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分布式面向列的NoSQL数据库Hbase(一)

Znyoung大数据PhoenixHbase

分布式面向列的NoSQL数据库Hbase（一）

资料

01：课程回顾

  1. Kafka收尾
  • Kafka为什么基于磁盘的日志消息队列系统，但是读写速度很快？
    • 写：先写内存PageCache，然后顺序写入磁盘【追加】
    • 读：先读内存PageCache，Segment对分区数据进行划分，通过稀疏索引来加快查询，通过0拷贝机制来读取
  • Kafka中如何保证一次性语义？
    • 一次性语义：至多一次，至少一次，有且仅有一次
    • 生产不丢失：ack 应答机制 + retries 重试机制
    • 生产不重复：实现生产幂等性保证：生产id + 数据id ， 事务机制【操作放入一个Topic中】
    • 消费不丢失不重复：手动管理commit offset：文件、MySQL、Zookeeper、Redis
  • Kafka中一些概念：AR、ISR、OSR、HW、LEO？
    • AR：一个分区的所有副本
    • ISR：正在同步的副本，可用副本，写入数据以及选举Leader都是从ISR中选择
    • OSR：没有同步的副本，不可用副本，超过一定的时间没有和Leader通信
    • LEO：分区的每个副本当前已经写入的位置+1，下一个待写的位置
    • HW：消费的高水位线，指的是消费者消费这个分区能够消费到的位置+1，等于这个分区所有副本最小LEO
  1. Hbase入门
  • 功能：分布式的基于Hadoop的NoSQL数据库，提供大数量的持久性存储，以及分布式实时、随机的大数据量的读写
  • 场景：大数据量实时数据读写，目前实时场景中用于存储实时处理的数据，离线场景中搭配Hive来实现，提高李娜性能
  • 设计：分布式大数据量实时数据读写、面向列存储
    • 大数据量怎么能提供实时？基于HDFS来实现大数据量，基于分布式内存来提供实时效果
    • 读写到底读写HDFS还是内存？写只写内存，内存达到阈值刷写到HDFS，读先读内存，内存没有再读HDFS
    • 面向列存储：Hbase中数据表的最小操作单元为列，本质上表的列是逻辑，物理上每一列就是一个KV
  • 概念
    • Namespace：类似于数据库Database概念，用于做业务上表的划分
      • Hbase没有切换Namespace的命令，只要访问表，就必须在表名前加上NS名称
      • Hbase中数据库和表名之间用冒号nsname:tbname，不用点dbname.tbname
      • 理解：当做表名的一部分，以后只要访问某张表，就加上NS
    • Table：类似于表Table概念，用于做数据的划分
      • Hbase是分布式存储，数据都是读写Table
      • Hbase中的Table是一个逻辑上的分布式概念，写入表中的数据，会分布式写入不同的节点中
      • Hbase的Table通过构建分区来实现分布式，一张表可以对应多个Region【分区】
        | 概念 | HDFS | Kafka | Hbase | MySQL | | --- | --- | --- | --- | --- | | 业务分类 | 目录 | - | Namespace | Database | | 分布式对象 | 文件 | Topic | Table | Table | | 实现分布式 | 分块：Block | 分区：Partition | 分区：Region | - | | 区别 | 分布式文件系统 | 分布式消息队列 | 分布式NoSQL数据库 | - |

02：课程目标

  1. Hbase中核心存储概念
    • 目标：掌握核心概念Rowkey、ColumnFamily、Qualifier、VERSIONS
  2. Hbase分布式集群架构及部署
    • 目标：掌握Hbase整体架构及角色功能，实现Hbase分布式集群环境的搭建

