper会话超时时间

属性：zookeeper.session.timeout解释：默认值为90000毫秒（90s）。当某个RegionServer挂掉，90s之后Master才能察觉到。可适当减小此值，以加快Master响应，可调整至60000毫秒。

（2）设置RPC监听数量

属性：hbase.regionserver.handler.count解释：默认值为30，用于指定RPC监听的数量，可以根据客户端的请求数进行调整，读写请求较多时，增加此值。

（3）手动控制Major Compaction

属性：hbase.hregion.majorcompaction解释：默认值：604800000秒（7天）， Major Compaction的周期，若关闭自动Major Compaction，可将其设为0

（4）优化HStore文件大小

属性：hbase.hregion.max.filesize解释：默认值10737418240（10GB），如果需要运行HBase的MR任务，可以减小此值，因为一个region对应一个map任务，如果单个region过大，会导致map任务执行时间过长。该值的意思就是，如果HFile的大小达到这个数值，则这个region会被切分为两个Hfile。

（5）优化HBase客户端缓存

属性：hbase.client.write.buffer解释：默认值2097152bytes（2M）用于指定HBase客户端缓存，增大该值可以减少RPC调用次数，但是会消耗更多内存，反之会消耗更小的内存。一般我们需要设定一定的缓存大小，以达到减少RPC次数的目的。

（6）指定scan.next扫描HBase所获取的行数

属性：hbase.client.scanner.caching解释：用于指定scan.next方法获取的默认行数，值越大，消耗内存越大。

（7）BlockCache占用RegionServer堆内存的比例

属性：hfile.block.cache.size解释：默认0.4，读请求比较多的情况下，可适当调大

（8）MemStore占用RegionServer堆内存的比例

属性：hbase.regionserver.global.memstore.size解释：默认0.4，写请求较多的情况下，可适当调大

十三、HBase 大厂面试题解析

13.1 Hbase是怎么写数据的？

Client写入 -> 存入MemStore，一直到MemStore满 -> Flush成一个StoreFile，直至增长到一定阈值 -> 触发Compact合并操作 -> 多个StoreFile合并成一个StoreFile，同时进行版本合并和数据删除 -> 当StoreFiles Compact后，逐步形成越来越大的StoreFile -> 单个StoreFile大小超过一定阈值后（默认10G），触发Split操作，把当前Region Split成2个Region，Region会下线，新Split出的2个孩子Region会被HMaster分配到相应的HRegionServer 上，使得原先1个Region的压力得以分流到2个Region上

由此过程可知，HBase只是增加数据，没有更新和删除操作，用户的更新和删除都是逻辑层面的，在物理层面，更新只是追加操作，删除只是标记操作。

用户写操作只需要进入到内存即可立即返回，从而保证I/O高性能。

13.2 HDFS和HBase各自使用场景

首先一点需要明白：Hbase是基于HDFS来存储的。

HDFS：

一次性写入，多次读取。保证数据的一致性。主要是可以部署在许多廉价机器中，通过多副本提高可靠性，提供了容错和恢复机制。

HBase：

瞬间写入量很大，数据库不好支撑或需要很高成本支撑的场景。数据需要长久保存，且量会持久增长到比较大的场景。HBase不适用与有 join，多级索引，表关系复杂的数据模型。大数据量（100s TB级数据）且有快速随机访问的需求。如：淘宝的交易历史记录。数据量巨大无容置疑，面向普通用户的请求必然要即时响应。业务场景简单，不需要关系数据库中很多特性（例如交叉列、交叉表，事务，连接等等）。

13.3 Hbase的存储结构

Hbase 中的每张表都通过行键(rowkey)按照一定的范围被分割成多个子表（HRegion），默认一个HRegion 超过256M 就要被分割成两个，由HRegionServer管理，管理哪些 HRegion 由 Hmaster 分配。HRegion 存取一个子表时，会创建一个 HRegion 对象，然后对表的每个列族（Column Family）创建一个 store 实例， 每个 store 都会有 0 个或多个 StoreFile 与之对应，每个 StoreFile 都会对应一个HFile，HFile 就是实际的存储文件，一个 HRegion 还拥有一个 MemStore实例。

13.4 热点现象（数据倾斜）怎么产生的，以及解决方法有哪些

热点现象：

某个小的时段内，对HBase的读写请求集中到极少数的Region上，导致这些region所在的RegionServer处理请求量骤增，负载量明显偏大，而其他的RgionServer明显空闲。

