HBase流量限制和表负载均衡剖析

1.概述

　　在HBase-1.1.0之前，HBase集群中资源都是全量的。用户、表这些都是没有限制的，看似完美实则隐患较大。今天，笔者就给大家剖析一下HBase的流量限制和表的负载均衡。

2.内容

　　也许有同学有疑问，为啥要做流量限制，无限制全量跑不是更好吗？举个例子，比如今天的双十一日，数据流量是非常大的。如果不限制用户和表的流量，某些重要的核心业务，需要在资源有限的情况下优先保证正常运行。如果非核心业务在此期间其QPS一直降不下来，严重消耗系统资源，影响核心业务的正常运作。

　　针对上述问题，可以采取以下方案来解决：

• 资源限制：针对用户、命名空间及表的请求大小和QPS进行限制。
• 资源隔离：将不同表中的数据通过物理隔离，均衡到不同的RegionServer上。

3.资源限制

　　开启HBase资源限制是有条件，其中包含以下两个条件：

• 版本必须在1.1.0以上，或者在低版本中打上了HBase对应的Patch（HBASE-11598）
• HBase的资源限制开关默认是关闭的，需要在HBase的配置文件中进行开启。添加内容如下所示：

# 编辑HBase配置文件
vi $HBASE_HONE/conf/hbase-site.xml

# 添加如下内容
 <property>
   <name>hbase.quota.enabled</name>
   <value>true</value>
 </property>

# 退出编辑并保存

　　如果不是在首次启动时配置的，需要额外重启HMaster服务进程才能使之生效。

3.1 Quota语句

　　HBase中限流是通过Quota语句来操作的，限流的方式有两种，一种是针对用户进行限流；另一种是针对表来进行限流。操作命令如下所示：

# 限制用户u1每秒请求10次
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', LIMIT => '10req/sec'

# 限制用户u1每秒的读请求为10次
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, THROTTLE_TYPE => READ, USER => 'u1', LIMIT => '10req/sec'

# 限制用户u1每天的请求量为10M
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', LIMIT => '10M/day'

# 限制用户u1的写请求量每秒为10M
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, THROTTLE_TYPE => WRITE, USER => 'u1', LIMIT => '10M/sec'

# 限制用户u1在操作表t2时，每分钟的请求量为5K
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', TABLE => 't2', LIMIT => '5K/min'

# 限制用户u1在操作表t2时，每秒的读请求为10次
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, THROTTLE_TYPE => READ, USER => 'u1', TABLE => 't2', LIMIT => '10req/sec'

# 删除用户u1在命令空间ns2的请求限制
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', NAMESPACE => 'ns2', LIMIT => NONE

# 限制在命名空间ns1中每小时的请求为10次
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, NAMESPACE => 'ns1', LIMIT => '10req/hour'

# 限制表t1每小时的请求为10T
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, TABLE => 't1', LIMIT => '10T/hour'

# 删除用户u1的所有请求限制
hbase> set_quota TYPE => THROTTLE, USER => 'u1', LIMIT => NONE

# 显示用户u1在命名空间ns2中的所有限制详情
hbase> list_quotas USER => 'u1, NAMESPACE => 'ns2'

# 显示命令空间ns2的所有限制详情
hbase> list_quotas NAMESPACE => 'ns2'

# 显示表t1的所有限制详情
hbase> list_quotas TABLE => 't1'

# 显示所有限制详情
hbase> list_quotas

　　从操作的命令中可以看出，HBase限制流量支持表和用户。可以通过THROTTLE_TYPE来控制READ（读）、WRITE（写）操作，这类操作在HBase中是随机进行限制的。而LIMIT关键字，可以从两个维度进行资源限制，分别是req/time和size/time。

• req/time：这种表示限制单位时间内的请求次数，time可以是秒、分、时、天，req表示次数。
• size/time：这种表示单位时间内请求数据的量，time可以是秒、分、时、天，size可以时B (bytes), K (kilobytes), M (megabytes), G (gigabytes), T (terabytes), P (petabytes)。

　　LIMIT限制默认大小是：10req/day 或 100P/hour。对于命令set_quota来说，执行这条命令仅仅是限制单个RegionServer上的流量，并不是整个集群的限制总量（集群限制总量=每个RegionServer的限制量*RegionNum）。另外，执行set_quota命令后，默认是需要等待300000秒（5分钟）才会生效。如果觉得时间太长，可以将生效时间缩短，通过hbase-site.xml文件中的参数hbase.quota.refresh.period来设置时间，比如：