03：【掌握】HBASE中的存储概念

  • 目标：掌握Hbase中的存储的概念
  • 实施
    • 数据行设计Rowkey
      • Rowkey：行健，这个概念是整个Hbase的核心，类似于MySQL主键的概念
      • MySQL主键：可以有也可以没有，唯一标记一行、作为主键索引，支持创建其他索引
      • Hbase行健
        • 所有Hbase的表不用定义，所有Hbase的表自带行健这一列【行健这一列的值由用户自己设计】
        • 每张Hbase表都有行健，行健这一列是Hbase表创建以后自带的
      • 行健的功能
        • 唯一标识一行
        • 作为Hbase表中的唯一索引，Hbase不能创建索引
    • 列族/列簇设计ColumnFamily
      • cf：列族，对除了Rowkey以外的列进行分组，将列划分不同的组中
        • 注意：任何一张Hbase的表，都至少要有一个列族，除了Rowkey以外的任何一列，都必须属于某个列族
        • 分组：将拥有相似IO属性的列放入同一个列族
        • 本质：就是将列进行分组，不同的组【列族】在物理上是不同的单元，相同列族的列会存储在一个物理单元中
        • 设计：为了提高列的查询效率，牺牲了一点点写的性能【只写内存】
        • 类比：类似于Kafka中Segment的设计
        • 举个栗子：一张表有100列，Hbase的最小操作单元列
          • 需求：从这100列中找到某一列
          • 场景一：不分组：将这100列的数据都存在一起
            • 问：找到这一列，请问最多比较多少次？
            • 答：100次
          • 场景二：分组，前50列放在同一组A，另外50列放在另一组B中，查询的时候指定要的列在B组中
            • 问：找到这一列，请问最多比较多少次？
            • 答：52次
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  • 数据列设计Qualifier
    • Qualifier/Column：列，与MySQL中的列是一样
    • Hbase除了rowkey以外的任何一列都必须属于某个列族，引用列的时候，必须加上列族的名称
    • 如果有一个列族：basic
    • 如果basic列族中有两列：name，age
basic:name
basic:age
  -  Hbase是面向列存储，Hbase中每一行拥有的列是可以不一样的 
  -  本质：底层的物理存储，每一列就是一个KV
  • 多版本设计VERSIONS
    • 功能：某一行的任何一列存储时，只能存储一个值**，Hbase可以允许某一行的某一列存储多个版本的值的**
    • 级别：列族级别，指定列族中的每一列最多存储几个版本的值，来记录值的变化的
    • 区分：每一列的每个值都会自带一个时间戳，用于区分不同的版本
    • 默认情况下查询，根据时间戳返回最新版本的值image-20210523130100567.png
  • 物理层设计：Hbase中的数据都是以KV结构存在
    • Rowkey：Hbase表中的Rowkey是逻辑上的行，一个Rowkey代表表中的一行，在物理层对应多个KV
    • Qualifier：Hbase表中Qualifier是逻辑上的列，一个Qualifier代表一行中的一列，在物理层对应一个KV
    • VERSIONS：所谓的多版本，只是这一列在物理层有多条KV
    • 物理层结构：数据存储时，按照rowkey、cf、col进行升序排序，按照ts降序排序【加快查询性能】
#K:rowkey+cf+col+ts			V:value
001+basic+age+ts1			18
001+basic+name+ts1			laoda
001+basic+sex+ts3			male
001+basic+sex+ts2			female
001+basic+sex+ts1			male  : 已经过期
001+other+addr+ts1			上海
001+other+phone+ts1			110


002


003


004
  • 小结：掌握Hbase中的存储的概念

04：【掌握】HBASE集群架构

  • 目标：掌握Hbase集群的集群架构
  • 实施
    • 架构image-20210523131109291.png
      • 分布式主从架构集群：普通分布式主从架构
      • HMaster：主节点：管理节点，类似于NameNode的设计
        • 负责所有从节点的管理
        • 负责元数据的管理
      • HRegionServer：从节点：存储节点，类似于DataNode设计
        • 负责管理每张表的分区数据：Region，类似于DataNode存储每个文件的块
        • 对外提供Region的读写请求
        • 用于构建分布式内存
    • 组件
      • Hbase：通过RegionServer构建分布式内存，对外提供基于内存的读写
      • HDFS：构建分布式磁盘，当Hbase中的内存达到一定阈值，将内存的数据溢写到HDFS磁盘上
      • Zookeeper：【辅助选举】：多个Master的Active选举，【存储元数据】：Hbase的管理元数据
  • 小结：掌握Hbase集群的集群架构

