HBase是一種Hadoop數(shù)據(jù)庫，經(jīng)常被描述為一種稀疏的，分布式的，持久化的，多維有序映射，它基于行鍵、列鍵和時間戳建立索引，是一個可以隨機訪問的存儲和檢索數(shù)據(jù)的平臺。HBase不限制存儲的數(shù)據(jù)的種類，允許動態(tài)的、靈活的數(shù)據(jù)模型，不用SQL語言，也不強調(diào)數(shù)據(jù)之間的關系。HBase被設計成在一個服務器集群上運行，可以相應地橫向擴展。

HBase使用場景和成功案例

互聯(lián)網(wǎng)搜索問題：爬蟲收集網(wǎng)頁，存儲到BigTable里，MapReduce計算作業(yè)掃描全表生成搜索索引，從BigTable中查詢搜索結果，展示給用戶。

抓取增量數(shù)據(jù)：例如，抓取監(jiān)控指標，抓取用戶交互數(shù)據(jù)，遙測技術，定向投放廣告等

內(nèi)容服務

信息交互

入門

1、API

和數(shù)據(jù)操作有關的HBase API有5個，分別是 Get（讀），Put（寫），Delete（刪），Scan（掃描）和Increment（列值遞增）

2、操作表

首先要創(chuàng)建一個configuration對象

Configuration conf = HBaseConfiguration.create（）;

使用eclipse時的話還必須將配置文件添加進來。

conf.addResource（new Path（“E：\\share\\hbase-site.xml”））;

conf.addResource（new Path（“E：\\share\\core-site.xml”））;

conf.addResource（new Path（“E：\\share\\hdfs-site.xml”））;

使用連接池創(chuàng)建一張表。

HTablePool pool = new HTablePool（conf，1）;

HTableInterface usersTable = pool.getTable（“users”）;

3、寫操作

用來存儲數(shù)據(jù)的命令是put，往表里存儲數(shù)據(jù)，需要創(chuàng)建Put實例。并制定要加入的行

Put put = new Put（byte［］ row） ;

Put的add方法用來添加數(shù)據(jù)，分別設定列族，限定符以及單元格的指

put.add（byte［］ family ， byte［］ qualifier ， byte［］ value） ;

最后提交命令給表

usersTable.put（put）;

usersTable.close（）;

修改數(shù)據(jù)，只需重新提交一次最新的數(shù)據(jù)即可。

HBase寫操作的工作機制：

HBase每次執(zhí)行寫操作都會寫入兩個地方：預寫式日志（write-ahead log，也稱HLog）和MemStore（寫入緩沖區(qū)），以保證數(shù)據(jù)持久化，只有當這兩個地方的變化信息都寫入并確認后，才認為寫動作完成。MemStore是內(nèi)存里的寫入緩沖區(qū)，HBase中數(shù)據(jù)在永久寫入硬盤之前在這里累積，當MemStore填滿后，其中的數(shù)據(jù)會刷寫到硬盤，生成一個HFile。

4、讀操作

創(chuàng)建一個Get命令實例，包含要查詢的行

Get get = new Get（byte［］ row） ;

執(zhí)行addColumn（）或addFamily（）可以設置限制條件。

將get實例提交到表會返回一個包含數(shù)據(jù)的Result實例，實例中包含行中所有列族的所有列。

Result r = usersTable.get（get） ;

可以對result實例檢索特定的值

byte［］ b = r.getValue（byte［］ family ， byte［］ qualifier） ;

工作機制：

BlockCache用來保存從HFile中讀入內(nèi)存的頻繁訪問的數(shù)據(jù)，避免硬盤讀，每個列族都有自己的BlockCache。從HBase中讀出一行，首先會檢查MemStore等待修改的隊列，然后檢查BlockCache看包含該行的Block是否最近被訪問過，最后訪問硬盤上的對應HFile。

5、刪除操作

創(chuàng)建一個Delete實例，指定要刪除的行。

Delete delete = new Delete（byte［］ row） ;

