HBase的基本架构及其原理介绍

1、概述：最近，有一些工程师问我有关HBase的基本架构的问题，其实这个问题仅仅说架构是非常简单，但是需要理解。在这里，我觉得可以用HDFS的架构作为借鉴。（其实像Hadoop生态系统中的大部分组建的架构原理是类似，不信你往下看）

2、介绍架构

（1）HDFS例子

在这里我以我比较熟悉的HDFS分布式文件系统作为一个例子来简单说明一下。首先我对HDFS的架构做一个简单的说明：

HDFS分布式文件系统主要三个组建：NameNode和DataNode以及SecondaryNameNode。Namenode主要负责维护文件系统的元数据信息，DataNode则是负责实际存储对应数据分片的节点。

它的主要工作原理是客户端（client）通过发送一个请求（读写请求）时，首先会从NameNode中获取对应的元数据信息，这个元数据信息包含了对应 请求的数据所在的位置、大小等信息。获取到这些元数据信息后，client直接从对应的DataNode上执行对应的请求。这就是整个请求的响应过程。这 简单吧。当然这里并没有讲到SecondaryNameNode，它的作用主要是用来合并fsimage和edits文件来减少NameNode重启的时 间，还可以用来作为数据的一个冷备份。

好了，HDFS分布式文件系统的架构和原理简单的理解就是上面的内容了。下面来看看HBase的架构和原理吧。

（2）HBase（正题）

有了HDFS的基本原理对比之后，我们用同样的思维看HBase：与HDFS一样，HBase有Master和RegionServer（当然，这里还 需要用到Zookeeper）。在这里其实Zookeeper充当了类似NameNode的角色，Master的角色实际上是维护整个列式存储集群的运行 （如分配或切分Region，检查失效的RegionServer），RegionServer的角色当然跟Datanode的角色类似啦。

　 　HBase的主要原理：客户端（Client）发送对应的请求（增、删、改、查），首先客户端会从Zookeeper中获取一个-ROOT-的表的元信 息（即-ROOT-的位置）；第二步，客户端就去读取对应的-ROOT-表的信息，-ROOT-表中存储了对应的Meta的元数据信息；第三步，客户端知 道了Meta表元数据信息后就去读取对应Meta表的信息，Meta表存储了对应存放数据的RegionServer的位置信息等；第四步，就去获取对应 RegionServer上的数据。

　　HBase中比较重要的RegionServer，它上面包含的内容有：WAL(HLog)、BlockCache、Region、MemStore、StoreFile（HFile新版本的改进），下面主要讲一下这些个名词的原理和含义：

　　a）　　WAL：Write Ahead Log即提前写日志（Log），根据字面意思就知道，在写操作的时候，就是先要写入到该日志文件中。所有写操作都会先保证将数据写入这个Log文件后，才 会真正更新MemStore，最后写入HFile中。这样可以在RegionServer挂掉后，通过WAL来恢复数据，从而避免数据的丢失。一般一个 RegionServer只有一个WAL实例，也就是说一个RegionServer的所有WAL写都是串行的，你可能会觉得这会有性能问题，因而在 HBase 1.0之后，通过HBASE-5699实现了多个WAL并行写(MultiWAL)，该实现采用HDFS的多个管道写，以单个HRegion为单位。

　　b)　　BlockCache：它是一个读缓存，即“引用局部性”原理。

　　c)　　Region：它是一个Table在一个RegionServer中的存储单元，也是分布式存 储的最小单元。一个Table可以有一个或多个Region，他们可以在一个相同的RegionServer上，也可以分布在不同的 RegionServer上，一个RegionServer可以有多个Region，他们分别属于不同的Table。Region由多个Store构成， 每个Store对应了一个Table在这个Region中的一个Column Family，即每个Column Family就是一个集中的存储单元，因而最好将具有相近IO特性的Column存储在一个Column Family，以实现高效读取(数据局部性原理，可以提高缓存的命中率)。Store是HBase中存储的核心，它实现了读写HDFS功能，一个 Store由一个MemStore 和0个或多个StoreFile组成。

　　d)　　MemStore是一个写缓存(In Memory Sorted Buffer)，所有数据的写在完成WAL日志写后，再写入MemStore中，由MemStore根据一定的算法将数据Flush到地层HDFS文件中 (HFile)，通常每个HRegion中的每个 Column Family有一个自己的MemStore。

　　e)　　HFile(StoreFile) 用于存储HBase的数据(Cell/KeyValue)。在HFile中的数据是按RowKey、Column Family、Column排序，对相同的Cell(即这三个值都一样)，则按timestamp倒序排列。