HBase学习（四） 二级索引 rowkey设计

HBase学习（四）

一、HBase的读写流程

画出架构

1.1 HBase读流程

Hbase读取数据的流程：
1）是由客户端发起读取数据的请求，首先会与zookeeper建立连接
2）从zookeeper中获取一个hbase:meta表位置信息，被哪一个regionserver所管理着
     hbase:meta表：hbase的元数据表，在这个表中存储了自定义表相关的元数据，包括表名，表有哪些列簇，表有哪些reguion,每个region存储的位置，每个region被哪个regionserver所管理，这个表也是存储在某一个region上的，并且这个meta表只会被一个regionserver所管理。这个表的位置信息只有zookeeper知道。
3）连接这个meta表对应的regionserver,从meta表中获取当前你要读取的这个表对应的regionsever是谁。
     当一个表多个region怎么办呢？
     如果我们获取数据是以get的方式，只会返回一个regionserver
     如果我们获取数据是以scan的方式，会将所有的region对应的regionserver的地址全部返回。
4）连接要读取表的对应的regionserver,从regionserver上的开始读取数据：
       读取顺序：memstore-->blockcache-->storefile-->Hfile中
       注意：如果是scan操作，就不仅仅去blockcache了，而是所有都会去找。

1.2 HBase写流程

--------------------------1-4步是客户端写入数据的流程-----------------
​
Hbase的写入数据流程：
1）由客户端发起写数据请求，首先会与zookeeper建立连接
2）从zookeeper中获取hbase:meta表被哪一个regionserver所管理
3）连接hbase:meta表中获取对应的regionserver地址 (从meta表中获取当前要写入数据的表对应的region所管理的regionserver) 只会返回一个regionserver地址
4）与要写入数据的regionserver建立连接，然后开始写入数据，将数据首先会写入到HLog，然后将数据写入到对应store模块中的memstore中
（可能会写多个），当这两个地方都写入完成之后，表示数据写入完成。
​
​
-------------------------后面的步骤是服务器内部的操作-----------------
异步操作
5）随着客户端不断地写入数据，memstore中的数据会越来多，当内存中的数据达到阈值（128M/1h）的时候，放入到blockchache中，生成新的memstore接收用户过来的数据，然后当blockcache的大小达到一定阈值（0.85）的时候，开始触发flush机制，将数据最终刷新到HDFS中形成小的Hfile文件。
​
6）随着不断地刷新，storefile不断地在HDFS上生成小HFIle文件，当小的HFile文件达到阈值的时候（3个及3个以上）,就会触发Compaction机制，将小的HFile合并成一个大的HFile.
​
7）随着不断地合并，大的HFile文件会越来越大，当达到一定阈值（最终10G）的时候，会触发分裂机制（split）,将大的HFile文件进行一分为二，同时管理这个大的HFile的region也会被一分为二，形成两个新的region和两个新的HFile文件，一对一的进行管理，将原来旧的region和分裂之前大的HFile文件慢慢地就会下线处理。

二、Region的分裂策略

region中存储的是一张表的数据，当region中的数据条数过多的时候，会直接影响查询效率。当region过大的时候，region会被拆分为两个region，HMaster会将分裂的region分配到不同的regionserver上，这样可以让请求分散到不同的RegionServer上，已达到负载均衡 , 这也是HBase的一个优点 。

• ConstantSizeRegionSplitPolicy

  0.94版本前，HBase region的默认切分策略

  当region中最大的store大小超过某个阈值(hbase.hregion.max.filesize=10G)之后就会触发切分，一个region等分为2个region。

  但是在生产线上这种切分策略却有相当大的弊端（切分策略对于大表和小表没有明显的区分）：

  • 阈值(hbase.hregion.max.filesize)设置较大对大表比较友好，但是小表就有可能不会触发分裂，极端情况下可能就1个，形成热点，这对业务来说并不是什么好事。

  • 如果设置较小则对小表友好，但一个大表就会在整个集群产生大量的region，这对于集群的管理、资源使用、failover来说都不是一件好事。

• IncreasingToUpperBoundRegionSplitPolicy

  0.94版本~2.0版本默认切分策略

  总体看和ConstantSizeRegionSplitPolicy思路相同，一个region中最大的store大小大于设置阈值就会触发切分。 但是这个阈值并不像ConstantSizeRegionSplitPolicy是一个固定的值，而是会在一定条件下不断调整，调整规则和region所属表在当前regionserver上的region个数有关系.

  region split阈值的计算公式是：

  • 设regioncount：是region所属表在当前regionserver上的region的个数

  • 阈值 = regioncount^3 * 128M * 2，当然阈值并不会无限增长，最大不超过MaxRegionFileSize（10G),当region中最大的store的大小达到该阈值的时候进行region split

  例如：

  • 第一次split阈值 = 1^3 * 256 = 256MB

  • 第二次split阈值 = 2^3 * 256 = 2048MB

  • 第三次split阈值 = 3^3 * 256 = 6912MB

  • 第四次split阈值 = 4^3 * 256 = 16384MB > 10GB，因此取较小的值10GB

  • 后面每次split的size都是10GB了

  特点

  • 相比ConstantSizeRegionSplitPolicy，可以自适应大表、小表；

  • 在集群规模比较大的情况下，对大表的表现比较优秀

  • 对小表不友好，小表可能产生大量的小region，分散在各regionserver上

  • 小表达不到多次切分条件，导致每个split都很小，所以分散在各个regionServer上

• SteppingSplitPolicy

  2.0版本默认切分策略

  相比 IncreasingToUpperBoundRegionSplitPolicy 简单了一些 ​ region切分的阈值依然和待分裂region所属表在当前regionserver上的region个数有关系

  • 如果region个数等于1，切分阈值为flush size 128M * 2

  • 否则为MaxRegionFileSize。

  这种切分策略对于大集群中的大表、小表会比 IncreasingToUpperBoundRegionSplitPolicy 更加友好，小表不会再产生大量的小region，而是适可而止。