05：【实现】HBASE集群部署

  • 目标：实现Hbase分布式集群部署
  • 实施
    • 解压安装
      • 上传HBASE安装包到第一台机器的/export/software目录下
cd /export/software/
rz
  -  解压安装 

tar -zxf hbase-2.1.0.tar.gz -C /export/server/
cd /export/server/hbase-2.1.0/
image-20210524114532990.png
image-20210524114532990.png
  • 修改配置
    • 切换到配置文件目录下
cd /export/server/hbase-2.1.0/conf/
  -  修改hbase-env.sh：**注意JDK的版本可能不一致** 

#28行
export JAVA_HOME=/export/server/jdk1.8.0_65
#125行
export HBASE_MANAGES_ZK=false
  -  修改hbase-site.xml 

cd /export/server/hbase-2.1.0/
mkdir datas
vim conf/hbase-site.xml
<property>
    <name>hbase.tmp.dir</name>
    <value>/export/server/hbase-2.1.0/datas</value>
</property>
<property>
    <name>hbase.rootdir</name>
    <value>hdfs://node1:8020/hbase</value>
</property>
<property>
    <name>hbase.cluster.distributed</name>
    <value>true</value>
</property>
<property>
    <name>hbase.zookeeper.quorum</name>
    <value>node1,node2,node3</value>
</property>
<property>
    <name>hbase.unsafe.stream.capability.enforce</name>
    <value>false</value>
</property>
  -  修改regionservers 

vim conf/regionservers
node1
node2
node3
  -  配置环境变量 

vim /etc/profile
#HBASE_HOME
export HBASE_HOME=/export/server/hbase-2.1.0
export PATH=:$PATH:$HBASE_HOME/bin
source /etc/profile
  -  复制jar包 

cp lib/client-facing-thirdparty/htrace-core-3.1.0-incubating.jar lib/
  • 分发
cd /export/server/
scp -r hbase-2.1.0 node2:$PWD
scp -r hbase-2.1.0 node3:$PWD
  • 服务端启动与关闭
    • step1：启动HDFS【第一台机器】，注意一定要等HDFS退出安全模式再启动Hbase
start-dfs.sh
  -  step2：启动ZK 

start-zk-all.sh
  -  step3：启动Hbase 

start-hbase.sh

image-20210524115912008.pngimage-20210524120039069.png

  -  关闭：先关闭Hbase再关闭zk 

stop-hbase.sh
stop-zk-all.sh
stop-dfs.sh
  • 测试
    • 访问Hbase Web UI【node1:16010】 image-20210524120224751.png
  • 搭建Hbase HA
    • 关闭Hbase所有节点
stop-hbase.sh
  -  创建并编辑配置文件 

vim conf/backup-masters
  -  启动Hbase集群

image-20210524120715725.pngimage-20210524120833546.png

  • 测试HA
    • 启动两个Master，强制关闭Active Master，观察StandBy的Master是否切换为Active状态
hbase-daemon.sh stop master
  -  **【测试完成以后，删除配置，只保留单个Master模式】**
  • 小结：实现Hbase分布式集群部署

06：【理解】HBASE开发场景

  • 目标：理解Hbase使用过程中的不同开发场景
  • 实施
    • 场景1：测试开发
      • 需求：一般用于测试开发或者实现DDL操作
      • 实现：Hbase shell命令行
      • 用法：hbase shell
      • 命令
        • 查看帮助：help
        • 查看命令的用法：help  ‘command’
      • 退出：exit
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  • 场景2：生产开发
    • 需求：一般用于生产开发，通过MapReduce或者Spark等程序读写Hbase，类似于JDBC
      • 举个栗子：读取Hbase中的数据，进行分析处理，统计UV、PV
      • 分析
        • step1：通过分布式计算程序Spark、Flink读取Hbase数据
        • step2：对读取到的数据进行统计分析
        • step3：保存结果到Hbase中
    • 实现：分布式计算程序通过Java API读写Hbase，实现数据处理
    • 用法：在MapReduce或者Spark中集成API
  • 场景3：集群管理
    • 应用场景：运维做运维集群管理，我们开发用的不多
    • 需求：封装Hbase集群管理命令脚本，自动化执行
      • 类似于hive -f  xxx.sql
      • 举个栗子：每天Hbase集群能定时的自动创建一张表
      • 分析
        • 要实现运行Hbase脚本：创建表：/export/data/hbase_create_day.sh
#!/bin/bash
create 'tbname','cf1'
           - 问题是：怎么能通过Linux命令行运行Hbase的命令呢？
        -  要实现定时调度：Linux Crontab、Oozie、Azkaban 

