本文是对Hbase组件的一个学习总结，共包括如下章节的内容：

• Hbase是什么
• Hbase的数据模型
• Hbase体系结构
• 安装和运行Hbase
• Hbase命令行

参考资料：

1、如果Hbase的数据要保存到hdfs上（一般生产环境下如此），需要确保有可用的hadoop运行环境，可参见《Hadoop运行环境搭建》一文。

2、因为Hbase运行依赖zookeeper服务，Hbase本身内置了zookeeper程序（往往用于开发和测试环境），如果希望独立部署zookeeper服务（一般生产环境下如此），可参见《Zookeeper学习笔记》一文。

一、Hbase是什么

HBase是Google Bigtable的克隆版。它是一个针对结构化数据的可伸缩、高可靠、高性能、分布式和面向列的动态模式数据库。和传统关系数据库不同，HBase采用了BigTable的数据模型：增强的稀疏排序映射表（Key/Value），其中，键由行关键字、列关键字和时间戳构成。HBase提供了对大规模数据的随机、实时读写访问，同时，HBase中保存的数据可以使用MapReduce来处理，它将数据存储和并行计算完美地结合在一起。

二、Hbase的数据模型

Hbase的数据逻辑上是存储在一张张表中。Hbase的表由行和列组成，行和列的交叉就是单元格，数据是存在单元格中的，单元格是有版本的，即一个单元格可存储多个版本的数据。

有几个重要的概念：

1、行键：
Hbase表的每行都有一个行健（类似关系表的主键），表中的行按照行键进行排序，对表中行的访问也是依据行健来访问的。

2、列族
行中的列被分成“列族”（column family）。同一个列族的所有成员（即列）具有相同的前缀。
表的列族是表模式的一部分，需要预先定义。但是列不是表模式的一部分。只要列族存在，客户端可以在更新时提供新的列，并存储它的值。
列名都以列族作为前缀，例如courses:history ， courses:math 都属于 courses 这个列族。
这点与关系表不一样，关系表的列是表模式的一部分，关系表没有列族的概念。对于关系表，每行数据都有相同的列。但对于hbase表，每行数据都有相同的列族，但不一定有相同的列。

3、时间戳
HBase中通过行键和列确定的一个存贮单元称为单元格（cell）。每个 cell都保存着同一份数据的多个版本。默认情况下，版本通过时间戳来索引。时间戳的类型是 64位整型。时间戳可以由HBase (在数据写入时 )自动赋值，此时时间戳是精确到毫秒的当前系统时间。时间戳也可以由客户显式赋值。如果应用程序要避免数据版本冲突，就必须自己生成具有唯一性的时间戳。每个 cell中，不同版本的数据按照时间倒序排序，即最新的数据排在最前面。
为了避免数据存在过多版本造成的的管理 (包括存贮和索引)负担，HBase提供了两种数据版本回收方式。一是保存数据的最后n个版本，二是保存最近一段时间内的版本（比如最近七天）。用户可以针对每个列族进行设置。
说明：创建表时，默认情况下，每个列族只支持存储一个版本的数据。这个可以通过alter语句来更改。

4、单元（cell）
一个单元由{row key, column( =<family> + <label>), version} 唯一确定。cell中的数据是没有类型的，全部是字节码形式存储。

下面我们看一个例子。
假设有一张Hbase表，表名为webtable，该表有名为 contents、anchor 和 people 的三个列族。该表有两行数据，行健分别为cn 和 en。
对于第一行（cnn ），contents 列族包含一列（contents:html），anchor 包含两列（anchor:a，anchor:b），且第一行有5个版本。对于第二行（example），只有1个版本，contents 列族包含一列（contents:html），people列族包含一列（people:author）。
表中有些数据，下面通过表格的方式来展示下该表的数据。

此表中显示为空的单元格在 HBase 中不占用空间或实际上存在。这正是使 HBase “稀疏”的原因。表格视图并不是查看 HBase 数据的唯一可能的方法，对于 “稀疏”表，采用表格视图有时反而不是很方便。下面以类似json格式的视图来展示上面数据。

{
  "cn": {
    contents: {
      t6: contents:html: "内容"
      t5: contents:html: "内容"
      t3: contents:html: "内容"
    }
    anchor: {
      t9: anchor:a = "x"
      t8: anchor:b = "y"
    }
    people: {}
  }
  "en": {
    contents: {
      t5: contents:html: "内容"
    }
    anchor: {}
    people: {
      t5: people:author: "tom"
    }
  }
}

对于Hbase表，可以看作是key/value集合的nosql数据库，其中的key就是行键，value是一个单元格（cell）的列表，单元格通过“列族+列+版本”来唯一标识。

