引
最近關(guān)注Hadoop，因此也順便關(guān)注了一下Hadoop相關(guān)的項目。HBASE就是基于Hadoop的一個開源項目，也是對Google的BigTable的一種實現(xiàn)。
BigTable是什么？Google的Paper對其作了充分的說明。字面上看就是一張大表，其實和我們想象的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的表還是有些差別的。松散數(shù)據(jù)可以說是介于Map Entry（key & value）和DB Row之間的一種數(shù)據(jù)。在我使用Memcache的時候，有時候的需求是需要存儲的不僅僅是簡單的一個key對應(yīng)一個value，可能我需要類似于數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)中多屬性的存儲，但是又不會有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)中那么多關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求，其實這類數(shù)據(jù)就是所謂的松散數(shù)據(jù)。BigTable最淺顯來看就是一張很大的表，表的屬性可以根據(jù)需求去動態(tài)增加，但是又沒有表與表之間關(guān)聯(lián)查詢的需求。
互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有一個最大的特點，就是速度，功能再強大，速度慢，還是會被舍棄。因此在大訪問量的網(wǎng)站都采取前后的緩存來提升性能和響應(yīng)時間。對于Map Entry類型的數(shù)據(jù)，集中式分布式Cache都有很多選擇，對于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)，從MySQL到Oracle都給了很好的支持，唯有松散數(shù)據(jù)這類數(shù)據(jù)，采用前后兩種解決方案都不能最大化它的處理能力。因此BigTable才有了它用武之地。
HBASE作為Apache的開源項目，也是出于起步階段，因為其實它所依賴的Hadoop也不能說已經(jīng)到了成熟階段，所以都有很大的發(fā)展空間，這也為我們這些開源愛好者提供了更多空間去貢獻。這里主要會談到HBASE的框架設(shè)計方面的知識和它的一些特點，不論是否采用HBASE去解決工作中的問題，一種好的流程設(shè)計總會給開發(fā)者和架構(gòu)設(shè)計者帶來一些思想上的火花。
HBASE設(shè)計介紹
數(shù)據(jù)模型
HBASE中的每一張表，就是所謂的BigTable。BigTable會存儲一系列的行記錄，行記錄有三個基本類型的定義：Row Key,Time Stamp,Column。Row Key是行在BigTable中的唯一標識，Time Stamp是每次數(shù)據(jù)操作對應(yīng)關(guān)聯(lián)的時間戳，可以看作類似于SVN的版本，Column定義為：<family>:<label>，通過這兩部分可以唯一的指定一個數(shù)據(jù)的存儲列，family的定義和修改需要對HBASE作類似于DB的DDL操作，而對于label的使用，則不需要定義直接可以使用，這也為動態(tài)定制列提供了一種手段。family另一個作用其實在于物理存儲優(yōu)化讀寫操作，同family的數(shù)據(jù)物理上保存的會比較臨近，因此在業(yè)務(wù)設(shè)計的過程中可以利用這個特性。
看一下邏輯數(shù)據(jù)模型：
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Row Key
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Time Stamp
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Column "contents:"
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Column "anchor:"
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Column "mime:"
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"com.cnn.www"
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t9
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"anchor:cnnsi.com"
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"CNN"
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t8
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"anchor:my.look.ca"
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"CNN.com"
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t6
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"<html>..."
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"text/html"
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t5
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"<html>..."
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t3
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"<html>..."
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上表中有一列，列的唯一標識為com.cnn.www，每一次邏輯修改都有一個timestamp關(guān)聯(lián)對應(yīng)，一共有四個列定義：<contents:>,<anchor:cnnsi.com>,<anchor:my.look.ca>,<mime:>。如果用傳統(tǒng)的概念來將BigTable作解釋，那么BigTable可以看作一個DB Schema，每一個Row就是一個表，Row key就是表名，這個表根據(jù)列的不同可以劃分為多個版本，同時每個版本的操作都會有時間戳關(guān)聯(lián)到操作的行。
再看一下HBASE的物理數(shù)據(jù)模型：
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Row Key
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Time Stamp
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Column "contents:"
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"com.cnn.www"
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t6
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"<html>..."