可以通過deleteFamily（）和deleteColumn（）方法指定刪除行的一部分。

6表掃描操作

Scan scan = new Scan（） 可以指定起始行和結束行。

setStartRow（） ， setStopRow（） ， setFilter（）方法可以用來限制返回的數(shù)據(jù)。

addColumn（）和addFamily（）方法還可以指定列和列族。

HBase模式的數(shù)據(jù)模型包括：

表：HBase用表來組織數(shù)據(jù)。

行：在表里，數(shù)據(jù)按行存儲，行由行鍵唯一標識。行鍵沒有數(shù)據(jù)類型，為字節(jié)數(shù)組byte［］。

列族：行里的數(shù)據(jù)按照列族分組，列族必須事先定義并且不輕易修改。表中每行擁有相同的列族。

列限定符：列族里的數(shù)據(jù)通過列限定符或列來定位，列限定符不必事先定義。

單元：存儲在單元里的數(shù)據(jù)稱為單元值，值是字節(jié)數(shù)組。單元由行鍵，列族或列限定符一起確定。

時間版本：單元值有時間版本，是一個long類型。

一個HBase數(shù)據(jù)坐標的例子：

HBase可以看做是一個鍵值數(shù)據(jù)庫。HBase的設計是面向半結構化數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)記錄可能包含不一致的列，不確定大小等。

三、分布式的HBase、HDFS和MapReduce

1、分布式模式的HBase

HBase將表會切分成小的數(shù)據(jù)單位叫region，分配到多臺服務器。托管region的服務器叫做RegionServer。一般情況下，RgionServer和HDFS DataNode并列配置在同一物理硬件上，RegionServer本質上是HDFS客戶端，在上面存儲訪問數(shù)據(jù)，HMaster分配region給RegionServer，每個RegionServer托管多個region。

HBase中的兩個特殊的表，-ROOT-和.META.，用來查找各種表的region位置在哪。-ROOT-指向.META.表的region，.META.表指向托管待查找的region的RegionServer。

一次客戶端查找過程的3層分布式B+樹如下圖：

HBase頂層結構圖：

zookeeper負責跟蹤region服務器，保存root region的地址。

Client負責與zookeeper子集群以及HRegionServer聯(lián)系。

HMaster負責在啟動HBase時，把所有的region分配到每個HRegion Server上，也包括-ROOT-和.META.表。

HRegionServer負責打開region，并創(chuàng)建對應的HRegion實例。HRegion被打開后，它為每個表的HColumnFamily創(chuàng)建一個Store實例。每個Store實例包含一個或多個StoreFile實例，它們是實際數(shù)據(jù)存儲文件HFile的輕量級封裝。每個Store有其對應的一個MemStore，一個HRegionServer共享一個HLog實例。

一次基本的流程：

a、 客戶端通過zookeeper獲取含有-ROOT-的region服務器名。

b、 通過含有-ROOT-的region服務器查詢含有.META.表中對應的region服務器名。

c、 查詢.META.服務器獲取客戶端查詢的行鍵數(shù)據(jù)所在的region服務器名。

d、 通過行鍵數(shù)據(jù)所在的region服務器獲取數(shù)據(jù)。

HFile結構圖：

Trailer有指向其他塊的指針，Index塊記錄Data和Meta塊的偏移量，Data和Meta塊存儲數(shù)據(jù)。默認大小是64KB。每個塊包含一個Magic頭部和一定數(shù)量的序列化的KeyValue實例。

KeyValue格式：

該結構以兩個分別表示鍵長度和值長度的定長數(shù)字開始，鍵包含了行鍵，列族名和列限定符，時間戳等。

預寫日志W(wǎng)AL：

每次更新都會寫入日志，只有寫入成功才會通知客戶端操作成功，然后服務器可以按需自由地批量處理或聚合內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

編輯流在memstore和WAL之間分流的過程：

處理過程：客戶端通過RPC調(diào)用將KeyValue對象實例發(fā)送到含有匹配region的HRegionServer。接著這些實例被發(fā)送到管理相應行的HRegion實例，數(shù)據(jù)被寫入到WAL，然后被放入到實際擁有記錄的存儲文件的MemStore中。當memstore中的數(shù)據(jù)達到一定的大小以后，數(shù)據(jù)會異步地連續(xù)寫入到文件系統(tǒng)中，WAL能保證這一過程的數(shù)據(jù)不會丟失。

1、為什么引入?yún)f(xié)處理器？

在舊版（0.92HBase版本之前）的HBase中是沒有引入?yún)f(xié)處理器的概念的。這樣存在的問題是：創(chuàng)建二級索引較難，很難進行簡單的排序、求和、計數(shù)等操作。這里是指在該版本限制下難以進行上述操作，不是不行。為了降低難度，提出了協(xié)處理器的概念。