00 00 *		*	*		sh /export/data/hbase_create_day.sh
  -  实现：通过Hbase的客户端运行命令文件，通过调度工具进行调度实现定时运行 
  -  用法：hbase  shell  文件路径 
     -  step1：将Hbase的命令封装在一个文件中：vim /export/data/hbase.txt 

list
exit
     -  step2：运行Hbase命令文件 

hbase shell /export/data/hbase.txt
     -  step3：封装到脚本 

#!/bin/bash
hbase shell /export/data/hbase.txt
  -  注意：所有的Hbase命令文件，最后一行命令必须为exit，不然就不会退出
  • 小结：了解Hbase使用过程中的不同开发场景

07：【掌握】HBASE命令行：DDL：NS

  • 目标：掌握Hbase中的常用DDL的NameSpace管理命令
  • 实施
    • NameSpace管理
      • 列举所有Namespace
        • 命令：list_namespace
        • 语法
list_namespace
     -  示例 

list_namespace
  -  **列举某个NameSpace中的表** 
     -  命令：list_namespace_tables 
     -  语法 

list_namespace_tables 'Namespace的名称'
     -  示例 

list_namespace_tables 'hbase'
  -  **创建** 
     -  命令：create_namespace 
     -  语法 

create_namespace 'Namespace的名称'
     -  示例 

create_namespace 'heima'
create_namespace 'itcast'
  -  **删除** 
     -  命令：drop_namespace 
     -  注意：只能删除空数据库，如果数据库中存在表，不允许删除 
     -  语法 

drop_namespace 'Namespace的名称'
     -  示例 

drop_namespace 'itcast'
drop_namespace 'heima'
  • 小结：掌握Hbase中的常用DDL的NameSpace管理命令

08：【掌握】HBASE命令行：DDL：Table

  • 目标：掌握Hbase中的常用DDL表的命令
  • 实施
    • Table的管理命令
    • 列举
      • 命令：list
      • 语法：list
      • 示例
list
  • 创建
    • 命令：create
    • 注意：建表时必须指定表名及至少一个列族
    • 语法
#表示在ns1的namespace中创建一张表t1,这张表有一个列族叫f1，这个列族中的所有列可以存储5个版本的值
create 'ns1:t1', {NAME => 'f1', VERSIONS => 5},{NAME => 'f2'}
#在default的namespace中创建一张表t1,这张表有三个列族，f1,f2,f3，每个列族的属性都是默认的
create 't1', 'f1', 'f2', 'f3'
  -  示例 

#如果需要更改列族的属性，使用这种写法
create 't1',{NAME=>'cf1'},{NAME=>'cf2',VERSIONS => 3}
#如果不需要更改列族属性
create 'itcast:t2','cf1','cf2','cf3' = create 't1',{NAME=>'cf1'},{NAME=>'cf2'}，{NAME=>'cf3'}
  • 查看
    • 命令：desc
    • 语法
desc '表名'
  -  示例 

desc 't1'
image-20210623155832880.png
image-20210623155832880.png
  • 删除
    • 命令：drop
    • 语法
drop '表名'
  -  示例 

drop 't1'
  -  注意：如果要对表进行删除，必须先禁用表，再删除表
  • 禁用/启用
    • 命令：disable /  enable
    • 功能：Hbase为了避免修改或者删除表，影响这张表正在对外提供读写服务
    • 规则：修改或者删除表时，必须先禁用表，表示这张表暂时不能对外提供服务
      • 如果是删除：禁用以后删除
      • 如果是修改：先禁用，然后修改，修改完成以后启用
    • 语法
disable '表名'
enable '表名'
  -  示例 

disable 't1'
enable 't1'
  • 判断存在
    • 命令：exists
    • 语法
exists '表名'
  -  示例 

exists 't1'
  • 小结：掌握Hbase中的常用DDL表管理命令
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贡献者: 麦正阳