热点现象出现的原因：

HBase中的行是按照rowkey的字典顺序排序的，这种设计优化了scan操作，可以将相关的行以及会被一起读取的行存取在临近位置，便于scan。然而糟糕的rowkey设计是热点的源头。

热点发生在大量的client直接访问集群的一个或极少数个节点（访问可能是读，写或者其他操作）。大量访问会使热点region所在的单个机器超出自身承受能力，引起性能下降甚至region不可用，这也会影响同一个RegionServer上的其他region，由于主机无法服务其他region的请求。

热点现象解决办法：

为了避免写热点，设计rowkey使得不同行在同一个region，但是在更多数据情况下，数据应该被写入集群的多个region，而不是一个。常见的方法有以下这些：

加盐：在rowkey的前面增加随机数，使得它和之前的rowkey的开头不同。分配的前缀种类数量应该和你想使用数据分散到不同的region的数量一致。加盐之后的rowkey就会根据随机生成的前缀分散到各个region上，以避免热点。

哈希：哈希可以使负载分散到整个集群，但是读却是可以预测的。使用确定的哈希可以让客户端重构完整的rowkey，可以使用get操作准确获取某一个行数据

反转：第三种防止热点的方法时反转固定长度或者数字格式的rowkey。这样可以使得rowkey中经常改变的部分（最没有意义的部分）放在前面。这样可以有效的随机rowkey，但是牺牲了rowkey的有序性。反转rowkey的例子以手机号为rowkey，可以将手机号反转后的字符串作为rowkey，这样的就避免了以手机号那样比较固定开头导致热点问题

时间戳反转

：一个常见的数据处理问题是快速获取数据的最近版本，使用反转的时间戳作为rowkey的一部分对这个问题十分有用，可以用 Long.Max_Value - timestamp 追加到key的末尾，例如[key] [reverse_timestamp],[key]的最新值可以通过scan [key]获得[key]的第一条记录，因为HBase中rowkey是有序的，第一条记录是最后录入的数据。

比如需要保存一个用户的操作记录，按照操作时间倒序排序，在设计rowkey的时候，可以这样设计[userId反转] [Long.Max_Value - timestamp]，在查询用户的所有操作记录数据的时候，直接指定反转后的userId，startRow是[userId反转] [000000000000],stopRow是[userId反转] [Long.Max_Value - timestamp]如果需要查询某段时间的操作记录，startRow是[user反转] [Long.Max_Value - 起始时间]，stopRow是[userId反转] [Long.Max_Value - 结束时间]

HBase建表预分区：创建HBase表时，就预先根据可能的RowKey划分出多个region而不是默认的一个，从而可以将后续的读写操作负载均衡到不同的region上，避免热点现象。

13.5 HBase的 rowkey 设计原则

长度原则：100字节以内，8的倍数最好，可能的情况下越短越好。因为HFile是按照 keyvalue 存储的，过长的rowkey会影响存储效率；其次，过长的rowkey在memstore中较大，影响缓冲效果，降低检索效率。最后，操作系统大多为64位，8的倍数，充分利用操作系统的最佳性能。

散列原则：高位散列，低位时间字段。避免热点问题。

唯一原则：分利用这个排序的特点，将经常读取的数据存储到一块，将最近可能会被访问 的数据放到一块。

13.6 HBase的列簇设计

原则：在合理范围内能尽量少的减少列簇就尽量减少列簇，因为列簇是共享region的，每个列簇数据相差太大导致查询效率低下。

最优：将所有相关性很强的 key-value 都放在同一个列簇下，这样既能做到查询效率最高，也能保持尽可能少的访问不同的磁盘文件。以用户信息为例，可以将必须的基本信息存放在一个列族，而一些附加的额外信息可以放在另一列族。

13.7 HBase 中 compact 用途是什么，什么时候触发，分为哪两种，有什么区别

在 hbase 中每当有 memstore 数据 flush 到磁盘之后，就形成一个 storefile，当 storeFile的数量达到一定程度后，就需要将 storefile 文件来进行 compaction 操作。

Compact 的作用：

合并文件清除过期，多余版本的数据提高读写数据的效率 4 HBase 中实现了两种 compaction 的方式：minor and major. 这两种 compaction 方式的 区别是：Minor 操作只用来做部分文件的合并操作以及包括 minVersion=0 并且设置 ttl 的过 期版本清理，不做任何删除数据、多版本数据的清理工作。Major 操作是对 Region 下的 HStore 下的所有 StoreFile 执行合并操作，最终的结果 是整理合并出一个文件。