Hbase 基于HDFS分布式列存储Nosql数据库(二) 概念及原理介绍

列存储

  • 概念:

    1. 区别于rdbms的行式存储格式,nosql使用列式存储格式
  • 优点:

    1. 行式存储操作实时行级别的,列式存储操作是列级别的。所以粒度更细
    2. 行式存储一行中的列都是一样的(结构化),列式存储每一行中的列可以不一样(半结构化)。所以支持的数据格式更广泛,半结构化可以支持结构化数据,结构化数据不可以支持半结构化数据
    3. 性能更优化,读写速度更快

DDL

1. namespace
    list_namespace
    create_namespace
    drop_namespace
    describe_namespace
    list_namespace_tables

2. ddl
备注:只有管理员admin才能操作
    list
    create: 创建表时只需要给定表名和列簇名称,两种方式:配置列簇属性和不配置列簇属性
        create 'test_table',{NAME=>'cf1'},{NAME=>'cf2'}
    describe/desc
    drop: hbase中表是enable状态的话,不允许对表结构进行修改和删除,需要先disable禁用
    disable
    enable

DML

1.dml
    put: hbase中没有更新和删除操作,所有的更新都是插入
        put 'test_table','rowkey_1234','cf1:name','zhangsan'
    scan:用于查询一行或多行,或全表扫描
        scan 'test_table',{limit=10}
    get: 用于查询某一行,就是某一个rowkey的数据
        get 'test_table','rokey_1234'
    delete: 删除
        delete 'test_table','rowkey_1234','cf1:cm1'
        delete 'teste_table','rowkey_1234'

热点问题与数据倾斜

  • 概念:
    热点问题: 客户端的请求大量集中在某一个节点,导致该节点上的负载非常高,而其他节点负载过低的-

  • 现象
    数据倾斜: 由于计算任务大量集中在某一个节点,导致该节点上的负载非常高,而其他节点负载过低的现象

  • 区别:
    热点问题: 请求层面,热点问题可能会造成数据倾斜
    数据倾斜: 计算层面,数据倾斜不一定由热点问题造成

  • 原因:
    热点问题在很多场景中都会发生,在hbase中表现造成热点问题的原因是
    1.客户端大量请求的rowkey连续集中在某一个region上
    2.表中只有一个分区,所有的请求都集中在这个region上
    3.表没有预分区,也没有开启均衡,所有的分区都集中在某个节点

  • 解决:
    1.需要设计好表的分区region范围,避免分区范围不均衡,通过分区范围解决
    2.需要创建预分区,多分区,通过分区个数解决

预分区

  • 背景: 在创建表的时候,默认只有一个分区,此时容易操作服务端热点问题

  • 概念: 在创建表的时候,根据rowkey的分布来设计一张表刚开始就有多个分区,分区需要根据rowkey的前缀或者完整的rowkey来设计,因为region的分配就是根据rowkey来划分分区的

  • 意义:
    1.增加数据读写效率
    2.负载均衡,防止数据倾斜
    3.方便集群容灾调度region
    4.优化Map 数量

  • 方式:
    1.指定分区范围 create 'ns1:t1', 'f1', SPLITS => ['10', '20', '30', '40']
    2.适用于分区较多场景 指定规则文件 create 'ns1:t2', 'f1', SPLITS_FILE => '/export/datas/splits.txt'
    3.通过java API 来划分分区admin.createTable(HtableDescriptor desc,byte splitKeys)

RowKey的设计规则

  • 原因:

    • 为什么rowkey设计至关重要?
      1. 所有数据在存储时都是根据rowkey来读写对应分区的,即分区是根据rowkey来划分的
      2. rowkey是hbase中的唯一索引
      3. rowkey在查询时是前缀匹配的
  • 后果:rowkey设计不好会产生什么后果?

    1. 会造成热点问题
    2. 会造成全表扫描
  • 设计规则:

    1. 唯一原则:
      任何一个rowkey,必须唯一标记一行,类似于主键的唯一性
    2. 散列原则:
      构建rowkey的随机散列,不允许rowkey是连续的,避免热点问题
      若rowkey前缀是一个固定的字段,且会产生连续,如何解决呢?
      1. 编码,通过md5/crc32等方式来将固定字段进行编码然后作为rowkey
      2. 反转,rowkey是按照ascii码的字典顺序,固定字段反转之后,就不连续
      3. 随机数,将固定字段加随机数,不推荐,因为不便于维护
    3. 业务原则: 根据业务维度来设计rowkey,例如将经常作为查询条件的维度
    4. 组合原则: 将各个业务维度组合来设计rowkey
    5. 长度原则: 一般rowkey的长度不要超过100个字节,可以使用十六进制或三十二进制压缩长度

JavaAPI

介绍:
    1.hbase中 hbase shell 一般用来封装脚本,执行ddl操作,一般用来封装做ddl操作通过hbase shell  xxx.query指定,脚本操作结尾要加exit
    2.javaapi则是实际使用场景,一般用来执行dml操作,和分布式框架使用,做中间件技术,提供程序访问hbase的接口

API方法:
    1.HBaseConfiguration; 创建hbase的初始化对象
    2.HBaseAdmin;hbase的管理员对象,需要进行ddl操作时需要的对象
        1.tableExists
        2.disableTable
        3.deleteTable
        4.deleteNamespace
        5.listNamespaceDescriptors
    3.HTableDescriptor;hbase的表描述对象
        1.addFamily
        2.createTable
        3.getTableName
    4.TableName;表名称对象
        1.getNameAsString
    5.HColumnDescriptor;hbase的列簇描述对象
        1.setMaxVersions
        2.setBlockCacheEnabled
        3.
    6.NamespaceDescriptor;hbase的名称空间描述对象
        1.createNamespace
        2.create
    7.Get;get命令获取数据
    8.Result;一个result代表一个rowkey的所有数据
        1.rawCells
    9.Cell;一个cell就是一列的数据
    10.Table;表对象
        1.get
        2.put
        3.delete
        4.getScanner
    11.Put;
        1.addColumn
    12.Delete;
        1.addColumn
    13.ResultScanner;result对象的集合

读取

1.驱动类,封装了mr程序中的参数集合,调用方法TableMapReduceUtil.inittablemapper(输入和map的参数);
2.mapper类,需要继承TableMapper类,默认input输入的key和value为ImmutableBytesWritable和Result

实现:
    底层通过tableinpputformat实现;sqoop底层通过dbinputformat实现
    
<解释>
    因为mr读取hbase数据,只是做了数据的读取,并不做数据的聚合,所有不需要reduce

写入

1.驱动类,封装了mr程序中的参数集合,调用方法TableMapReduceUtil.inittablereduce(reduce和输出的参数);
2.reducer类,需要继承TableReducer类,默认output输出的value为put对象

实现:
    底层通过TableOutputFormat实现;sqoop底层通过dboutputformat实现
    
<解释>
    需要在reduce类中构建put对象,用于存储数据,所以需要reduce
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