這里補充索引相關的知識點：

索引的概念：

i）明確是針對數(shù)據(jù)庫而言的，體現(xiàn)是一張表或者一種數(shù)據(jù)結構，一列或者多列，目的是用來快速訪問數(shù)據(jù)庫中的信息。包含的內(nèi)容是：鍵的屬性值和存儲文件位置信息的指針。

ii）主索引：

主索引是包含兩個定長字段的有序文件。字段1：主鍵；字段2：磁盤塊的指針。 這兩個字段的值是索引項的值。

ii）二級索引

二級索引的概念：

“二級索引也是有兩個字段的有序文件：

第一個字段是索引字段，有相同的數(shù)據(jù)類型，并且是數(shù)據(jù)文件中的非排序字段，

第二個字段可以是一個塊指針也可以是記錄指針。二級索引（也稱為非聚簇索引）用于在二級鍵上搜索文件，二級索引的搜索鍵指定了一個順序，這個順序與文件的排序順序不同。”

2、協(xié)處理器的特性是什么？

允許用戶執(zhí)行region級的操作，使用類似觸發(fā)器的功能

允許擴展現(xiàn)有的RPC協(xié)議引入自己的調(diào)用

提供一個非常靈活的、可用于建立分布式服務的數(shù)據(jù)模型

能夠自動化擴展、負載均衡、應用請求路由

3.協(xié)處理器的使用場景：

維護輔助索引；維護數(shù)據(jù)間的應用完整性。

4.協(xié)處理器框架提供了兩大類Observer、endPoint（以下是參考HBase權威指南第三版）

通過繼承這兩大類來擴展自己的功能。

1）Observer（觀察者）

該類是與RDMS中的觸發(fā)器類似。回調(diào)函數(shù)在一些特定的事件發(fā)生時被調(diào)用。

事件包括：用戶產(chǎn)生的事件或者服務端內(nèi)部產(chǎn)生的事件。

協(xié)處理器框架提供的接口如下：

a、RegionObserver：用戶可以通過這種處理器來處理數(shù)據(jù)修改事件，它們與表的Region緊密關聯(lián)。region級的操作。對應的操作是：put/delete/scan/get

b、MasterObserver：可以用作管理或DDL類型的操作，是集群級的操作。對應的操作是：創(chuàng)建、刪除、修改表。

c、WALObserver：提供控制WAL的鉤子函數(shù)。

Observer定義好鉤子函數(shù)，服務端可以調(diào)用。

2）endPoint

該類的功能類似RDMS中的存儲過程。將用戶的自定義操作添加到服務器端，endPoint可以通過添加遠程過程調(diào)用來擴展RPC協(xié)議。用戶可以將自定義完成某項操作代碼部署到服務器端。例如：服務器端的計算操作。

當二者結合使用可以決定服務器端的狀態(tài)。

5、Coprocessor類

所有的協(xié)處理器都必須實現(xiàn)給接口，該接口定義了協(xié)處理器的基本約定和易于框架管理，并且定義協(xié)處理器的執(zhí)行的優(yōu)先級別。

1）協(xié)處理器的執(zhí)行順序

Coprocessor.Priority枚舉類型定義了兩個值：SYSTEM、USER。前者優(yōu)于后者執(zhí)行，后者定義的按順序執(zhí)行。

2）協(xié)處理器的生命周期

協(xié)處理器的生命周期是由框架管理的，接口定義兩個方法start、stop。這兩個方法的參數(shù)是：CoprocessorEnvironment。該類提供了訪問HBase的版本、Coprocessor版本、協(xié)處理器優(yōu)先級等方法。start/stop方法是被隱式調(diào)用的，且關于協(xié)處理器的狀態(tài)的定義是有一個枚舉類Coprocessor.State對應的。

3）協(xié)處理器環(huán)境和實例的維護

CoprocessorHost類來完成，其有相應的子類來完成維護region、master協(xié)處理器的實例和環(huán)境。

總結：Coprocessor、CoprocessorEnvironment、CoprocessorHost是三個類，在該三個類的基礎上進行擴展功能，完成支持、管理、維護協(xié)處理器。