• KeyPrefixRegionSplitPolicy

  根据rowKey的前缀对数据进行分区，这里是指定rowKey的前多少位作为前缀，比如rowKey都是16位的，指定前5位是前缀，那么前5位相同的rowKey在相同的region中。

• DelimitedKeyPrefixRegionSplitPolicy

  保证相同前缀的数据在同一个region中，例如rowKey的格式为：userid_eventtype_eventid，指定的delimiter为 _ ，则split的的时候会确保userid相同的数据在同一个region中。 按照分隔符进行切分，而KeyPrefixRegionSplitPolicy是按照指定位数切分。

• BusyRegionSplitPolicy

  按照一定的策略判断Region是不是Busy状态，如果是即进行切分

  如果你的系统常常会出现热点Region，而你对性能有很高的追求，那么这种策略可能会比较适合你。它会通过拆分热点Region来缓解热点Region的压力，但是根据热点来拆分Region也会带来很多不确定性因素，因为你也不知道下一个被拆分的Region是哪个。

• DisabledRegionSplitPolicy

  不启用自动拆分, 需要指定手动拆分

三、Compaction操作

Minor Compaction：

• 指选取一些小的、相邻的StoreFile将他们合并成一个更大的StoreFile，在这个过程中不会处理已经Deleted或Expired的Cell。一次 Minor Compaction 的结果是更少并且更大的StoreFile。

Major Compaction：

• 指将所有的StoreFile合并成一个StoreFile，这个过程会清理三类没有意义的数据：被删除的数据、TTL过期数据、版本号超过设定版本号的数据。另外，一般情况下，major compaction时间会持续比较长，整个过程会消耗大量系统资源，对上层业务有比较大的影响。因此线上业务都会将关闭自动触发major compaction功能，改为手动在业务低峰期触发。

参考文档：https://cloud.tencent.com/developer/article/1488439

四、面对百亿数据，HBase为什么查询速度依然非常快？

HBase适合存储PB级别的海量数据（百亿千亿量级条记录），如果根据记录主键Rowkey来查询，能在几十到百毫秒内返回数据。

那么HBase是如何做到的呢？

接下来，简单阐述一下数据的查询思路和过程。

查询过程

第1步：

项目有100亿业务数据，存储在一个HBase集群上（由多个服务器数据节点构成），每个数据节点上有若干个Region（区域），每个Region实际上就是HBase中一批数据的集合（一段连续范围rowkey的数据）。

我们现在开始根据主键RowKey来查询对应的记录，通过meta表可以帮我们迅速定位到该记录所在的数据节点，以及数据节点中的Region，目前我们有100亿条记录，占空间10TB。所有记录被切分成5000个Region，那么现在，每个Region就是2G。

由于记录在1个Region中，所以现在我们只要查询这2G的记录文件，就能找到对应记录。

第2步：

由于HBase存储数据是按照列族存储的。比如一条记录有400个字段，前100个字段是人员信息相关，这是一个列簇（列的集合）；中间100个字段是公司信息相关，是一个列簇。另外100个字段是人员交易信息相关，也是一个列簇；最后还有100个字段是其他信息，也是一个列簇

这四个列簇是分开存储的，这时，假设2G的Region文件中，分为4个列族，那么每个列族就是500M。

到这里，我们只需要遍历这500M的列簇就可以找到对应的记录。

第3步：

如果要查询的记录在其中1个列族上，1个列族在HDFS中会包含1个或者多个HFile。

如果一个HFile一般的大小为100M，那么该列族包含5个HFile在磁盘上或内存中。

由于HBase的内存进而磁盘中的数据是排好序的，要查询的记录有可能在最前面，也有可能在最后面，按平均来算，我们只需遍历2.5个HFile共250M，即可找到对应的记录。

第4步：

每个HFile中，是以键值对(key/value)方式存储，只要遍历文件中的key位置并判断符合条件即可

一般key是有限的长度，假设key/value比是1:24，最终只需要10M的数据量，就可获取的对应的记录。

如果数据在机械磁盘上，按其访问速度100M/S，只需0.1秒即可查到。

如果是SSD的话，0.01秒即可查到。

当然，扫描HFile时还可以通过布隆过滤器快速定位到对应的HFile，以及HBase是有内存缓存机制的，如果数据在内存中，效率会更高。

总结

正因为以上大致的查询思路，保证了HBase即使随着数据量的剧增，也不会导致查询性能的下降。

同时，HBase是一个面向列存储的数据库（列簇机制），当表字段非常多时，可以把其中一些字段独立出来放在一部分机器上，而另外一些字段放到另一部分机器上，分散存储，分散列查询。

正由于这样复杂的存储结构和分布式的存储方式，保证了HBase海量数据下的查询效率。

五、HBase与Hive的集成

HBase与Hive的对比

hive:

数据仓库：Hive的本质其实就相当于将HDFS中已经存储的文件在Mysql中做了一个双射关系，以方便使用HQL去管理查询。

用于数据分析、清洗：Hive适用于离线的数据分析和清洗，延迟较高。

基于HDFS、MapReduce：Hive存储的数据依旧在DataNode上，编写的HQL语句终将是转换为MapReduce代码执行。

HBase

数据库：是一种面向列族存储的非关系型数据库。

用于存储结构化和非结构化的数据：适用于单表非关系型数据的存储，不适合做关联查询，类似JOIN等操作。

基于HDFS：数据持久化存储的体现形式是HFile，存放于DataNode中，被ResionServer以region的形式进行管理。

延迟较低，接入在线业务使用：面对大量的企业数据，HBase可以直线单表大量数据的存储，同时提供了高效的数据访问速度。

在hive-site.xml中添加zookeeper的属性

    <property>
        <name>hive.zookeeper.quorum</name>
        <value>hadoop102,hadoop103,hadoop104</value>
    </property>
​
    <property>
        <name>hive.zookeeper.client.port</name>
        <value>2181</value>
    </property>
​