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t5
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"<html>..."
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t3
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"<html>..."
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Row Key
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Time Stamp
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Column "anchor:"
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"com.cnn.www"
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t9
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"anchor:cnnsi.com"
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"CNN"
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t8
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"anchor:my.look.ca"
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"CNN.com"
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Row Key
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Time Stamp
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Column "mime:"
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"com.cnn.www"
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t6
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"text/html"
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物理數(shù)據(jù)模型其實就是將邏輯模型中的一個Row分割成為根據(jù)Column family存儲的物理模型。
對于BigTable的數(shù)據(jù)模型操作的時候，會鎖定Row，并保證Row的原子操作。
框架結(jié)構(gòu)及流程
圖1 框架結(jié)構(gòu)圖
HBASE依托于Hadoop的HDFS作為存儲基礎(chǔ)，因此結(jié)構(gòu)也很類似于Hadoop的Master-Slave模式，Hbase Master Server 負責(zé)管理所有的HRegion Server，但Hbase Master Server本身并不存儲HBASE中的任何數(shù)據(jù)。HBASE邏輯上的Table被定義成為一個Region存儲在某一臺HRegion Server上，HRegion Server 與Region的對應(yīng)關(guān)系是一對多的關(guān)系。每一個HRegion在物理上會被分為三個部分：Hmemcache、Hlog、HStore，分別代表了緩存，日志，持久層。通過一次更新流程來看一下這三部分的作用：
圖2 提交更新以及刷新Cache流程
由流程可以看出，提交更新操作將會寫入到兩部分實體中，HMemcache和Hlog中，HMemcache就是為了提高效率在內(nèi)存中建立緩存，保證了部分最近操作過的數(shù)據(jù)能夠快速的被讀取和修改，Hlog是作為同步Hmemcache和Hstore的事務(wù)日志，在HRegion Server周期性的發(fā)起Flush Cache命令的時候，就會將Hmemcache中的數(shù)據(jù)持久化到Hstore中，同時會清空Hmemecache中的數(shù)據(jù)，這里采用的是比較簡單的策略來做數(shù)據(jù)緩存和同步，復(fù)雜一些其實可以參照java的垃圾收集機制來做。
在讀取Region信息的時候，優(yōu)先讀取HMemcache中的內(nèi)容，如果未取到再去讀取Hstore中的數(shù)據(jù)。
幾個細節(jié)：
1． 由于每一次Flash Cache，就會產(chǎn)生一個Hstore File，在Hstore中存儲的文件會越來越多，對性能也會產(chǎn)生一定影響，因此達到設(shè)置文件數(shù)量閥值的時候就會Merge這些文件為一個大文件。
2． Cache大小的設(shè)置以及flush的時間間隔設(shè)置需要考慮內(nèi)存消耗以及對性能的影響。
3． HRegion Server每次重新啟動的時候會將Hlog中沒有被Flush到Hstore中的數(shù)據(jù)再次載入到Hmemcache，因此Hmemcache過大對于啟動的速度也有直接影響。
4． Hstore File中存儲數(shù)據(jù)采用B-tree的算法，因此也支持了前面提到對于Column同Family數(shù)據(jù)操作的快速定位獲取。
5． HRegion可以Merge也可以被Split，根據(jù)HRegion的大小決定。不過在做這些操作的時候HRegion都會被鎖定不可使用。
6． Hbase Master Server通過Meta-info Table來獲取HRegion Server的信息以及Region的信息，Meta最頂部的一個Region是虛擬的一個叫做Root Region，通過Root Region可以找到下面各個實際的Region。
7． 客戶端通過Hbase Master Server獲得了Region所在的Region Server，然后就直接和Region Server進行交互，而對于Region Server相互之間不通信，只和Hbase Master Server交互，受到Master Server的監(jiān)控和管理。
后話
對HBase還沒有怎么使用，僅僅只是看了wiki去了解了一下結(jié)構(gòu)和作用，暫時還沒有需要使用的場景，不過對于各種開源項目的設(shè)計有所了解，對自己的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計也會有很多幫助，因此分享一下。