6、協(xié)處理器的加載/部署

在加載處理器的方式上有兩種方式：1.通過配置文件靜態(tài)加載 2.在集群運行時動態(tài)加載（在權威指南第三版中指出尚未有動態(tài)加載的API）。

1） 對于靜態(tài)加載的方式

在HBase權威指南中P171頁指出，在此不再贅述，是搬磚的苦力活。其中需要強調(diào)的是書中“配置文件中配置項的順序非常重要，這個順序決定了執(zhí)行順序”

2）特定表加載處理器是歸屬于靜態(tài)加載的方式

對于特定表的協(xié)處理器加載是通過表描述符。所以該處理器的加載只針對該表的region，同時被服務端的region和region server調(diào)用，不能被master或WAL調(diào)用。在HBase權威指南的P173給出示例。

7、RegionObserver類

該類的描述：1.RegionObserver類是Observer類的子類2.明確是在響應region級別的操作。當region事件發(fā)生時，其定義的鉤子函數(shù)被調(diào)用。該級別的操作可以分為兩類：region生命周期變化或客戶端API調(diào)用。

1）處理region生命周期事件

這里的生命周期事件體現(xiàn)的是region的狀態(tài)變化，而觸發(fā)器處理的時間發(fā)生在是狀態(tài)變化的前、后。

下面是不同的狀態(tài)的前后可以定義的協(xié)處理器（這里的協(xié)處理器就是指可以進行的操作）：

狀態(tài)1：pendingOpen，region將要被打開的狀態(tài)。

協(xié)處理器以實現(xiàn)的方法是：

preOpen（）/postOpen（）。完成功能是：搭載或者阻止這次打開過程。

preWALRestore（）/postWALRestore.完成的功能是：用戶可以訪問那些記錄被修改了，監(jiān)督那些記錄被實施了。

狀態(tài)2：open，這個狀態(tài)的標志是：region被部署到一個region server上且正常工作時。

協(xié)處理器可以實現(xiàn)的方法是：

void preFlush（）/void postFlush（） 內(nèi)存被持久到磁盤

void preSpilt（）/void postSpilt（） region達到足夠大時進行拆分

狀態(tài)3：pendingClose。region將要被關閉時的狀態(tài)。

協(xié)處理器可以實現(xiàn)的方法是：

void preClose（）/void postClose（）

2）處理客戶端API事件

這里是指在調(diào)用Java API 時，響應的事件。如：

void prePut（）/void postPut、void preDelete（）/postDelete（）、void preGet（）/void postGet（）。。。。。。。。

3）RegionCoprocessorEnvironment類

實現(xiàn)RegionObserver類的協(xié)處理器環(huán)境類是基于RegionCoprocessorEnvironment類的，通過該類可以訪問管理Region實例和共享RegionServerService實例

4）ObserverContext

RegionObserver類提供的所有回調(diào)函數(shù)都需要一個特殊的上下文作為共同參數(shù)。ObserverContext類提供了訪問當前系統(tǒng)環(huán)境的入口，同時也添加一些關鍵功能用以通知協(xié)處理器框架在回到函數(shù)完成后需要做什么。講解了byPass（）/complete（）方法，前者會停止當前服務進程處理過程，后者影響后面執(zhí)行的協(xié)處理器。

5）BaseRegionObserver類

該類的作用是：可以作為實現(xiàn)所有監(jiān)聽類型協(xié)處理器的基類。需要注意的是要想實現(xiàn)自定義的功能必須重載這個類的方法。

8、MasterObserver類

協(xié)處理器定義明確為master服務器的所有回調(diào)函數(shù)。這些回調(diào)函數(shù)中的操作是類似DDL，創(chuàng)建、刪除、修改表。

1）MasterCoprocessorEnvironment

MasterCoprocessorEnvironment封裝了MasterObserver實例，通過該類可以訪問MasterService實例。

2）BaseMasterServer

BaseMasterServer是MasterServer的空實現(xiàn)，可以通過實現(xiàn)相應的pre/post來自定義相關操作。 例如： void preCreateTable（）/void postCreateTable（） void preDeleteTable（）/void postDeleteTable（）。。。。。。

9、endPoint

提出endPoint原因？

CoprocessorProtocol接口

該接口可以使用戶自定義RPC協(xié)議，它的實現(xiàn)代碼被安裝在服務端，在客戶端HTable提供調(diào)用方法，使用該協(xié)議可以和協(xié)處理器實例之間通信。