HBase中已经存储了某一张表，在Hive中创建一个外部表来关联HBase中的这张表

建立外部表的字段名要和hbase中的列名一致

前提是hbase中已经有表了

create external table students_hbase
(
id string,
name string,
age string,
gender string, 
clazz string
)
stored by 'org.apache.hadoop.hive.hbase.HBaseStorageHandler'
with serdeproperties ("hbase.columns.mapping" = "
:key,
info:name,
info:age,
info:gender,
info:clazz
")
tblproperties("hbase.table.name" = "default:students");
​
create external table score_hbase2
(
id string,
score_dan string
)
stored by 'org.apache.hadoop.hive.hbase.HBaseStorageHandler'
with serdeproperties ("hbase.columns.mapping" = "
:key,
info:score_dan
")
tblproperties("hbase.table.name" = "default:score");

关联后就可以使用Hive函数进行一些分析操作了

六、Phoenix

Hbase适合存储大量的对关系运算要求低的NOSQL数据，受Hbase 设计上的限制不能直接使用原生的API执行在关系数据库中普遍使用的条件判断和聚合等操作。Hbase很优秀，一些团队寻求在Hbase之上提供一种更面向普通开发人员的操作方式，Apache Phoenix即是。

Phoenix 基于Hbase给面向业务的开发人员提供了以标准SQL的方式对Hbase进行查询操作，并支持标准SQL中大部分特性:条件运算,分组，分页，等高级查询语法。

1、Phoenix搭建

Phoenix 4.15 HBase 1.4.6 hadoop 2.7.6

1、关闭hbase集群，在master中执行

stop-hbase.sh

2、上传解压配置环境变量

解压

tar -xvf apache-phoenix-4.15.0-HBase-1.4-bin.tar.gz -C /usr/local/soft/

改名

mv apache-phoenix-4.15.0-HBase-1.4-bin phoenix-4.15.0

3、将phoenix-4.15.0-HBase-1.4-server.jar复制到所有节点的hbase lib目录下

scp /usr/local/soft/phoenix-4.15.0/phoenix-4.15.0-HBase-1.4-server.jar master:/usr/local/soft/hbase-1.4.6/lib/
​
scp /usr/local/soft/phoenix-4.15.0/phoenix-4.15.0-HBase-1.4-server.jar node1:/usr/local/soft/hbase-1.4.6/lib/
​
scp /usr/local/soft/phoenix-4.15.0/phoenix-4.15.0-HBase-1.4-server.jar node2:/usr/local/soft/hbase-1.4.6/lib/
​

4、启动hbase ， 在master中执行

start-hbase.sh

5、配置环境变量

vim /etc/profile

2、Phoenix使用

1、连接sqlline

sqlline.py master,node1,node2
 
# 出现
163/163 (100%) Done
Done
sqlline version 1.5.0
0: jdbc:phoenix:master,node1,node2> 

2、常用命令

# 1、创建表
 
CREATE TABLE IF NOT EXISTS student (
 id VARCHAR NOT NULL PRIMARY KEY,
 name VARCHAR,
 age BIGINT,
 gender VARCHAR ,
 clazz VARCHAR
);
 
# 2、显示所有表
 !table
 
# 3、插入数据
upsert into STUDENT values('1500100004','葛德曜',24,'男','理科三班');
upsert into STUDENT values('1500100005','宣谷芹',24,'男','理科六班');
upsert into STUDENT values('1500100006','羿彦昌',24,'女','理科三班');
 
# 4、查询数据,支持大部分sql语法，
select * from STUDENT ;
select * from STUDENT where age=24;
select gender ,count(*) from STUDENT group by gender;
select * from student order by gender;
 
# 5、删除数据
delete from STUDENT where id='1500100004';
 
# 6、删除表
drop table STUDENT;
 
# 7、退出命令行
!quit
 
更多语法参照官网
https://phoenix.apache.org/language/index.html#upsert_select

3、phoenix表映射

默认情况下，直接在hbase中创建的表，通过phoenix是查看不到的

如果需要在phoenix中操作直接在hbase中创建的表，则需要在phoenix中进行表的映射。映射方式有两种：视图映射和表映射

3.1、视图映射

Phoenix创建的视图是只读的，所以只能用来做查询，无法通过视图对源数据进行修改等操作

# hbase shell 进入hbase命令行
hbase shell 
 
# 创建hbase表
create 'test','name','company' 
 
# 插入数据
put 'test','001','name:firstname','zhangsan1'
put 'test','001','name:lastname','zhangsan2'
put 'test','001','company:name','数加'
put 'test','001','company:address','合肥'
 
upsert into TEST values('002','xiaohu','xiaoxiao','数加','合肥');
 
# 在phoenix创建视图， primary key 对应到hbase中的rowkey
 
create view "test"(
empid varchar primary key,
"name"."firstname" varchar,
"name"."lastname"  varchar,
"company"."name"  varchar,
"company"."address" varchar
);
 
CREATE view "students" (
 id VARCHAR NOT NULL PRIMARY KEY,
 "info"."name" VARCHAR,
 "info"."age" VARCHAR,
 "info"."gender" VARCHAR ,
 "info"."clazz" VARCHAR
) column_encoded_bytes=0;
 
# 在phoenix查询数据，表名通过双引号引起来
select * from "test";
 
# 删除视图
drop view "test";

3.2、表映射

使用Apache Phoenix创建对HBase的表映射，有两类：

1） 当HBase中已经存在表时，可以以类似创建视图的方式创建关联表，只需要将create view改为create table即可。

2）当HBase中不存在表时，可以直接使用create table指令创建需要的表，并且在创建指令中可以根据需要对HBase表结构进行显示的说明。

第1）种情况下，如在之前的基础上已经存在了test表，则表映射的语句如下：

create table "test" (
empid varchar primary key,
"name"."firstname" varchar,
"name"."lastname"varchar,
"company"."name"  varchar,
"company"."address" varchar
)column_encoded_bytes=0;
 
upsert into "students" values('150011000100','xiaohu','24','男','理科三班');
 
upsert into  "test"  values('1001','xiaohu','xiaoxiao','数加','合肥');
 
