hbase系統架構及資料結構

HBase中的表一般有這樣的特點：

1 大：一個表可以有上億行，上百萬列

2 面向列:面向列(族)的儲存和許可權控制，列(族)獨立檢索。

3 稀疏:對於為空白(null)的列，並不佔用儲存空間，因此，表可以設計的非常稀疏。

下面一幅圖是Hbase在Hadoop Ecosystem中的位置。

二、邏輯視圖

HBase以表的形式儲存資料。表有行和列組成。列劃分為若干個列族(row family)

Row Key

與nosql資料庫們一樣,row key是用來檢索記錄的主鍵。訪問hbase table中的行，只有三種方式：

1 通過單個row key訪問

2 通過row key的range

3 全表掃描

Row key行鍵 (Row key)可以是任一字元串(最大長度是 64KB，實際應用中長度一般為 10-100bytes)，在hbase內部，row key儲存為位元組數組。

儲存時，資料按照Row key的字典序(byte order)排序儲存。設計key時，要充分排序儲存這個特性，將經常一起讀取的行儲存放到一起。(位置相關性)

注意：

字典序對int排序的結果是1,10,100,11,12,13,14,15,16,17,18,19,2,20,21,…,9,91,92,93,94,95,96,97,98,99。要保持整形的自然序，行鍵必須用0作左填充。

行的一次讀寫是原子操作 (不論一次讀寫多少列)。這個設計決策能夠使使用者很容易的理解程式在對同一個行進行並發更新操作時的行為。

列族

hbase表中的每個列，都歸屬與某個列族。列族是表的chema的一部分(而列不是)，必須在使用表之前定義。列名都以列族作為首碼。例如courses:history，courses:math
都屬於courses 這個列族。

存取控制、磁碟和記憶體的使用統計都是在列族層面進行的。實際應用中，列族上的控制許可權能協助我們管理不同類型的應用：我們允許一些應用可以添加新的基本資料、一些應用可以讀取基本資料並建立繼承的列族、一些應用則只允許瀏覽資料（甚至可能因為隱私的原因不能瀏覽所有資料）。

時間戳記

HBase中通過row和columns確定的為一個存貯單元稱為cell。每個 cell都儲存著同一份資料的多個版本。版本通過時間戳記來索引。時間戳記的類型是 64位整型。時間戳記可以由hbase(在資料寫入時自動 )賦值，此時時間戳記是精確到毫秒的當前系統時間。時間戳記也可以由客戶顯式賦值。如果應用程式要避免資料版本衝突，就必須自己產生具有唯一性的時間戳記。每個 cell中，不同版本的資料按照時間倒序排序，即最新的資料排在最前面。

為了避免資料存在過多版本造成的的管理 (包括存貯和索引)負擔，hbase提供了兩種資料版本回收方式。一是儲存資料的最後n個版本，二是儲存最近一段時間內的版本（比如最近七天）。使用者可以針對每個列族進行設定。

Cell

由{row key, column(=<family> + <label>), version} 唯一確定的單元。cell中的資料是沒有類型的，全部是位元組碼形式存貯。
三、實體儲存體

1 已經提到過，Table中的所有行都按照row key的字典序排列。

2 Table 在行的方向上分割為多個Hregion。

3 region按大小分割的，每個表一開始只有一個region，隨著資料不斷插入表，region不斷增大，當增大到一個閥值的時候，Hregion就會等分會兩個新的Hregion。當table中的行不斷增多，就會有越來越多的Hregion。

4 HRegion是Hbase中分布式儲存和負載平衡的最小單元。最小單元就表示不同的Hregion可以分布在不同的HRegion server上。但一個Hregion是不會拆分到多個server上的。

5 HRegion雖然是分布式儲存的最小單元，但並不是儲存的最小單元。

事實上，HRegion由一個或者多個Store組成，每個store儲存一個columns family。

每個Strore又由一個memStore和0至多個StoreFile組成。如圖：

StoreFile以HFile格式儲存在HDFS上。

HFile的格式為：

 

HFile分為六個部分：

Data Block 段–儲存表中的資料，這部分可以被壓縮

Meta Block 段 (可選的)–儲存使用者自訂的kv對，可以被壓縮。

File Info 段–Hfile的元資訊，不被壓縮，使用者也可以在這一部分添加自己的元資訊。

Data Block Index 段–Data Block的索引。每條索引的key是被索引的block的第一條記錄的key。