大数据技术之HBase （一）

1.简介

1.1什么是HBase

HBase是一个高可靠性、高性能、面向列、可伸缩的分布式存储系统，利用HBASE技术可在廉价PC Server上搭建起大规模结构化存储集群。

HBase的目标是存储并处理大型的数据，更具体来说是仅需使用普通的硬件配置，就能够处理由成千上万的行和列所组成的大型数据。

HBase是Google Bigtable的开源实现，但是也有很多不同之处。比如：Google Bigtable利用GFS作为其文件存储系统，HBase利用Hadoop HDFS作为其文件存储系统；Google运行MAPREDUCE来处理Bigtable中的海量数据，HBase同样利用Hadoop MapReduce来处理HBase中的海量数据；Google Bigtable利用Chubby作为协同服务，HBase利用Zookeeper作为对应。

1.2 HBase特点

1）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。

2）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。

3）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。

4）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。

5）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。

1.3 HBase架构

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从图中可以看出Hbase是由Client、Zookeeper、Master、HRegionServer、HDFS等几个组件组成，下面来介绍一下几个组件的相关功能：

1）Client

Client包含了访问Hbase的接口，另外Client还维护了对应的cache来加速Hbase的访问，比如cache的.META.元数据的信息。

2) Zookeeper

HBase通过Zookeeper来做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工作。具体工作如下：

通过Zoopkeeper来保证集群中只有1个master在运行，如果master异常，会通过竞争机制产生新的master提供服务；

通过Zoopkeeper来监控RegionServer的状态，当RegionSevrer有异常的时候，通过回调的形式通知Master RegionServer上下线的信息；

通过Zoopkeeper存储元数据的统一入口地址。

3）Hmaster

master节点的主要职责如下：
为RegionServer分配Region
维护整个集群的负载均衡
维护集群的元数据信息
发现失效的Region，并将失效的Region分配到正常的RegionServer上
当RegionSever失效的时候，协调对应Hlog的拆分

4）HregionServer

HregionServer直接对接用户的读写请求，是真正的“干活”的节点。它的功能概括如下：
管理master为其分配的Region
处理来自客户端的读写请求
负责和底层HDFS的交互，存储数据到HDFS
负责Region变大以后的拆分
负责Storefile的合并工作

5）HDFS

HDFS为Hbase提供最终的底层数据存储服务，同时为HBase提供高可用（Hlog存储在HDFS）的支持，具体功能概括如下：
提供元数据和表数据的底层分布式存储服务
数据多副本，保证的高可靠和高可用性

1.4 HBase中的角色

1) HMaster

功能

1．监控RegionServer

2．处理RegionServer故障转移

3．处理元数据的变更

4．处理region的分配或转移

5．在空闲时间进行数据的负载均衡

6．通过Zookeeper发布自己的位置给客户端

2) RegionServer

功能

1．负责存储HBase的实际数据

2．处理分配给它的Region

3．刷新缓存到HDFS

4．维护Hlog

5．执行压缩

6．负责处理Region分片

3) 其他组件

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．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。

3．Store

HFile存储在Store中，一个Store对应HBase表中的一个列族。

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。

5．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。StoreFile是以Hfile的形式存储在HDFS的。

2.HBase安装

2.1 Zookeeper正常部署

2.2 Hadoop正常部署

2.3 HBase的配置文件

hbase-env.sh :

export JAVA_HOME=

export HBASE_MANAGES_ZK=false //关闭内部zk

hbase-site.xml :

hbase.rootdir : hdfs://hadoop102:9000/hbase //数据存储地址

hbase.cluster.distributed : true //开启集群模式

hbase.master.port :16000 //默认端口为60000

hbase.zookeeper.quorum //zookeeper集群

hbase.zookeeper.property.dataDir

regionservers ：集群所有主机名称

软连接hadoop配置文件到hbase

2.4 启动：bin/start-hbase.sh

2.5 查看HBase页面 host:port

3.HBase Shell操作

3.1 基本操作

1．进入HBase客户端命令行： bin/hbase shell

2．查看帮助命令：help

3．查看当前数据库中有哪些表 : list

3.2 表的操作

1．创建表 : create 表名列族

2. 插入数据到表: put 表名 RowKey 列族:列 value

3. 扫描表查看数据: scan 表名

4. 查看表结构: describe 表名

5. 更新指定字段的数据: put 表名 RowKey 列族:列 value

6．查看“指定行”或“指定列族:列”的数据 : get 表名 RowKey 或 get 表名 RowKey 列族:列

7．统计表数据行数 : count 表名

8．删除数据

删除某rowkey的全部数据：deleteall 表名 RowKey

删除某rowkey的某一列数据：deleteall 表名 RowKey 列族:列

9．清空表数据: truncate 表名

提示：清空表的操作顺序为先disable，然后再truncate。

10．删除表

首先需要先让该表为disable状态：disable 表名

然后才能drop这个表： drop 表名

提示：如果直接drop表，会报错：ERROR: Table student is enabled. Disable it first.

11．变更表信息

将info列族中的数据存放3个版本：

hbase(main):022:0> alter ‘student’,{NAME=>‘info’,VERSIONS=>3} //指定列族

hbase(main):022:0> get ‘student’,‘1001’,{COLUMN=>‘info:name’,VERSIONS=>3} //指定列

4.HBase数据结构

4.1 RowKey

RowKey是用来检索记录的主键。访问HBASE table中的行，只有三种方式：

1.通过单个RowKey访问

2.通过RowKey的range（正则）

3.全表扫描

RowKey行键(RowKey)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，RowKey保存为字节数组。存储时，数据按照RowKey的字典序(byte order)排序存储。设计RowKey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)

4.2 Column Family

列族：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。

4.3 Cell

由{rowkey, column Family:columu, 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。

关键字：无类型、字节码

4.4 Time Stamp

HBASE 中通过rowkey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。一是保存数据的最后n个版本，二是保存最近一段时间内的版本（比如最近七天）。用户可以针对每个列族进行设置。