三、Hbase的物理存储结构

Hbase表中的所有行都按照行键的字典序排列，表在行的方向上分割为多个HRegion。如下图所示。

HRegion按大小分割。每一个表一开始只有一个HRegion，随着数据不断插入表，HRegion不断增大，当增大到一定阈值的时候，HRegion就会等分为两个新的HRegion。当表中的行不断增多，就会有越来越多的HRegion。

HRegion是HBase中分布式存储和负载均衡的最小单元。最小单元就表示不同的HRegion可以分布在不同的HRegion Server上。但是一个HRegion是不会拆分到多个HRegion Server上。

HRegion虽然是分布式存储的最小单元，但并不是存储的最小单元。事实上，HRegion由一个或者多个Store组成，每一个Store都保存一个列族。每一个Store又由一个memStore和多个StoreFile组成。StoreFile以HFile格式保存在HDFS上。如下图所示。

memStore位于HRegion Server的内存中，数据写入时，首先会写入到memStore中，然后当到达一定的阀值的时候，Memstore中的数据会被刷到HFile中。

四、Hbase体系结构

Hbase的架构与hdfs,yarn类似，采用主从的架构，即一个Hbase系统包含一个master服务，若干个regionserver服务（分布在集群不同的机器上）。另外因为Hbase依赖zookeeper，所以一个Hbase系统中还需要包含zookeeper服务（相对zookeeper服务来说，Hbase服务是zookeeper的客户端）。当然还有Hbase的客户端（终端用户或其它系统访问Hbase服务的界面）。

下图是Hbase集群系统的体系结构示意图。

因为Hbase的主节点master只有一个，存在单点故障风险。在实际的环境下，往往会给mater节点配置HA。

五、安装和运行Hbase

安装

1、下载Hbase安装压缩包，本文下载的是hbase-2.0.2-bin.tar.gz

2、解压到某个目录下，我们这里解压的位置是：
/home/hadoop/hbase2.0.2

3、修改hadoop用户的profile文件，设置环境变量

export HBASE_HOME=/home/hadoop/hbase-2.0.2
PATH=$PATH:$HBASE_HOME/bin

说明：Hbase的运行依赖java环境，需要确保安装运行Hbase的机器上有正常可用的java环境。

Hbase有三种运行模式：独立模式；伪分布式模式；分布式模式。下面分别介绍。

（一）独立模式

独立模式下，HBase系统的所有服务程序，Master、RegionServers 以及依赖的ZooKeeper服务都运行在一个jvm进程中，Hbase不依赖hdfs，其数据存在本地文件中。该模式，只能用于开发和测试环境，不能用于生产环境。
独立模式下，如果不修改Hbase的配置文件，Hbase和zookeeper数据会默认存储到本地的/tmp/hbase-当前用户名 目录下。但是如果所运行的机器上配置了hadoop环境，Hbase还是会去连接hdfs（这样如果Hadoop未启动，会报错）。所以最好能显示的进行配置。
这时修改Hbase安装目录下conf目录下的hbase-site.xml文件，配置文件的内容设置如下：

<configuration>
  <property>
    <name>hbase.rootdir</name>
    <value>file:///home/hadoop/hbasedata/hbase</value>
  </property>
  <property>
    <name>hbase.zookeeper.property.dataDir</name>
    <value>/home/hadoop/hbasedata/zk</value>
  </property>
</configuration>

配置文件中的habse.rootdir属性设置的是Hbase数据在本地的存储目录（使用本地磁盘存储，需要加file://前缀）；habse.zookeeper.property.dataDir属性设置的是zookeeper数据的存储目录（因为zk的数据本身就是存储在本地，所以不用加file://前缀）。

然后在控制台运行 start-hbase.sh 脚本就可以启动Hbase服务，这时我们用jps命令去查看，可以看到有一个名称为HMaster的java进程（即包含hbase master,regionserver,zookeeper三个服务的合一进程）。如：

[hadoop@localhost ~]$ jps
......
24060 HMaster
.......

