Hbase學習筆記(二) 索引資料的儲存

2021-10-17 11:12:07 字數 2554 閱讀 5140

hbase中索引資料主要分為兩類:

一部分儲存在記憶體中

一部分儲存在磁碟中

常見的記憶體索引結構有紅黑樹和二叉樹,hbase使用了跳躍表

之所以使用跳躍表,一方面是因為跳躍表實現相對簡單;另一方面是因為跳躍表在併發場景下加鎖粒度更小,能夠乘載更多的併發

儲存在磁碟部分的索引使用的是lsm(log structure merge),這裡儲存的不是資料,而是資料的操作記錄,包括資料的內容和對資料的操作型別

我們都知道mysql innodb儲存引擎底層使用的索引結構就是b+樹,那麼為什麼hbase沒有使用b+樹作為自己的索引結構呢?

主要是因為當只有少量寫的時候,b+樹的效能還好,但是當發生大量寫的時候,就會導致寫效能的下降。

這裡可以回憶一下b+樹的資料修改過程,使用待插入的key和當前樹節點儲存的幾個索引值進行比較,確定屬於下層哪個資料節點,然後使用待插入key來和其儲存的幾個索引值進行比較,重複上述過程,直到葉子節點。

如果有大量的併發寫操作,那麼就會在磁碟中發生大量的在磁碟塊中查詢資料的過程,如果這些大量的待插入的key不在同乙個或者相鄰的磁碟塊中,那麼會發生大量的隨機io,而我們知道磁碟的隨機io相較於順序io是很慢的

而lsm是如何解決的呢,主要通過一下幾個方面來解決:

lsm索引結構包含了兩個部分:記憶體部分和磁碟部分,在hbase中使用的lsm記憶體部分使用的資料結構就是前面說的跳躍表當發生寫操作的時,首先將這個操作作為記錄追加到乙個預寫日誌中,然後將其寫入到記憶體中,從上面這個過程我們可以看到,這裡發生的磁碟寫,因為是追加操作,所以是順序io,從而避免了隨機io

當記憶體中的memstore寫滿之後,會將memstore中的內容刷寫到磁碟中,因為記憶體中的跳躍表資料已經是有序的列,因此此時的刷寫仍然是順序io

當刷寫到磁碟的檔案過多時,此時一次查詢可能需要遍歷多個檔案,從而影響效能,因此為了減少磁碟中的檔案數量,hbase會對磁碟檔案進行合併

這裡需要注意,hbase底層的儲存時基於hdfs的,而hdfs本身是不支援插入操作的,只支援追加操作,這也為hbase選擇lsm作為索引結構提供了必然性

這裡的儲存結構沒什麼特別的,和一般的儲存結構相似,使用一部分位元組用來儲存帶儲存內容的位元組個數,然後用一部分位元組來儲存內容

但是這裡需要注意的是,hbase儲存的key,從上面這張圖可以看到,key部分主要包括了rowkey、family、qualifier、timestamp和type

其中type代表操作,比如put、delete等,也就是說hbase中的lsm是儲存了操作型別的

hbase中的檔案合併主要分為兩種:

minor compaction,只對少數幾個檔案進行合併,優點是合併的檔案個數少,對磁碟的較小;缺點是因為只對區域性資料進行了合併,因此無法徹底刪除那些delete操作刪除的資料(比如當前合併的檔案中並沒有包含某條資料的delete操作記錄,而該操作記錄在另外乙個檔案中,從而就無法在合併的時候真正刪除這些檔案)

major compaction,對全部檔案進行合併,因此會將標誌為刪除的資料真正刪除掉。優點是合併後只有乙個檔案,進行讀操作時只需要讀取乙個檔案,效率是最高的;缺點是對大量的檔案進行合併操作,肯定會加大對磁碟的壓力,從而會影響hbase的效能,會造成毛刺

hbase會周期性地執行major compaction,當檔案數量超過閾值時,則會執行minor compaction來合併少量檔案

當存在大量磁碟檔案時,如果每次執行讀操作都需要遍歷這些檔案來查詢資料,會極大地影響讀效能,因此為了提公升讀效能,一是通過上面所說的compaction,來減少檔案數量;另外乙個就是只對部分檔案進行查詢,那麼需要對哪些檔案進行查詢呢,這個時候使用的就是bloom filter,可以為每個檔案設定乙個bloom filter

bloom filter包含了乙個位元組陣列,因此每個位置上的資料只能是0和1,初始值都為0

插入資料

當向bloom filter中新增資料時,會對這個資料進行多次hash,將每次hash後的結果和位元組陣列的長度進行取模,確定乙個陣列中的位置,然後將該位置上的資料置為1,因此一次資料插入會對應陣列多個位置上資料被置為1

判斷資料是否存在

從上面的操作可以知道,如果乙個資料被插入到了bloom filter,那麼陣列上的一些位置上的資料一定是1

同理,為了判斷資料是否被插入,仍然對資料進行多次hash,然後取模,來判斷多個位置上的數字是否都為1即可

但是,這裡可能會發生誤判,可能這些位置上的1是其他資料插入導致的,但是可以保證如果這些位置上的數字有的為0,那麼當前判斷的資料是一定沒有插入到bloom filter中的(畢竟資料的插入只會將位置上的數字設定為1,而不會設定為0)

bloom filter的型別

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