高阶面试-hbase的整理

背景

冷热分离需要用到hbase，冷数据较多，需求：

存放上亿数据
支持简单的组合关键字查询
存放数据不需要变更

基本存储数据结构

HBase可以被看作是一个稀疏的多维度Map（映射），稀疏的、分布式、多维的Map，将行键(Row Key)、列族(Column Family)、列限定符(Column Qualifier)和时间戳(Timestamp)映射到一个值(Value)

数据模型

如下数据如何存储？表users，包含两个列族personal_info和contact_info。

![[Pasted image 20240612235231.png]]

实际存储结构：

Row Key: user1
    Column Family: personal_info
        Column Qualifier: name -> Value: Alice
        Column Qualifier: age -> Value: 30
    Column Family: contact_info
        Column Qualifier: email -> Value: alice@example.com
        Column Qualifier: phone -> Value: 123-456-7890

Row Key: user2
    Column Family: personal_info
        Column Qualifier: name -> Value: Bob
        Column Qualifier: age -> Value: 25
    Column Family: contact_info
        Column Qualifier: email -> Value: bob@example.com
        Column Qualifier: phone -> Value: 987-654-3210

每一个RowKey、TimeStamp以及Key-Value值就是一个Cell

行键 (Row Key): 唯一标识每一行数据，例如user1和user2。
列族 (Column Family): 数据按列族进行物理存储，例如personal_info和contact_info。
列限定符 (Column Qualifier): 列族下的具体列，例如name、age、email、phone。
时间戳 (Timestamp): 记录数据的版本，HBase支持多个版本的值，默认为服务器写入数据的时间。
值 (Value): 存储的实际数据，例如Alice、30、alice@example.com等

ColumnFamily一开始就要定义好，类似于关系型数据库里面的列，属于schema,每个ColumnFamily可以灵活增加ColumnQualifier，ColumnQualifier不需要在创建表的时候定义

物理存储模型

根据RowKey的范围划分成多个Region

一个表会被水平切割成多个Region
一个Region会包含多个Row，包含startkey和endkey之间所有连续的行。每个Region的大小默认会控制在1GB内。每个表一开始只有二个 Region，随着数据不断插入到表中，Region 不断增大，当增大到一个阈值的时候，Region 就会等分为两个新的 Region
每个Region包含着多个Store对象。每个Store包含一个MemStore或若干StoreFile，StoreFile包含一个或多个HFile。MemStore存放在内存中，StoreFile存储在HDFS上
一个MemStore会存储一个ColumnFamily，一个MemStore会把数据写入多个HFile
一个RegionServer会服务多个Region

![[Pasted image 20240613081011.png]]

Table: users

Region 1 (RowKey: user1 - user1000)
    |-- Store (Column Family: personal_info)
    |    |-- MemStore
    |    |-- HFile
    |
    |-- Store (Column Family: contact_info)
         |-- MemStore
         |-- HFile

Region 2 (RowKey: user1001 - user2000)
    |-- Store (Column Family: personal_info)
    |    |-- MemStore
    |    |-- HFile
    |
    |-- Store (Column Family: contact_info)
         |-- MemStore
         |-- HFile

分布式环境

Master 主要负责表 Region 的管理工作，包括分配 Region 给 Region Server，协调多个 Region Server，检测各个 Region Server 的状态，并平衡 Region Server 之间的负载。

Region Server 是 HBase 最核心的模块，包含多个 Region，负责维护 Master 分配给它的 Region 集合，并处理对这些 Region 的读写操作，Client 直接与 Region Server 连接，并经过通信获取 HBase 中的数据。Region Server 需要向 HDFS 写入数据。

Zookeeper 作用：

是 HBase Master 的高可用性（High Available，HA）解决方案，保证了至少有一个 HBase Master 处于运行状态。
负责 Region 和 Region Server 的注册，Master 就可以通过 Zookeeper 随时感知各个 Region Server 的工作状态

![[Pasted image 20240613081021.png]]

数据写入流程

写请求：客户端向HBase发送写请求。
具体client访问zk读取元数据，根据namespace、表名、rowkey找到数据对应region，访问region对应regionServer
写入WAL：数据首先写入WAL(WriteAheadLog)，以确保数据不会因为RegionServer故障而丢失，每个regionServer都会维护一个WAL文件(也是基于HDFS)，所有写操作现将变动添加到WAL文件末尾。
写入MemStore：数据被写入MemStore，当MemStore达到一定大小时，会触发一次flush操作。
Flush到HFile：MemStore的数据被写入HFile，存储在HDFS上。
Compaction：随着时间推移，HBase会执行合并操作（Compaction），将多个小的HFile合并成一个大的HFile，以提高读性能。

数据读取流程

查找MemStore：首先在MemStore中查找数据。
查找BlockCache：如果数据不在MemStore中，接下来在BlockCache中查找。
查找HFile：如果数据既不在MemStore也不在BlockCache中，则查找HFile。
返回数据：找到数据后，返回给客户端。如果在HFile中找到数据，则将数据块缓存到BlockCache中，以加快后续的读取操作

HFile的结构

数据块（Data Block）：

- 存储实际的数据，包含多个KeyValue对。
- 每个数据块都可以进行压缩，以减少存储空间和提高读写效率。

索引块（Index Block）：
- 存储数据块的索引信息，用于加快数据查找。
- HFile包含一个元索引块（Meta Index Block），指向索引块的位置。
元数据块（Meta Block）：
- 存储额外的元数据信息，例如文件信息、统计信息等

HDFS
├── DataNode 1
│   ├── /hbase/data/default/users/region1/store1/hfile1
│   ├── /hbase/data/default/users/region1/store2/hfile2
│   └── ...
├── DataNode 2
│   ├── /hbase/data/default/users/region2/store1/hfile3
│   ├── /hbase/data/default/users/region2/store2/hfile4
│   └── ...
├── DataNode 3
│   ├── /hbase/data/default/users/region3/store1/hfile5
│   ├── /hbase/data/default/users/region3/store2/hfile6
│   └── ...
└── ...


HFile:
    ├── Data Block 1
    │   ├── KeyValue1
    │   ├── KeyValue2
    │   └── ...
    ├── Data Block 2
    │   ├── KeyValue3
    │   ├── KeyValue4
    │   └── ...
    ├── ...
    ├── Index Block
    │   ├── Index Entry 1
    │   ├── Index Entry 2
    │   └── ...
    └── Meta Block
        ├── Meta Entry 1
        ├── Meta Entry 2
        └── ...

表结构的设计

rowkey设计：
md5[cumstomeremail]+ticketId

columnFamily: ColumnFamily:i
为什么只整一个？
因为官方不推荐两个以上的columnFamily，原因：memstore刷新到HFile的动作叫flushing，flushing的操作是region级别，也就是只要有一个columnFamily满了就需要刷新，可能另外一个还很空，增加不必要的IO操作
ColumnKey: 剩余字段都设为i列簇下的Key
![[Pasted image 20240614080719.png]]

工单处理记录表，将处理记录转为json，保存在一个columnKey中