说明独立模式下的Hbase服务启动成功。

停止Hbase服务可以执行 stop-hbase.sh脚本。

实际上，在独立模式下，Hbase的数据也可以不存储在本地，而是存储到hdfs上，这时配置文件配置如下:

<configuration>
  <property>
    <name>hbase.rootdir</name>
    <value>hdfs://namenode地址:8020/hbase</value>
  </property>
  <property>
    <name>hbase.cluster.distributed</name>
    <value>false</value>
  </property>
  <property>
    <name>hbase.zookeeper.property.dataDir</name>
    <value>/home/hadoop/hbasedata/zk</value>
  </property>
</configuration>

这种情况下，Hbase的各服务（包括zk服务）依然运行在同一个jvm进程中。只是Hbase的数据存储到hdfs文件系统中。配置文件中的hbase.rootdir属性的值是一个hdfs系统的目录。当然，这种情况下，要Hbase服务能正常运行，相应的hdfs服务得正常可用。

（二）伪分布式模式

这类似hadoop的伪分布式模式，所有的Hbase服务以多个进程的方式运行，但是运行在一台机器上。这种模式一样只适合开发和测试，不适合生产环境。
伪分布式模式的配置，只需将hbase.cluster.distributed属性值设为true。而Hbase的数据既可以设置存储在本地，也可以保存到hdfs上。如下面的配置（这里Hbase数据存储在本地）：

<configuration>
  <property>
    <name>hbase.rootdir</name>
    <value>file:///home/hadoop/hbasedata/hbase</value>
  </property>
  <property>
    <name>hbase.cluster.distributed</name>
    <value>true</value>
  </property>
  <property>
    <name>hbase.zookeeper.property.dataDir</name>
    <value>/home/hadoop/hbasedata/zk</value>
  </property>
</configuration>

在伪分布式模式下，通过bin目录下的hbase-daemon.sh来分别启动各个服务进程，操作如下：

hbase-daemon.sh start zookeeper
hbase-daemon.sh start master
hbase-daemon.sh start regionserver

通过上面的操作分别启动zookeeper服务进程，HBASE mater服务进程，HBASE regionserver服务进程。这时我们执行jps命令，会看到3个相关的进程：

[hadoop@localhost ~]$ jps
17585 HRegionServer
17349 HMaster
17212 HQuorumPeer

如果要关闭各个服务，可以依次执行下面三个操作：

hbase-daemon.sh stop regionserver
hbase-daemon.sh stop master
hbase-daemon.sh stop zookeeper

在伪分布式下，我们也可以不用Hbase自带的zookeeper，而是使用独立安装的zookeeper。关于独立zookeeper的安装，本文不再介绍，可参见《Zookeeper学习笔记》一文。

（三）分布式模式

在实际生产环境下，会采用分布式模式来启动Hbase。在分布式模式下，HBase守护进程的多个实例在集群中的多个服务器上运行。分布式的配置要求将hbase.cluster.distributed属性设置为true。通常情况下，hbase.rootdir被配置为指向高可用性的HDFS文件系统。这时集群系统将包含多个运行在不同服务器上的RegionServer，以及主要和备份Master和ZooKeeper守护程序（也是以集群方式部署）。

关于集群环境下的Hbase分布式部署，本文不作详细介绍。

六、Hbase命令行

Hbase服务启动后（最简单的方式就是使用本地文件系统以独立模式启动Hbase），就可以利用Hbase客户端程序访问Hbase服务了。
Hbase安装包中提供了一个命令行脚本hbase，位于bin目录下。在控制台下运行 hbase shell ，会出现交互式命令行程序（时间可能有点长，实际是启动了一个java进程），可以执行操作Hbase的各种命令，如：

[hadoop@localhost ~]$ hbase shell
...................................
Took 0.0042 seconds
hbase(main):001:0>

在提示符下输入help命令可以查看帮助信息。

1、查看用户空间下的所有表：

hbase(main):018:0> list
TABLE
0 row(s)
Took 0.0042 seconds

2、创建表：

hbase(main):063:0> create 'test','cf1','cf2'
Created table test
Took 0.7255 seconds

上面create命令创建了一个表，表名叫test，有2个列族cf1和cf2，属性采用默认的。注意hbase命令后的参数要用引号括起来。
这时我们如果再执行list命令，就能查到刚创建的test表。