# 一分钟后生效
hbase.quota.refresh.period=

3.2 限制命名空间中的表个数

　　在创建命名空间中的表个数，可以在创建命名空间时指定，也可以在创建之后在此修改表个数，同样也可以删除表限制。通过设置hbase.namespace.quota.maxtables属性值来改变。操作内容如下所示：

# 创建一个命令空间最大包含5个表
hbase> create_namespace 'ns1', {'hbase.namespace.quota.maxtables'=>''}

# 修改一个已存在的命令空间所允许的表数量大小为8个
hbase> alter_namespace 'ns2', {METHOD => 'set', 'hbase.namespace.quota.maxtables'=>''}

# 显示命令空间下的所有详情
hbase> describe_namespace 'ns2'

# 删除命令空间中表个数的限制
hbase> alter_namespace 'ns2', {METHOD => 'unset', NAME=>'hbase.namespace.quota.maxtables'}

3.3 限制命名空间的Region

　　在创建命名空间时 ，可以限制Region的个数。在创建之后也可以通过命令来修改个数的上限值。具体操作如下所示：

# 创建一个命名空间最大包含10个Region
hbase> create_namespace 'ns1', {'hbase.namespace.quota.maxregions'=>''

# 显示命令空间中详情
hbase> describe_namespace 'ns1'

# 修改命名空间中最大Region个数为20个
hbase> alter_namespace 'ns2', {METHOD => 'set', 'hbase.namespace.quota.maxregions'=>''}

# 删除命名空间中Region个数的限制
hbase> alter_namespace 'ns2', {METHOD => 'unset', NAME=> 'hbase.namespace.quota.maxregions'}

　　这里也许有些同学在操作的过程当中遇到过，在请求操作限制阀值时，日志没有打印出错误信息，这是由于默认日志输出时INFO级别，不会打印这类异常，如果要查看，可以通过修改log4j的日志级别为DEBUG，这样就可以查看到对应的异常信息了。

4.资源隔离

　　在HBase中可以通过资源隔离的方式来间接的限流。将请求均衡到多个RegionServer中去。通过balance_switch命令来实现自动均衡操作。命令如下：

# 停止自动均衡
balance_switch false

# 开启自动均衡
balance_switch true

　　在实际业务中，如果HBase某个表的RegionServer全部集中在一个上，这时候可以考虑使用move命令手动均衡操作，具体操作语法如下：

# move手动操作语法
move [region id] [ServerName]

　　如下图所示：

　　从图中一个Table Region来说，”t2,,1510401809742.bd015fc10e75b70a52adc0c32a2321c2.“其中region id为”bd015fc10e75b70a52adc0c32a2321c2“。我们可以在HBase集群客户端执行以下命令来手动指定region。命令如下所示：

# 将该Region（dn3）移动到Region（dn1）
echo "move 'bd015fc10e75b70a52adc0c32a2321c2','dn1,16020,1510401268652'"|hbase shell

　　在往HBase表中写数据的时候，默认是往一个Region中写数据，当数据量很大时，才会自动拆分成多个Region，拆分的规则和RowKey设计有关。为了防止出现这种情况，我们可以在创建表的时候进行预分区操作。命令如下所示：

# 创建表的预分区（6个Region），RegionTotals = SPLITS.length + 1
create 't2', 'cf', SPLITS => ['','','','','']

　　这样我们可以拆分成6个Region，这里也许有同学要问，为什么是6个Region。其实，从上图中就可以看出，表分区中第一个Region是没有StartKey，最后一个Region是没有EndKey的。为什么会出现这种情况，下面就给大家来剖析这个原因。如下图所示：

　　从图中可知，在第一个Region中只有EndKey，没有StartKey。第一个Region中的EndKey(0001)，就是第二个Region的StartKey，以此类推，到最后一个Region就只有StartKey(0005)了。这就是为什么第一个Region没有StartKey，最后一个Region没有EndKey的原因。

　　其实，我们在使用HBase的Java API获取Region的StartKey和EndKey的时候，有时会出现Null，也就是这个原因。

5.总结

　　在使用Quota命令进行限流时，需要确保hbase-site.xml文件中的限流属性开启。另外，在对表做手动均衡操作时，使用move命令即可。HBase是有自动均衡的策略的，均衡的Region取决于设计分割的Key，Key的产生又和HBase中中Rowkey的设计息息相关。所以，HBase中表的RowKey设计的是否优秀，决定了Region均衡时，分割Key的选取。

6.结束语

　　这篇博客就和大家分享到这里，如果大家在研究学习的过程当中有什么问题，可以加群进行讨论或发送邮件给我，我会尽我所能为您解答，与君共勉。