HBase 介绍

简介

1、HBase是Apache Hadoop的数据库，能够对大型数据提供随机、实时的读写访问，是Google的BigTable的开源实现。
2、HBase的目标是存储并处理大型的数据，更具体地说仅用普通的硬件配置，能够处理成千上万的行和列所组成的大型数据库。
3、HBase是一个开源的、分布式的、多版本的、面向列的存储模型。可以直接使用本地文件系统，也可使用Hadoop的HDFS文件存储系统。

为了提高数据的可靠性和系统的健壮性，并且发挥HBase处理大型数据的能力，还是使用HDFS作为文件存储系统更佳。
另外，HBase存储的是松散型数据，具体来说，HBase存储的数据介于映射（key/value）和关系型数据之间。如下图所示，HBase存储的数据从逻辑上看就是一张很大的表，并且它的数据列可以根据需要动态增加。每一个cell中的数据又可以有多个版本（通过时间戳来区别），从下图来看，HBase还具有 " 向下提供存储，向上提供运算 " 的特点。

HBase体系结构

HBase的服务器体系结构遵从简单的主从服务器架构，它由HRegion Server群和HBase Master服务器构成。
HBase Master负责管理所有的HRegion Server，而HBase中的所有RegionServer都是通过ZooKeeper来协调，并处理HBase服务器运行期间可能遇到的错误。
HBase Master Server本身并不存储HBase中的任何数据，HBase逻辑上的表可能会被划分成多个Region，然后存储到HRegion Server群中。HBase Master Server中存储的是从数据到HRegion Server的映射。因此HBase体系结构如下图所示：

1 Client
HBase Client 使用HBase的RPC机制与HMaster和HRegionServer进行通信：对于管理类操作，Client与HMaster进行RPC；对于数据读写类操作，Client与HRegionServer进行RPC；
2 Zookeeper
Zookeeper Quorum中除了存储了-ROOT-表的地址和HMaster的地址，HRegionServer也会把自己以Ephemeral方式注册到 Zookeeper中，使得HMaster可以随时感知到各个HRegionServer的健康状态。此外，Zookeeper也避免了HMaster的 单点问题；
3 HMaster
每台HRegionServer都会与HMaster进行通信，HMaster的主要任务就是要告诉每台HRegion Server它要维护哪些HRegion。
当一台新的HRegionServer登录到HMaster时，HMaster会告诉它等待分配数据。而当一台HRegion死机时，HMaster会把它负责的HRegion标记为未分配，然后再把它们分配到其他的HRegion Server中。
HBase已经解决了HMaster单点故障问题（SPFO），并且HBase中可以启动多个HMaster，那么它就能够通过Zookeeper来保证系统中总有一个Master在运行。HMaster在功能上主要负责Table和Region的管理工作，具体包括：

1、管理用户对Table表的增、删、改、查操作；
2、管理HRegion服务器的负载均衡，调整HRegion分布；
3、在HRegion分裂后，负责新HRegion的分配；
4、在HRegion服务器停机后，负责失效HRegion服务器上的HRegion迁移。

4 HRegion
当表的大小超过设置值得时候，HBase会自动地将表划分为不同的区域，每个区域包含所有行的一个子集。对用户来说，每个表是一堆数据的集合，靠主键来区分。从物理上来说，一张表被拆分成了多块，每一块就是一个HRegion。我们用表名+开始/结束主键来区分每一个HRegion，一个HRegion会保存一个表里面某段连续的数据，从开始主键到结束主键，一张完整的表格是保存在多个HRegion上面。

• 管理用户对Table的增删改查操作
• 管理HRegionServer的负载均衡，调整Region分布
• 在Region Split后，负责新Region的分配
• 在HRegionServer停机后，负责失效HRegionServer上的Region迁移

5 HRegionServer
HRegionServer主要负责响应用户I/O请求，向HDFS文件系统中读写数据，是HBase中最核心的模块。

HRegionServer内部管理了一系列HRegion对象，每个HRegion对应了Table中的一个 Region，HRegion中由多个HStore组成。每个HStore对应了Table中的一个Column Family的存储，可以看出每个Column Family其实就是一个集中的存储单元，因此最好将具备共同IO特性的column放在一个Column Family中，这样最高效。
HStore存储是HBase存储的核心，其中由两部分组成，一部分是MemStore，一部分是StoreFiles。 MemStore是Sorted Memory Buffer，用户写入的数据首先会放入MemStore，当MemStore满了以后会Flush成一个StoreFile(底层实现是HFile)， 当StoreFile文件数量增长到一定阈值，会触发Compact合并操作，将多个StoreFiles合并成一个StoreFile，合并过程中会进行版本合并和数据删除，因此可以看出HBase其实只有增加数据，所有的更新和删除操作都是在后续的compact过程中进行的，这使得用户的写操作只要 进入内存中就可以立即返回，保证了HBase I/O的高性能。当StoreFiles Compact后，会逐步形成越来越大的StoreFile，当单个StoreFile大小超过一定阈值后，会触发Split操作，同时把当前 Region Split成2个Region，父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。

下图描述了Compaction和Split的过程：

理解上述HStore的基本原理之后，必须了解一下HLog的功能，因为上述的HStore在系统正常工作的前提下是没有问题的，但是在分布式系统环境中，无法避免系统出错或者宕机，一次一旦HRegion Server意外退出，MemStore中的内存数据将会丢失，这就需要引入HLog了。每一个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文件定期会滚动出新的，并删除旧的文件，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LoadRegion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