CREATE table  "students" (
 id VARCHAR NOT NULL PRIMARY KEY,
 "info"."name" VARCHAR,
 "info"."age" VARCHAR,
 "info"."gender" VARCHAR ,
 "info"."clazz" VARCHAR
) column_encoded_bytes=0;
 
upsert into "students" values('150011000100','xiaohu','24','男','理科三班');
 
CREATE table  "score" (
 id VARCHAR NOT NULL PRIMARY KEY,
 "info"."score_dan" VARCHAR
) column_encoded_bytes=0;

使用create table创建的关联表，如果对表进行了修改，源数据也会改变，同时如果关联表被删除，源表也会被删除。但是视图就不会，如果删除视图，源数据不会发生改变。

七、bulkLoad实现批量导入

优点：

1. 如果我们一次性入库hbase巨量数据，处理速度慢不说，还特别占用Region资源， 一个比较高效便捷的方法就是使用 “Bulk Loading”方法，即HBase提供的HFileOutputFormat类。

2. 它是利用hbase的数据信息按照特定格式存储在hdfs内这一原理，直接生成这种hdfs内存储的数据格式文件，然后上传至合适位置，即完成巨量数据快速入库的办法。配合mapreduce完成，高效便捷，而且不占用region资源，增添负载。

限制：

1. 仅适合初次数据导入，即表内数据为空，或者每次入库表内都无数据的情况。

2. HBase集群与Hadoop集群为同一集群，即HBase所基于的HDFS为生成HFile的MR的集群

代码编写：

提前在Hbase中创建好表

生成Hfile基本流程：

1. 设置Mapper的输出KV类型：

   K： ImmutableBytesWritable（代表行键）

   V： KeyValue （代表cell）

2. 开发Mapper

读取你的原始数据，按你的需求做处理

输出rowkey作为K，输出一些KeyValue（Put）作为V

3. 配置job参数

a. Zookeeper的连接地址

b. 配置输出的OutputFormat为HFileOutputFormat2，并为其设置参数

4. 提交job

导入HFile到RegionServer的流程

构建一个表描述对象

构建一个region定位工具

然后用LoadIncrementalHFiles来doBulkload操作

pom文件：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>hadoop-bigdata17</artifactId>
        <groupId>com.shujia</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
 
    <artifactId>had-hbase-demo</artifactId>
 
    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
            <artifactId>hadoop-common</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
            <artifactId>hadoop-client</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
            <artifactId>hadoop-hdfs</artifactId>
        </dependency>
 
        <dependency>
            <groupId>org.apache.hbase</groupId>
            <artifactId>hbase-client</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.hbase</groupId>
            <artifactId>hbase-server</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.phoenix</groupId>
            <artifactId>phoenix-core</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.lmax</groupId>
            <artifactId>disruptor</artifactId>
        </dependency>
 
    </dependencies>
 
    <build>
        <plugins>
            <!-- compiler插件, 设定JDK版本 -->
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>2.3.2</version>
                <configuration>
                    <encoding>UTF-8</encoding>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                    <showWarnings>true</showWarnings>
                </configuration>
            </plugin>
 
            <!-- 带依赖jar 插件-->
            <plugin>
                <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <descriptorRefs>
                        <descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
                    </descriptorRefs>
                </configuration>
                <executions>
                    <execution>
                        <id>make-assembly</id>
                        <phase>package</phase>
                        <goals>
                            <goal>single</goal>
                        </goals>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>
        </plugins>
 
    </build>
 
</project>

电信数据

手机号,网格编号,城市编号,区县编号,停留时间,进入时间,离开时间,时间分区
D55433A437AEC8D8D3DB2BCA56E9E64392A9D93C,117210031795040,83401,8340104,301,20180503190539,20180503233517,20180503
 
手机号和进入时间

说明

1. 最终输出结果，无论是map还是reduce，输出部分key和value的类型必须是： < ImmutableBytesWritable, KeyValue>或者< ImmutableBytesWritable, Put>。

2. 最终输出部分，Value类型是KeyValue 或Put，对应的Sorter分别是KeyValueSortReducer或PutSortReducer。

3. MR例子中HFileOutputFormat2.configureIncrementalLoad(job, dianxin_bulk, regionLocator);自动对job进行配置。SimpleTotalOrderPartitioner是需要先对key进行整体排序，然后划分到每个reduce中，保证每一个reducer中的的key最小最大值区间范围，是不会有交集的。因为入库到HBase的时候，作为一个整体的Region，key是绝对有序的。

4. MR例子中最后生成HFile存储在HDFS上，输出路径下的子目录是各个列族。如果对HFile进行入库HBase，相当于move HFile到HBase的Region中，HFile子目录的列族内容没有了，但不能直接使用mv命令移动，因为直接移动不能更新HBase的元数据。

5. HFile入库到HBase通过HBase中 LoadIncrementalHFiles的doBulkLoad方法，对生成的HFile文件入库

八、HBase中rowkey的设计（重点！！面试题）

HBase的RowKey设计

HBase是三维有序存储的，通过rowkey（行键），column key（column family和qualifier）和TimeStamp（时间戳）这个三个维度可以对HBase中的数据进行快速定位。

HBase中rowkey可以唯一标识一行记录，在HBase查询的时候，有两种方式：

通过get方式，指定rowkey获取唯一一条记录

通过scan方式，设置startRow和stopRow参数进行范围匹配

全表扫描，即直接扫描整张表中所有行记录

rowkey长度原则

rowkey是一个二进制码流，可以是任意字符串，最大长度 64kb ，实际应用中一般为10-100bytes，以 byte[] 形式保存，一般设计成定长。

建议越短越好，不要超过16个字节，原因如下：

数据的持久化文件HFile中是按照KeyValue存储的，如果rowkey过长，比如超过100字节，1000w行数据，光rowkey就要占用100*1000w=10亿个字节，将近1G数据，这样会极大影响HFile的存储效率；

