比较容易理解的Hbase架构全解，10分钟学会，建议收藏

Meta table 是一个特殊的 HBase table，它保存了系统中所有的 region 列表。这张 table 类似一个 b-tree，结构大致如下：

• Key：table, region start key, region id
• Value：region server 

Region Server 组成

Region Server 运行在 HDFS DataNode 上，由以下组件组成：

• WAL：Write Ahead Log 是分布式文件系统上的一个文件，用于存储新的还未被持久化存储的数据，它被用来做故障恢复。
• BlockCache：这是读缓存，在内存中存储了最常访问的数据，是 LRU(Least Recently Used)缓存。
• MemStore：这是写缓存，在内存中存储了新的还未被持久化到硬盘的数据。当被写入硬盘时，数据会首先被排序。注意每个 Region 的每个 Column Family 都会有一个 MemStore。

HFile 在硬盘上(HDFS)存储 HBase 数据，以有序 KeyValue 的形式。

点评：这一段是重中之重，理解 Region Server 的组成对理解 HBase 的架构至关重要，要充分认识 Region Server 的功能，以及每个组件的作用，这些组件的行为和功能在后续的段落中都会一一展开。

HBase 写数据步骤

当客户端发起一个写数据请求(Put 操作)，第一步首先是将数据写入到 WAL 中：

• 新数据会被追加到 WAL 文件尾部。
• WAL 用来在故障恢复时恢复还未被持久化的数据。 

数据被写入 WAL 后，会被加入到 MemStore 即写缓存。然后服务端就可以向客户端返回 ack 表示写数据完成。

点评：注意数据写入时 WAL 和 MemStore 更新的顺序，不能调换，必须先 WAL 再 MemStore。如果反过来，先更新完 MemStore，此时 Region Server 发生 crash，内存中的更新就丢失了，而此时数据还未被持久化到 WAL，就无法恢复了。理论上 WAL 就是 MemStore 中数据的一个镜像，应该保持一致，除非发生系统 crash。另外注意更新 WAL 是在文件尾部追加的方式，这种磁盘操作性能很高，不会太影响请求的整体响应时间。

HBase MemStore

MemStore 在内存中缓存 HBase 的数据更新，以有序 KeyValues 的形式，这和 HFile 中的存储形式一样。每个 Column Family 都有一个 MemStore，所有的更新都以 Column Family 为单位进行排序。

HBase Region Flush

MemStore 中累积了足够多的的数据后，整个有序数据集就会被写入一个新的 HFile 文件到 HDFS 上。HBase 为每个 Column Family 都创建一个 HFile，里面存储了具体的 Cell，也即 KeyValue 数据。随着时间推移，HFile 会不断产生，因为 KeyValue 会不断地从 MemStore 中被刷写到硬盘上。

注意这也是为什么 HBase 要限制 Column Family 数量的一个原因。每个 Column Family 都有一个 MemStore;如果一个 MemStore 满了，所有的 MemStore 都会被刷写到硬盘。同时它也会记录最后写入的数据的最大序列号(sequence number)，这样系统就能知道目前为止哪些数据已经被持久化了。

最大序列号是一个 meta 信息，被存储在每个 HFile 中，来表示持久化进行到哪条数据了，应该从哪里继续。当 region 启动时，这些序列号会被读取，取其中最大的一个，作为基础序列号，后面的新的数据更新就会在该值的基础上递增产生新的序列号。

点评：这里有个序列号的概念，每次 HBase 数据更新都会绑定一个新的自增序列号。而每个 HFile 则会存储它所保存的数据的最大序列号，这个元信息非常重要，它相当于一个 commit point，告诉我们在这个序列号之前的数据已经被持久化到硬盘了。它不仅在 region 启动时会被用到，在故障恢复时，也能告诉我们应该从 WAL 的什么位置开始回放数据的历史更新记录。

HBase HFile

数据存储在 HFile 中，以 Key/Value 形式。当 MemStore 累积了足够多的数据后，整个有序数据集就会被写入一个新的 HFile 文件到 HDFS 上。整个过程是一个顺序写的操作，速度非常快，因为它不需要移动磁盘头。(注意 HDFS 不支持随机修改文件操作，但支持 append 操作。)

HBase HFile 文件结构

HFile 使用多层索引来查询数据而不必读取整个文件，这种多层索引类似于一个 B+ tree：

• KeyValues 有序存储。
• rowkey 指向 index，而 index 则指向了具体的 data block，以 64 KB 为单位。
• 每个 block 都有它的叶索引。
• 每个 block 的最后一个 key 都被存储在中间层索引。
• 索引根节点指向中间层索引。

trailer 指向原信息数据块，它是在数据持久化为 HFile 时被写在 HFile 文件尾部。trailer 还包含例如布隆过滤器和时间范围等信息。布隆过滤器用来跳过那些不包含指定 rowkey 的文件，时间范围信息则是根据时间来过滤，跳过那些不在请求的时间范围之内的文件。

HFile 索引

（编辑：晋中站长网）

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