跟我一起云计算（3）——hbase，一起云计算hbase
hbase
HBase是一个分布式的、面向列的开源数据库，该技术来源于 Fay Chang 所撰写的Google论文“Bigtable：一个结构化数据的分布式存储系统”。就像Bigtable利用了Google文件系统（File System）所提供的分布式数据存储一样，HBase在Hadoop之上提供了类似于Bigtable的能力。HBase是Apache的Hadoop 项目的子项目。HBase不同于一般的关系数据库，它是一个适合于非结构化数据存储的数据库。另一个不同的是HBase基于列的而不是基于行的模式。
hadoop家族
hadoop家族成员：
架构如下：
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
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，见下文描述
HMaster
HMaster没有单点问题，HBase中可以启动多个HMaster，通过Zookeeper的Master Election机制保证总有一个Master运行，HMaster在功能上主要负责Table和Region的管理工作：
1. 管理用户对Table的增、删、改、查操作
2. 管理HRegionServer的负载均衡，调整Region分布
3. 在Region Split后，负责新Region的分配
4. 在HRegionServer停机后，负责失效HRegionServer 上的Regions迁移
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
HStore存储是HBase存储的核心了，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。
HLog
HBase中WAL（Write Ahead Log） 的存储格式，物理上是Hadoop的Sequence File。
在理解了上述 HStore的基本原理后，还必须了解一下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，因此一旦HRegionServer意外退出，MemStore中的内存数据将会丢失，这就需要引入HLog了。每个 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文件格式见后续），HLog文件定期会滚动出新的，并删除旧的文件（已持久化到StoreFile中的数据）。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Load Region的过程中，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。
HLog数据存储
HLog文件就是一个普通的Hadoop Sequence File，Sequence File 的Key是HLogKey对象，HLogKey中记录了写入数据的归属信息，除了table和region名字外，同时还包括 sequence number和timestamp，timestamp是“写入时间”，sequence number的起始值为0，或者是最近一次存入文件系统中sequence number。HLog Sequece File的Value是HBase的KeyValue对象，即对应HFile中的KeyValue
HFile数据存储
HBase中KeyValue数据的存储格式，HFile是Hadoop的二进制格式文件，实际上StoreFile就是对HFile做了轻量级包装，即StoreFile底层就是HFile。
首先HFile文件是不定长的，长度固定的只有其中的两块：Trailer和FileInfo。Trailer中有指针指向其他数据块的起始点。
File Info中记录了文件的一些Meta信息，例如：AVG_KEY_LEN, AVG_VALUE_LEN, LAST_KEY, COMPARATOR, MAX_SEQ_ID_KEY等。
Data Index和Meta Index块记录了每个Data块和Meta块的起始点。
Data Block是HBase I/O的基本单元，为了提高效率，HRegionServer中有基于LRU的Block Cache机制。每个Data块的大小可以在创建一个Table的时候通过参数指定，大号的Block有利于顺序Scan，小号Block利于随机查询。每个Data块除了开头的Magic以外就是一个个KeyValue对拼接而成, Magic内容就是一些随机数字，目的是防止数据损坏。后面会详细介绍每个KeyValue对的内部构造。
HFile里面的每个KeyValue 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。开始是两个固定长度的数值，分别表示Key的长度和Value 的长度。紧接着是Key，开始是固定长度的数值，表示RowKey的长度，紧接着是RowKey，然后是固定长度的数值，表示Family的长度，然后是 Family，接着是Qualifier，然后是两个固定长度的数值，表示Time Stamp和Key Type（Put/Delete）。Value部分没有这么复杂的结构，就是纯粹的二进制数据了。
hbase的逻辑模型
逻辑模型：
传统关系型数据库(mysql，oracle)数据存储方式主要如下：
上图是个很典型的数据储存方式，我把每条记录分成3部分:主键、记录属性、索引字段。我们会对索引字段建立索引，达到二级索引的效果。
但是随着业务的发展，查询条件越来越复杂，需要更多的索引字段，且很多值都不存在，如下图：
上图是6个索引字段，实际情况可能是上百个甚至更多，并且还需要根据多个索引字段刷选。查询性能越来越低，甚至无法满足查询要求。关系型数据里的局限也开始显现，于是很多人开始接触NoSQL。
列族数据库很强大，很多人就想把数据从mysql迁到hbase，存储的方式还是跟上图一样，主键为rowkey。其他各个字段的数据，存 储一个列族下的不同列。但是想对索引字段查询就没有办法，目前还没有比较好的基于bigtable的二级索引方案，所以无法对索引字段做查询。
这时候其实可以转换下思维，可以把数据倒过来，如下图：
把各个索引字段的值作为rowkey，然后把记录的主键和属性值按照一定顺序存在对应rowkey的value里。上图只有一个列族，是最简单的方式。 Value里的记录可以设置成定长的byte[]，多个记录集合通过移位快速查询到。
但是上面只适合单个索引字段的查询。如果要同时对多个索引字段查询，上图的方式需要求取出所有value值，比如查询“浙江”and“手机”，需要取出两个value，再解析出各自的主键求交。如果每条记录的属性有上百个，对性能影响很大。
接下来的变化是解决多索引字段查询的问题。我们将主键字段和属性字段分开存储，储存在不同的列族下，多索引查询只需要取出列族1下的数据，再去最小集合的列族2里取得想要的值。储存如下图：
列族数据库数据文件是按照列族分的。在取数据时，都会把一个列族的所有列数据都取出来，事实上我们并不需要把记录明细取出来，所以把这部分数据放到了另一个列族下。
接下来是对列族2扩展，列族2储存更多的列，用来做各种刷选、计算处理。如下图：
hbase的ROOT和META表
相关内容可以参考：
http://greatwqs.iteye.com/blog/1838904
hbase适合
1、高速插入