MemStore将缓存部分数据到内存，如果rowkey字段过长，内存的有效利用率就会降低，系统不能缓存更多的数据，这样会降低检索效率。

目前操作系统都是64位系统，内存8字节对齐，控制在16个字节，8字节的整数倍利用了操作系统的最佳特性。

rowkey散列原则

如果rowkey按照时间戳的方式递增，不要将时间放在二进制码的前面，建议将rowkey的高位作为散列字段，由程序随机生成，低位放时间字段，这样将提高数据均衡分布在每个RegionServer，以实现负载均衡的几率。如果没有散列字段，首字段直接是时间信息，所有的数据都会集中在一个RegionServer上，这样在数据检索的时候负载会集中在个别的RegionServer上，造成热点问题，会降低查询效率。

rowkey唯一原则

必须在设计上保证其唯一性，rowkey是按照字典顺序排序存储的，因此，设计rowkey的时候，要充分利用这个排序的特点，将经常读取的数据存储到一块，将最近可能会被访问的数据放到一块。

什么是热点

HBase中的行是按照rowkey的字典顺序排序的，这种设计优化了scan操作，可以将相关的行以及会被一起读取的行存取在临近位置，便于scan。然而糟糕的rowkey设计是热点的源头。 热点发生在大量的client直接访问集群的一个或极少数个节点（访问可能是读，写或者其他操作）。大量访问会使热点region所在的单个机器超出自身承受能力，引起性能下降甚至region不可用，这也会影响同一个RegionServer上的其他region，由于主机无法服务其他region的请求。 设计良好的数据访问模式以使集群被充分，均衡的利用。

为了避免写热点，设计rowkey使得不同行在同一个region，但是在更多数据情况下，数据应该被写入集群的多个region，而不是一个。

下面是一些常见的避免热点的方法以及它们的优缺点：

加盐

这里所说的加盐不是密码学中的加盐，而是在rowkey的前面增加随机数，具体就是给rowkey分配一个随机前缀以使得它和之前的rowkey的开头不同。分配的前缀种类数量应该和你想使用数据分散到不同的region的数量一致。加盐之后的rowkey就会根据随机生成的前缀分散到各个region上，以避免热点。

哈希

哈希会使同一行永远用一个前缀加盐。哈希也可以使负载分散到整个集群，但是读却是可以预测的。使用确定的哈希可以让客户端重构完整的rowkey，可以使用get操作准确获取某一个行数据

反转

第三种防止热点的方法时反转固定长度或者数字格式的rowkey。这样可以使得rowkey中经常改变的部分（最没有意义的部分）放在前面。这样可以有效的随机rowkey，但是牺牲了rowkey的有序性。

反转rowkey的例子以手机号为rowkey，可以将手机号反转后的字符串作为rowkey，这样的就避免了以手机号那样比较固定开头导致热点问题

时间戳反转

一个常见的数据处理问题是快速获取数据的最近版本，使用反转的时间戳作为rowkey的一部分对这个问题十分有用，可以用 Long.Max_Value - timestamp 追加到key的末尾，例如 [key]reverse_timestamp , [key] 的最新值可以通过scan [key]获得[key]的第一条记录，因为HBase中rowkey是有序的，第一条记录是最后录入的数据。

比如需要保存一个用户的操作记录，按照操作时间倒序排序，在设计rowkey的时候，可以这样设计

[userId反转]Long.Max_Value - timestamp，在查询用户的所有操作记录数据的时候，直接指定反转后的userId，startRow是[userId反转]000000000000,stopRow是[userId反转]Long.Max_Value - timestamp

如果需要查询某段时间的操作记录，startRow是[user反转]Long.Max_Value - 起始时间，stopRow是[userId反转]Long.Max_Value - 结束时间

其他一些建议

尽量减少行和列的大小在HBase中，value永远和它的key一起传输的。当具体的值在系统间传输时，它的rowkey，列名，时间戳也会一起传输。如果你的rowkey和列名很大，甚至可以和具体的值相比较，那么你将会遇到一些有趣的问题。HBase storefiles中的索引（有助于随机访问）最终占据了HBase分配的大量内存，因为具体的值和它的key很大。可以增加block大小使得storefiles索引再更大的时间间隔增加，或者修改表的模式以减小rowkey和列名的大小。压缩也有助于更大的索引。

列族尽可能越短越好，最好是一个字符

冗长的属性名虽然可读性好，但是更短的属性名存储在HBase中会更好

# 原数据：以时间戳_user_id作为rowkey
# 时间戳高位变化不大，太连续，最终可能会导致热点问题
1638584124_user_id
1638584135_user_id
1638584146_user_id
1638584157_user_id
1638584168_user_id
1638584179_user_id
 
# 解决方案：加盐、反转、哈希
 
# 加盐
# 加上随即前缀，随机的打散
# 该过程无法预测 前缀时随机的
00_1638584124_user_id
05_1638584135_user_id
03_1638584146_user_id
04_1638584157_user_id
02_1638584168_user_id
06_1638584179_user_id
 
# 反转
# 适用于高位变化不大，低位变化大的rowkey
4214858361_user_id
5314858361_user_id
6414858361_user_id
7514858361_user_id
8614858361_user_id
9714858361_user_id
 
# 散列 md5、sha1、sha256......
25531D7065AE158AAB6FA53379523979_user_id
60F9A0072C0BD06C92D768DACF2DFDC3_user_id
D2EFD883A6C0198DA3AF4FD8F82DEB57_user_id
A9A4C265D61E0801D163927DE1299C79_user_id
3F41251355E092D7D8A50130441B58A5_user_id
5E6043C773DA4CF991B389D200B77379_user_id
 
# 时间戳"反转"
# rowkey：时间戳_user_id
# rowkey是字典升序的，那么越新的记录会被排在最后面，不容易被获取到
# 需求：让最新的记录排在最前面
 
# 大数：9999999999
# 大数-小数
 
1638584124_user_id => 8361415875_user_id
1638584135_user_id => 8361415864_user_id
1638584146_user_id => 8361415853_user_id
1638584157_user_id => 8361415842_user_id
1638584168_user_id => 8361415831_user_id
1638584179_user_id => 8361415820_user_id
 
