一、HBase架构简介

HBase架构图

1、StoreFile

HBase数据的存储单元，底层使用HDFS存储。数据按照Cell（RowKey、Column Family、Column）排列，相同Cell按照timestamp倒序排列

2、HStore

对应一个Table在一个HRegion中的一个Column Family

3、HRegion

对应一个Table的一个Region在一个HRegionServer中的表达
HBase使用RowKey将表水平切割为多个Region

4、HRegionServer

用于存放和管理本地HRegion；
HBase在启动时由HMaster将HRegion分配给HRegionServer管理；
Client直接连接HRegionServer读写数据；

5、WAL

Write Ahead Log。它是HDFS上的文件，所有写操作都会先保证将数据写入WAL文件，防止HRegionServer宕机时MemStore中的数据丢失；
WAL以table + rowkey的方式记录一条条数据操作记录；

6、HMaster

管理HRegionServer，管理和分配HRegion给HRegionServer以实现负载均衡功能；
admin功能：table的DDL操作；

7、Zookeeper

协调系统，存放整个HBase集群的元数据和集群状态信息；
存放了hbase:meta文件所在位置，Client通过该文件定位table:rowkey所属Region及Region所在的RegionServer；

二、数据切分

HBase将Table按照RowKey的范围切分为多个Region，对应RowKey的数据被划分到对应的Region存储；
Region底层使用HDFS存储，在HBase启动时被分配给某一个HRegionServer管理；
总结：

• 一个Table对应多个Region
• 一条RowKey数据只存在于一个Region中
• 一个Region同时只被一个HRegionServer管理
• 一个HRegionServer管理多个Region，这些Region可以属于不同的Table

三、集群容灾

1、HFile存储容灾

• HFile底层基于HDFS存储，HDFS的3个DataNode备份数据的方式保证数据分布式存储不丢失；
• 当HDFS某个DataNode挂掉时，由HStore内置的HDFS客户端自动感知并切换到备份DataNode读写，切换过程对上层透明；

2、HRegionServer服务容灾

• HBase启动时，HMaster分配HRegion给HRegionServer管理；
• 某台HRegionServer服务不可用时，HMaster通过zk感知，并将对应收到影响的* HRegion列表分配给其他HRegionServer管理；
• 其他HRegionServer通过读取WAL重建HRegion中table:rowkey的对应数据，重建完成后对外提供HRegion的读写服务；
• 重建过程中，对应HRegion所属的数据服务不可用；

3、HMaster服务容灾

• HMaster一般部署2台服务，通过zk完成热备；
• 同时只有一台HMaster提供服务，当主HMaster服务宕机时，备HMaster立即通过zk感知并提供服务；

四、数据读写过程

1、数据的写入

• client发起某table:rowkey数据的Put操作
• client从Zookeeper获取hbase:meta文件所在的HRegionServer节点
• client查询hbase:meta获取table:rowkey对应的HRegion，以及HRegion所在的HRegionServer，并缓存信息到本地
• client直接发送put()请求给HRegionServer
• HRegionServer将对应table:rowkey的put请求记录在WAL中
• HRegionServer将对应table:rowkey的put请求数据写入HRegion对应的MemStore中
• HRegionServer返回响应给client，put()操作完成
• MemStore中的数据会在特定条件下持久化到HFile中，WAL文件也会定期roller精简

2、数据的读取

寻找Region的过程类似，略

五、HBase特性

1、CP系统（强一致性+分区容错性）

• 每个RowKey的值只出现在一个Region
• 同一时间一个Region只分配给一个HRegionServer
• 行内的mutation操作都是原子的
• 单个RowKey的put操作要么成功，要么完全失败

当某台RegionServer fail的时候，它管理的Region failover到其他RegionServer时，需要根据WAL来redo(redolog，有一种日志文件叫做重做日志文件)，这时候进行redo的Region是unavailable的；所以hbase降低了可用性，提高了一致性。
设想一下，如果redo的region能够响应请求，那么可用性提高了，则必然返回不一致的数据(因为redo可能还没完成)，那么hbase就是降低一致性来提高可用性了。

2、顺序磁盘IO

MemStore中的数据Cell是按照RowKey + Column Family + Column排序的，所以持久化到HFile的过程是顺序磁盘IO。数据一旦刷入HFile中就是持久化不可变的。