3、查看表的信息

hbase(main):064:0> desc 'test'
Table test is ENABLED
test
COLUMN FAMILIES DESCRIPTION
{NAME => 'cf1', VERSIONS => '1', EVICT_BLOCKS_ON_CLOSE => 'false', NEW_VERSION_BEHAVIOR => 'false', KEEP_DELETED_CELLS => 'FALSE', CACHE_DAT
A_ON_WRITE => 'false', DATA_BLOCK_ENCODING => 'NONE', TTL => 'FOREVER', MIN_VERSIONS => '0', REPLICATION_SCOPE => '0', BLOOMFILTER => 'ROW',
 CACHE_INDEX_ON_WRITE => 'false', IN_MEMORY => 'false', CACHE_BLOOMS_ON_WRITE => 'false', PREFETCH_BLOCKS_ON_OPEN => 'false', COMPRESSION =>
 'NONE', BLOCKCACHE => 'true', BLOCKSIZE => '65536'}
{NAME => 'cf2', VERSIONS => '1', EVICT_BLOCKS_ON_CLOSE => 'false', NEW_VERSION_BEHAVIOR => 'false', KEEP_DELETED_CELLS => 'FALSE', CACHE_DAT
A_ON_WRITE => 'false', DATA_BLOCK_ENCODING => 'NONE', TTL => 'FOREVER', MIN_VERSIONS => '0', REPLICATION_SCOPE => '0', BLOOMFILTER => 'ROW',
 CACHE_INDEX_ON_WRITE => 'false', IN_MEMORY => 'false', CACHE_BLOOMS_ON_WRITE => 'false', PREFETCH_BLOCKS_ON_OPEN => 'false', COMPRESSION =>
 'NONE', BLOCKCACHE => 'true', BLOCKSIZE => '65536'}
2 row(s)
Took 0.0245 seconds

4、往表中插入数据：

hbase(main):066:0> put 'test','row1','cf1:a', 'a123'
Took 0.0244 seconds
hbase(main):067:0> put 'test','row1','cf1:b', 'b123'
Took 0.0045 seconds

上面操作，插入了两个数据，插入的是一行数据，行的关键字值为row1，列族cf1有两个成员，标示符分别是a和b。可以看出，put命令实际是往单元格中插入值。hbase表的列只是在数据插入时才确定。

5、查看表中所有数据

hbase(main):068:0> scan 'test'
ROW    COLUMN+CELL
 row1  column=cf1:a, timestamp=1544099621874, value=a123
 row1  column=cf1:b, timestamp=1544099630279, value=b123
1 row(s)
Took 0.0099 seconds

6、查看表中指定行、列族、列的数据

hbase(main):069:0> get 'test','row1'
COLUMN     CELL
 cf1:a     timestamp=1544099621874, value=a123
 cf1:b     timestamp=1544099630279, value=b123
1 row(s)
Took 0.0162 seconds
hbase(main):070:0>
hbase(main):071:0* get 'test','row1','cf1'
COLUMN     CELL
 cf1:a     timestamp=1544099621874, value=a123
 cf1:b     timestamp=1544099630279, value=b123
1 row(s)
Took 0.0118 seconds
hbase(main):072:0> get 'test','row1','cf1:b'
COLUMN     CELL
 cf1:b     timestamp=1544099630279, value=b123
1 row(s)
Took 0.0063 seconds

7、查看多版本数据
因为hbase表中的单元格可以允许存储多版本数据，但默认创建表的情况下，各列族允许的存储版本数的个数是1,可以通过desc命令能查看到。可以通过alter命令来重新修改，语法如：

alter '表名',{NAME=>'列族名',VERSIONS=>允许的版本数}

如下面例子：

hbase(main):073:0> alter 'test',{NAME=>'cf2',VERSIONS=>3}
Updating all regions with the new schema...
1/1 regions updated.
Done.
Took 1.8416 seconds

hbase(main):074:0> put 'test','row1','cf2:a','data1'
Took 0.0079 seconds
hbase(main):075:0> put 'test','row1','cf2:a','data2'
Took 0.0035 seconds
hbase(main):076:0> put 'test','row1','cf2:a','data3'
Took 0.0034 seconds

hbase(main):082:0> get 'test','row1','cf2:a'
COLUMN      CELL
 cf2:a      timestamp=1544104507106, value=data3
1 row(s)
Took 0.0143 seconds

hbase(main):084:0> get 'test','row1',{COLUMN=>'cf2:a',VERSIONS=>3}
COLUMN     CELL
 cf2:a     timestamp=1544104507106, value=data3
 cf2:a     timestamp=1544104503371, value=data2
 cf2:a     timestamp=1544104498175, value=data1
1 row(s)
Took 0.0091 seconds

可以看出，在get命令后加上 {COLUMN=>'cf2:a',VERSIONS=>3}参数可以返回多个版本的值。

8、删除数据
删除指定的行下的某个列族下的列（即某个单元格）
delete 'test','row1','data:a'
删除整行
deleteall 'test','row1'

9、禁用表

hbase(main):012:0> disable 'test'
Took 0.8346 seconds

在hbase中，删除表之前，必须先禁用表后才能删除。

10、删除表

hbase(main):012:0> drop 'test'
Took 0.4346 seconds

在实际应用中，我们一般会通过编写程序的方式去使用Hbase。最常见的是使用Hbase提供的java api来编写Hbase客户端程序。关于Hbase的java api的使用，在后面文章进行介绍。