1638586193_user_id => 8361413806_user_id

合理设计rowkey实战（电信）

手机号,网格编号,城市编号,区县编号,停留时间,进入时间,离开时间,时间分区
D55433A437AEC8D8D3DB2BCA56E9E64392A9D93C,117210031795040,83401,8340104,301,20180503190539,20180503233517,20180503
 
将用户位置数据保存到hbase
    查询需求
        1、通过手机号查询用户最近10条位置记录
 
        2、获取用户某一天在一个城市中的所有位置
 
    怎么设计hbase表
        1、rowkey
        2、时间戳

九、二级索引

二级索引的本质就是建立各列值与行键之间的映射关系

Hbase的局限性：

　　HBase本身只提供基于行键和全表扫描的查询，而行键索引单一，对于多维度的查询困难。

所以我们引进一个二级索引的概念

常见的二级索引：

HBase的一级索引就是rowkey，我们只能通过rowkey进行检索。如果我们相对hbase里面列族的列列进行一些组合查询，就需要采用HBase的二级索引方案来进行多条件的查询。

1. MapReduce方案

2. ITHBASE（Indexed-Transanctional HBase）方案

3. IHBASE（Index HBase）方案

4. Hbase Coprocessor(协处理器)方案

5. Solr+hbase方案 redis+hbase 方案

6. CCIndex（complementalclustering index）方案

二级索引的种类

　　1、创建单列索引
 
　　2、同时创建多个单列索引
 
　　3、创建联合索引（最多同时支持3个列）
 
　　4、只根据rowkey创建索引

单表建立二级索引

1.首先disable ‘表名’
2.然后修改表
 
alter 'LogTable',METHOD=>'table_att','coprocessor'=>'hdfs:///写好的Hbase协处理器（coprocessor）的jar包名|类的绝对路径名|1001'
 
3. enable '表名'

二级索引的设计思路

二级索引的本质就是建立各列值与行键之间的映射关系
 
如上图1，当要对F:C1这列建立索引时，只需要建立F:C1各列值到其对应行键的映射关系，如C11->RK1等，这样就完成了对F:C1列值的二级索引的构建，当要查询符合F:C1=C11对应的F:C2的列值时（即根据C1=C11来查询C2的值,图1青色部分）
 
其查询步骤如下：
 
1. 根据C1=C11到索引数据中查找其对应的RK，查询得到其对应的RK=RK1
 
2. 得到RK1后就自然能根据RK1来查询C2的值了 这是构建二级索引大概思路，其他组合查询的联合索引的建立也类似。

Mapreduce的方式创建二级索引

使用整合MapReduce的方式创建hbase索引。主要的流程如下：

1.1扫描输入表，使用hbase继承类TableMapper

1.2获取rowkey和指定字段名称和字段值

1.3创建Put实例， value=” “, rowkey=班级，column=学号

1.4使用IdentityTableReducer将数据写入索引表

案例：

1、在hbase中创建索引表 student_index

create 'student_index','info'

2、编写mapreduce代码

package com.shujia.hbaseapi.hbaseindexdemo;
 
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.hbase.client.Mutation;
import org.apache.hadoop.hbase.client.Put;
import org.apache.hadoop.hbase.client.Result;
import org.apache.hadoop.hbase.client.Scan;
import org.apache.hadoop.hbase.io.ImmutableBytesWritable;
import org.apache.hadoop.hbase.mapreduce.TableMapReduceUtil;
import org.apache.hadoop.hbase.mapreduce.TableMapper;
import org.apache.hadoop.hbase.mapreduce.TableReducer;
import org.apache.hadoop.hbase.util.Bytes;
import org.apache.hadoop.io.NullWritable;
import org.apache.hadoop.io.Text;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Job;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper;
import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer;
 
import java.io.IOException;
 
/**
 *  编写整个mapreduce程序建立索引表
 */
 
class IndexMapper extends TableMapper<Text, NullWritable>{
    @Override
    protected void map(ImmutableBytesWritable key, Result value, Mapper<ImmutableBytesWritable, Result, Text, NullWritable>.Context context) throws IOException, InterruptedException {
        String id = Bytes.toString(key.get());
 
        String clazz = Bytes.toString(value.getValue("info".getBytes(), "clazz".getBytes()));
 
        String key1 = id+"_"+clazz;
        context.write(new Text(key1),NullWritable.get());
    }
}
 
/**
 *
 * reduce端获取map端传过来的key
 */
 
class IndexReduce extends TableReducer<Text,NullWritable,NullWritable>{
    @Override
    protected void reduce(Text key, Iterable<NullWritable> values, Reducer<Text, NullWritable, NullWritable, Mutation>.Context context) throws IOException, InterruptedException {
        String[] strings = key.toString().split("_");
        String id = strings[0];
        String clazz = strings[1];
 
        //索引表也是属于hbase的表，需要使用put实例添加数据
        Put put = new Put(clazz.getBytes());
        put.add("info".getBytes(),id.getBytes(),"".getBytes());
 
        context.write(NullWritable.get(),put);
    }
}
 
public class HbaseIndex {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, ClassNotFoundException {
        Configuration conf = new Configuration();
        conf.set("hbase.zookeeper.quorum", "master:2181,node1:2181,node2:2181");
 
        Job job = Job.getInstance(conf);
        job.setJobName("建立学生索引表");
 
        job.setJarByClass(HbaseIndex.class);
 
        Scan scan = new Scan();
        scan.addFamily("info".getBytes());
 
        //指定对哪张表建立索引，以及指定需要建索引的列所属的列簇
        TableMapReduceUtil.initTableMapperJob("students",scan,IndexMapper.class,Text.class,NullWritable.class,job);
        TableMapReduceUtil.initTableReducerJob("student_index",IndexReduce.class,job);
 
        job.waitForCompletion(true);
 
    }
 
}

3、打成jar包上传到hadoop中运行

hadoop jar had-hbase-demo-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar com.shujia.hbaseapi.hbaseindexdemo.HbaseIndex

