HBase行锁

1 行锁简介

在事务特性方面，hbase只支持单row的事务，不能保证跨row(cross-row)的事务。hbase通过行锁来实现单row事务。客户端进行操作时，可以显式对某一个行加锁，但是大部分情况下是没有必要的，因为如果没有显式的加行锁，hbase在内部会默认的加行锁。为了描述方便，用户显式加的行锁简称为显式行锁。

源码1：客户端使用显式行锁的示例代码

HTable table = new HTable(config, tablename);

RowLock lock = table.lockRow(rowkey);//首先获得rowkey对应的行锁，可能阻塞

Put p1 = new Put(rowkey,lock);

p1.add(cf, qua,value); //在行rowkey上，写数据

table.put(p1);

table.unlockRow(lock);//解锁

hbase不推荐客户端显式加行锁，因为可能造成regionserver死锁。并且现在正就"客户端不支持显式加行锁"进行讨论。

引自hbase官网：

RowLocks are still in the client APIhowever they are
discouraged because if not managed properly thesecan lock up the RegionServers. There is an oustanding ticketHBASE-2332
to remove this feature from the client.

2 实现行锁

如下图所示，客户端看到的行锁由两部分组成：rowkey和外部锁id。外部锁id是向regionserver申请行锁时，由regionserver返回的。外部锁id在对应的regionserver上全局唯一。

图1 行锁的定义

如图2所示。一个regionserver对应一个HRegionServer实例，一个分片对应一个HRegion实例。

在HregionServer中提供两个接口lockRow和unlockRow，供客户端显式加锁和解锁。rowlocks存储了<客户端所见的锁id，内部锁id>的映射关系。因为内部锁id在分片内部是唯一的，但是在regionserver上不唯一，所以需要这个映射关系。

在HRegion中，lockedRows记录了所有已经加锁的行，lockIds记录了映射关系<内部锁id，rowkey>。

图2

为了处理客户端忘记释放锁的情况，显式行锁有一个租约(即有效期，默认是60秒，可配置，对应的配置项是hbase.regionserver.lease.period)，如果显式行锁超过了租约时间，regionserver会自动释放行锁。在租约时间内，如果又收到了在这个行上的写请求，会延长租约时长。

加显式行锁的算法

1 判断目标行是否已经加锁，如果已经加锁，则等待至解锁。

while (lockedRows.contains(row))

lockedRows.wait();

2 分配内部锁id，记为lockId。并把映射关系<lockIds,row>加入至lockIds。lockId在region内是唯一的。

保证内部锁id唯一性的常规的解决办法是：找出一个没有使用过的id，然后分配给行锁。hbase采用的方法比较有意思：在内部维护一个id生成器，每次分配时，把id生成器的值分配给行锁，并且id生成器自增1。如果没有出现冲突(冲突：当前分配的id不唯一)，分配完成。 如果出现冲突，为id生成器赋一随机值，然后重复的上面的流程，直到没有冲突，见源码2。

方法对比：如果使用常规方法，必然要使用到锁来进行并发控制，锁的开销还是比较大的。hbase认为出现冲突的可能性非常小，这种方法的开销应该远小于常规方法。这种提供性能的方法值得学习。

源码2：分配内部锁id。 见HRegion. internalObtainRowLock()

byte[] prev = null;

Integer lockId = null;

do

{

lockId = new Integer(lockIdGenerator++);//生成锁id

prev = lockIds.put(lockId, row);

if (prev != null)
//如果lockId已经分配了，即发生冲突

{

lockIds.put(lockId, prev);// 恢复被破坏的映射关系

lockIdGenerator = rand.nextInt();//生成新的锁id

}

} while (prev != null);

源码：添加映射关系

lockIds.put(lockId, row)

3 把目标行加入至lockedRows。

lockedRows.add(row);

4 为行锁分配外部锁id，这个id在regionserver内是唯一的。

lockId = rand.nextLong();//这种方法会给hbase带来问题，见第三节

5 在行锁上添加行锁监听器。

行锁监听器的主要功能是处理行锁的租约，租约过期时，自动释放行锁，收到新的写请求延长租约时长。

下图是实现行锁的类图。

图3 实现行锁类图

3 设计缺陷

在加显式行锁算法的第4步中，因为Random对象可能产生重复的值，所以分配的外部锁id可能不唯一。

通过修改regionserver的代码，模拟生成重复锁id的情况，测试流程如下：

1修改regionserver的代码使得每次分配的外部锁id都为999

2线程1为rowkey1申请行锁；线程2为rowkey2申请行锁。线程1和线程2同时并发运行。

测试发现只要只要rowkey1对应的行锁不释放，线程2会永远阻塞。

修正方法：保证外部锁id的唯一性。