HBase数据的读写流程

HBase 的核心模块是 Region 服务器。Region 服务器由多个 Region 块构成,Region 块中存储一系列连续的数据集。Region 服务器主要构成部分是 HLog 和 Region 块。HLog 记录该 Region 的操作日志。

Region 对象由多个 Store 组成,每个 Store 对应当前分区中的一个列族,每个 Store 管理一块内存,即 MemStoreo 当 MemStore 中的数据达到一定条件时会写入 StoreFile 文件中,因此每个 Store 包含若干个 StoreFile 文件。StoreFile 文件对应 HDFS 中的 HFile 文件。

HBase 群集数据的构成如图所示。

MemStore

当 Region 服务器收到写请求的时候,Region 服务器会将请求转至相应的 Region。数据先被写入 MemStore,当到达一定的阈值时,MemStore 中的数据会被刷新到 HFile 中进行持久化存储。

HBase 将最近接收到的数据缓存在 MemStore 中,在持久化到 HDFS 之前完成排序,再顺序写入 HDFS,为后续数据的检索进行优化。因为 MemStore 缓存的是最近增加的数据,所以也提高了对近期数据的操作速度。

在持久化写入之前,在内存中对行键或单元格进行优化。例如,当数据的 version 被设为 1 时,对某些列族中的一些数据,MemStore 缓存单元格的最新数据,在写入 HFile 时,仅需要保存一个最新的版本。

Store

Store 是 Region 服务器的核心,存储的是同一个列族下的数据,每个 Store 包含一块 MemStore 和 StoreFile( 0 个或多个)。StoreFile 是 HBase 中最小的数据存储单元。

数据写入 MemStore 缓存,当 MemStore 缓存满时,内存中的数据会持久化到磁盘中一个 StoreFile 文件中,随着 StoreFile 文件数量的不断增加,数量达到一个阈值后,就会促使文件合并成一个大的 StoreFile 文件。

由于 StoreFile 文件的不断合并,造成 StoreFile 文件的大小超过一定的阈值,因此,会促使文件进行分裂操作。同时,当前的一个父 Region 会被分成两个子 Region, 父 Region 会下线,新分裂出的两个子 Region 会被 Master 分配到相应的 Regio n服务器上。

Store 的合并和分裂过程如下图所示。

HFile

将 MemStore 内存中的数据写入 StoreFile 文件中,StoreFile 底层是以 HFile 格式保存的。

HFile 的存储格式如下图所示。

HFile 文件是不定长的,长度固定的只有其中的两块:Trailer 和 File Info。Trailer 中有指针指向其他数据块的起始点,File Info 记录了文件的一些 Meta 信息。每个 Data 块的大小可以在创建一个 Table 的时候通过参数指定(默认块大小为 64KB)。每个 Data 块除了开头的 Magic 以外就是由一个键值对拼接而成的,Magic 内容是一些随机数字,用于防止数据损坏。

HFile 里面的每个键值对就是一个简单的 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,其具体结构如图所示。

键值对结构以两个固定长度的数值开始,分别表示 Key 的长度和 Value 的长度。紧接着是 Key,Key 以 RowLength 开始,是固定长度的数值,表示 RowKey 的长度;接着是 Row,然后是固定长度的数值 ColumnFamilyLength,表示 Family 的长度;之后是 Family 列族,接着是 Qualifier 列标识符,Key 最后以两个固定长度的数值 Time Stamp 和 Key Type(Put/Delete) 结束。Value部分没有这么复杂的结构,就是纯粹的二进制数据。

HBase 数据写入流程

1) 客户端访问 ZooKeeper,从 Meta 表得到写入数据对应的 Region 信息和相应 的Region 服务器。

2) 客户端访问相应的 Region 服务器,把数据分别写入 HLog 和 MemStore。MemStore 数据容量有限,当达到一个阈值后,则把数据写入磁盘文件 StoreFile 中,在 HLog 文件中写入一个标记,表示 MemStore 缓存中的数据已被写入 StoreFile 中。如果 MemStore 中的数据丢失,则可以从 HLog 上恢复。

3) 当多个 StoreFile 文件达到阈值后,会触发 Store.compact() 将多个 StoreFile 文件合并为一个 大文件。

HBase 数据读取流程

1) 客户端先访问 ZooKeeper,从 Meta 表读取 Region 信息对应的服务器。

2) 客户端向对应 Region 服务器发送读取数据的请求,Region 接收请求后,先从 MemStore 查找数据;如果没有,再到 StoreFile 上读取,然后将数据返回给客户端。

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