4、编写查询代码，测试结果（先查询索引表，在查数据）

package com.shujia.hbaseapi.hbaseindexdemo;
 
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.hbase.Cell;
import org.apache.hadoop.hbase.CellUtil;
import org.apache.hadoop.hbase.client.*;
import org.apache.hadoop.hbase.filter.CompareFilter;
import org.apache.hadoop.hbase.filter.SingleColumnValueFilter;
import org.apache.hadoop.hbase.filter.SubstringComparator;
import org.apache.hadoop.hbase.util.Bytes;
import org.junit.After;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;
 
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class HbaseIndexToStudents {
    private HConnection conn;
    private HBaseAdmin hAdmin;
 
    @Before
    public void connect() {
        try {
            //1、获取Hadoop的相关配置环境
            Configuration conf = new Configuration();
 
            //2、获取zookeeper的配置
            conf.set("hbase.zookeeper.quorum", "master:2181,node1:2181,node2:2181");
            //获取与Hbase的连接，这个连接是将来可以用户获取hbase表的
            conn = HConnectionManager.createConnection(conf);
 
            //将来我们要对表做DDL相关操作，而对表的操作在hbase架构中是有HMaster
            hAdmin = new HBaseAdmin(conf);
 
            System.out.println("建立连接成功:" + conn + ", HMaster获取成功：" + hAdmin);
 
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    /**
     * 通过索引表进行查询数据
     * <p>
     * 需求：获取理科二班所有的学生信息，不适用过滤器，使用索引表查询
     */
    @Test
    public void scanData() {
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            //创建一个集合存放查询到的学号
            ArrayList<Get> gets = new ArrayList<>();
 
            //获取到索引表
            HTableInterface student_index = conn.getTable("student_index");
            //创建Get实例
            Get get = new Get("理科二班".getBytes());
            Result result = student_index.get(get);
            List<Cell> cells = result.listCells();
            for (Cell cell : cells) {
                //每一个单元格的列名
                byte[] bytes = CellUtil.cloneQualifier(cell);
                String id = Bytes.toString(bytes);
 
                Get get1 = new Get(id.getBytes());
                //将学号添加到集合中
                gets.add(get1);
            }
 
            //获取真正的学生数据表 students
            HTableInterface students = conn.getTable("students");
            Result[] results = students.get(gets);
            for (Result result1 : results) {
                String id = Bytes.toString(result1.getRow());
                String name = Bytes.toString(result1.getValue("info".getBytes(), "name".getBytes()));
                String age = Bytes.toString(result1.getValue("info".getBytes(), "age".getBytes()));
                String gender = Bytes.toString(result1.getValue("info".getBytes(), "gender".getBytes()));
                String clazz = Bytes.toString(result1.getValue("info".getBytes(), "clazz".getBytes()));
                System.out.println("学号：" + id + ", 姓名：" + name + ", 年龄：" + age + ", 性别：" + gender + ", 班级：" + clazz);
            }
            long endtime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("=========================================");
            System.out.println((endtime - start) + "毫秒");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    @Test
    public void getData() {
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            //获取真正的学生数据表 students
            HTableInterface students = conn.getTable("students");
            Scan scan = new Scan();
 
            SubstringComparator substringComparator = new SubstringComparator("理科二班");
 
            SingleColumnValueFilter singleColumnValueFilter = new SingleColumnValueFilter("info".getBytes(), "clazz".getBytes(), CompareFilter.CompareOp.EQUAL, substringComparator);
 
            scan.setFilter(singleColumnValueFilter);
            ResultScanner scanner = students.getScanner(scan);
            Result rs = null;
            while ((rs = scanner.next()) != null) {
                String id = Bytes.toString(rs.getRow());
                String name = Bytes.toString(rs.getValue("info".getBytes(), "name".getBytes()));
                String age = Bytes.toString(rs.getValue("info".getBytes(), "age".getBytes()));
                String gender = Bytes.toString(rs.getValue("info".getBytes(), "gender".getBytes()));
                String clazz = Bytes.toString(rs.getValue("info".getBytes(), "clazz".getBytes()));
                System.out.println("学号：" + id + ", 姓名：" + name + ", 年龄：" + age + ", 性别：" + gender + ", 班级：" + clazz);
            }
 
            long endtime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("=========================================");
            System.out.println((endtime - start) + "毫秒");
 
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
    }
 
    @After
    public void close() {
        if (conn != null) {
            try {
                conn.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("conn连接已经关闭.....");
        }
 
        if (hAdmin != null) {
            try {
                hAdmin.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("HMaster已经关闭......");
        }
    }
}

十、Phoenix二级索引

对于Hbase，如果想精确定位到某行记录，唯一的办法就是通过rowkey查询。如果不通过rowkey查找数据，就必须逐行比较每一行的值，对于较大的表，全表扫描的代价是不可接受的。

1、开启索引支持

# 关闭hbase集群
stop-hbase.sh
 
# 在/usr/local/soft/hbase-1.4.6/conf/hbase-site.xml中增加如下配置
 
<property>
  <name>hbase.regionserver.wal.codec</name>
  <value>org.apache.hadoop.hbase.regionserver.wal.IndexedWALEditCodec</value>
</property>
<property>
    <name>hbase.rpc.timeout</name>
    <value>60000000</value>
</property>
<property>
    <name>hbase.client.scanner.timeout.period</name>
    <value>60000000</value>
</property>
<property>
    <name>phoenix.query.timeoutMs</name>
    <value>60000000</value>
</property>
 
# 同步到所有节点
scp hbase-site.xml node1:`pwd`
scp hbase-site.xml node2:`pwd`
 
# 修改phoenix目录下的bin目录中的hbase-site.xml
<property>
    <name>hbase.rpc.timeout</name>
    <value>60000000</value>
</property>
<property>
    <name>hbase.client.scanner.timeout.period</name>
    <value>60000000</value>
</property>
<property>
    <name>phoenix.query.timeoutMs</name>
    <value>60000000</value>
</property>
 
# 启动hbase
start-hbase.sh
# 重新进入phoenix客户端
sqlline.py master,node1,node2

2、创建索引

2.1、全局索引

全局索引适合读多写少的场景。如果使用全局索引，读数据基本不损耗性能，所有的性能损耗都来源于写数据。数据表的添加、删除和修改都会更新相关的索引表（数据删除了，索引表中的数据也会删除；数据增加了，索引表的数据也会增加）

注意: 对于全局索引在默认情况下，在查询语句中检索的列如果不在索引表中，Phoenix不会使用索引表将，除非使用hint。

手机号 进入网格的时间 离开网格的时间 区县编码 经度 纬度 基站标识 网格编号 业务类型
 
# 创建DIANXIN.sql
CREATE TABLE IF NOT EXISTS DIANXIN (
     mdn VARCHAR ,
     start_date VARCHAR ,
     end_date VARCHAR ,
     county VARCHAR,
     x DOUBLE ,
     y  DOUBLE,
     bsid VARCHAR,
     grid_id  VARCHAR,
     biz_type VARCHAR,
     event_type VARCHAR ,
     data_source VARCHAR ,
     CONSTRAINT PK PRIMARY KEY (mdn,start_date)
) column_encoded_bytes=0;
 
# 上传数据DIANXIN.csv
 
# 导入数据
psql.py master,node1,node2 DIANXIN.sql DIANXIN.csv
 
# 创建全局索引
CREATE INDEX DIANXIN_INDEX ON DIANXIN ( end_date );
 
# 查询数据 ( 索引未生效)
select * from DIANXIN where end_date = '20180503154014';
 
# 强制使用索引 （索引生效） hint
select /*+ INDEX(DIANXIN DIANXIN_INDEX) */  * from DIANXIN where end_date = '20180503154014';
 
select /*+ INDEX(DIANXIN DIANXIN_INDEX) */  * from DIANXIN where end_date = '20180503154014'  and start_date = '20180503154614';
 
# 取索引列，（索引生效）
select end_date from DIANXIN where end_date = '20180503154014';
 
# 创建多列索引
CREATE INDEX DIANXIN_INDEX1 ON DIANXIN ( end_date,COUNTY );
 
# 多条件查询 （索引生效）
select end_date,MDN,COUNTY from DIANXIN where end_date = '20180503154014' and COUNTY = '8340104';
 
# 查询所有列 (索引未生效)
select  * from DIANXIN where end_date = '20180503154014'  and COUNTY = '8340104';
 
# 查询所有列 （索引生效）
select /*+ INDEX(DIANXIN DIANXIN_INDEX1) */ * from DIANXIN where end_date = '20180503154014' and COUNTY = '8340104';
 
# 单条件  (索引未生效)
select end_date from DIANXIN where  COUNTY = '8340103';
# 单条件  (索引生效) end_date 在前
select COUNTY from DIANXIN where end_date = '20180503154014';
 
# 删除索引
drop index DIANXIN_INDEX on DIANXIN;

2.2、本地索引

本地索引适合写多读少的场景，或者存储空间有限的场景。和全局索引一样，Phoenix也会在查询的时候自动选择是否使用本地索引。本地索引因为索引数据和原数据存储在同一台机器上，避免网络数据传输的开销，所以更适合写多的场景。由于无法提前确定数据在哪个Region上，所以在读数据的时候，需要检查每个Region上的数据从而带来一些性能损耗。

注意:对于本地索引，查询中无论是否指定hint或者是查询的列是否都在索引表中，都会使用索引表。

# 创建本地索引
CREATE LOCAL INDEX DIANXIN_LOCAL_IDEX ON DIANXIN(grid_id);
 
# 索引生效
select grid_id from dianxin where grid_id='117285031820040';
 
# 索引生效
select * from dianxin where grid_id='117285031820040';

2.3、覆盖索引

覆盖索引是把原数据存储在索引数据表中，这样在查询时不需要再去HBase的原表获取数据就，直接返回查询结果。

注意：查询是 select 的列和 where 的列都需要在索引中出现。

# 创建覆盖索引
CREATE INDEX DIANXIN_INDEX_COVER ON DIANXIN ( x,y ) INCLUDE ( county );
​
# 查询所有列 (索引未生效)
select * from DIANXIN where x=117.288 and y =31.822;
​
# 强制使用索引 (索引生效)
select /*+ INDEX(DIANXIN DIANXIN_INDEX_COVER) */ * from DIANXIN where x=117.288 and y =31.822;
​
# 查询索引中的列 (索引生效) mdn是DIANXIN表的RowKey中的一部分
select x,y,county from DIANXIN where x=117.288 and y =31.822;
select mdn,x,y,county from DIANXIN where x=117.288 and y =31.822;
​
# 查询条件必须放在索引中  select 中的列可以放在INCLUDE （将数据保存在索引中）
select /*+ INDEX(DIANXIN DIANXIN_INDEX_COVER) */ x,y,count(*) from DIANXIN group by x,y;
​

十一、Phoenix JDBC

# 导入依赖
<dependency>
    <groupId>org.apache.phoenix</groupId>
    <artifactId>phoenix-core</artifactId>
    <version>4.15.0-HBase-1.4</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.lmax</groupId>
    <artifactId>disruptor</artifactId>
    <version>3.4.2</version>
</dependency>

Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:phoenix:master,node1,node2:2181");
        PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("select /*+ INDEX(DIANXIN DIANXIN_INDEX) */ * from DIANXIN where end_date=?");
        ps.setString(1, "20180503212649");
        ResultSet rs = ps.executeQuery();
        while (rs.next()) {
            String mdn = rs.getString("mdn");
            String start_date = rs.getString("start_date");
            String end_date = rs.getString("end_date");
            String x = rs.getString("x");
            String y = rs.getString("y");
            String county = rs.getString("county");
            System.out.println(mdn + "\t" + start_date + "\t" + end_date + "\t" + x + "\t" + y + "\t" + county);
        }
        ps.close();
        conn.close();
​