HBase -ROOT-和.META.表結構

BruceZhang發表於2015-11-24

　　在HBase中，大部分的操作都是在RegionServer完成的，Client端想要插入，刪除，查詢資料都需要先找到相應的RegionServer。什麼叫相應的RegionServer？就是管理你要操作的那個Region的RegionServer。Client本身並不知道哪個RegionServer管理哪個Region，那麼它是如何找到相應的RegionServer的？本文就是在研究原始碼的基礎上揭祕這個過程。
　　在前面的文章“HBase儲存架構”中我們已經討論了HBase基本的儲存架構。在此基礎上我們引入兩個特殊的概念：-ROOT-和.META.。這是什麼？它們是HBase的兩張內建表，從儲存結構和操作方法的角度來說，它們和其他HBase的表沒有任何區別，你可以認為這就是兩張普通的表，對於普通表的操作對它們都適用。它們與眾不同的地方是HBase用它們來存貯一個重要的系統資訊——Region的分佈情況以及每個Region的詳細資訊。
　　好了，既然我們前面說到-ROOT-和.META.可以被看作是兩張普通的表，那麼它們和其他表一樣就應該有自己的表結構。沒錯，它們有自己的表結構，並且這兩張表的表結構是相同的，在分析原始碼之後我將這個表結構大致的畫了出來：

-ROOT-和.META.表結構
-ROOT-和.META.表結構

　　我們來仔細分析一下這個結構，每條Row記錄了一個Region的資訊。
　　首先是RowKey，RowKey由三部分組成：TableName, StartKey 和 TimeStamp。RowKey儲存的內容我們又稱之為Region的Name。哦，還記得嗎？我們在前面的文章中提到的，用來存放Region的資料夾的名字是RegionName的Hash值，因為RegionName可能包含某些非法字元。現在你應該知道為什麼RegionName會包含非法字元了吧，因為StartKey是被允許包含任何值的。將組成RowKey的三個部分用逗號連線就構成了整個RowKey，這裡TimeStamp使用十進位制的數字字串來表示的。這裡有一個RowKey的例子： 

Table1,RK10000,12345678

　　然後是表中最主要的Family：info，info裡面包含三個Column：regioninfo, server, serverstartcode。其中regioninfo就是Region的詳細資訊，包括StartKey, EndKey 以及每個Family的資訊等等。server儲存的就是管理這個Region的RegionServer的地址。
　　所以當Region被拆分、合併或者重新分配的時候，都需要來修改這張表的內容。
　　
　　到目前為止我們已經學習了必須的背景知識，下面我們要正式開始介紹Client端尋找RegionServer的整個過程。我打算用一個假想的例子來學習這個過程，因此我先構建了假想的-ROOT-表和.META.表。

.META.行記錄結構
.META.行記錄結構

現在假設我們要從Table2裡面插尋一條RowKey是RK10000的資料。那麼我們應該遵循以下步驟：

  1. 從.META.表裡面查詢哪個Region包含這條資料。

  2. 獲取管理這個Region的RegionServer地址。

  3. 連線這個RegionServer, 查到這條資料。

好，我們先來第一步。問題是.META.也是一張普通的表，我們需要先知道哪個RegionServer管理了.META.表，怎麼辦？有一個方法，我們把管理.META.表的RegionServer的地址放到ZooKeeper上面不久行了，這樣大家都知道了誰在管理.META.。

貌似問題解決了，但對於這個例子我們遇到了一個新問題。因為Table1實在太大了，它的Region實在太多了，.META.為了儲存這些Region資訊，花費了大量的空間，自己也需要劃分成多個Region。這就意味著可能有多個RegionServer在管理.META.。怎麼辦？在ZooKeeper裡面儲存所有管理.META.的RegionServer地址讓Client自己去遍歷？HBase並不是這麼做的。

HBase的做法是用另外一個表來記錄.META.的Region資訊，就和.META.記錄使用者表的Region資訊一模一樣。這個表就是-ROOT-表。這也解釋了為什麼-ROOT-和.META.擁有相同的表結構，因為他們的原理是一模一樣的。

假設.META.表被分成了兩個Region，那麼-ROOT-的內容看上去大概是這個樣子的：

-ROOT-行記錄結構
-ROOT-行記錄結構

這麼一來Client端就需要先去訪問-ROOT-表。所以需要知道管理-ROOT-表的RegionServer的地址。這個地址被存在ZooKeeper中。預設的路徑是： 

/hbase/root-region-server

　　等等，如果-ROOT-表太大了，要被分成多個Region怎麼辦？嘿嘿，HBase認為-ROOT-表不會大到那個程度，因此-ROOT-只會有一個Region，這個Region的資訊也是被存在HBase內部的。
　　
　　現在讓我們從頭來過，我們要查詢Table2中RowKey是RK10000的資料。整個路由過程的主要程式碼在org.apache.hadoop.hbase.client.HConnectionManager.TableServers中： 

private HRegionLocation locateRegion(final byte[] tableName,  
        final byte[] row, boolean useCache) throws IOException {  
    if (tableName == null || tableName.length == 0) {  
        throw new IllegalArgumentException("table name cannot be null or zero length");  
    }  
    if (Bytes.equals(tableName, ROOT_TABLE_NAME)) {  
        synchronized (rootRegionLock) {  
            // This block guards against two threads trying to find the root  
            // region at the same time. One will go do the find while the  
            // second waits. The second thread will not do find.  
            if (!useCache || rootRegionLocation == null) {  
                this.rootRegionLocation = locateRootRegion();  
            }  
            return this.rootRegionLocation;  
        }  
    } else if (Bytes.equals(tableName, META_TABLE_NAME)) {  
        return locateRegionInMeta(ROOT_TABLE_NAME, tableName, row, useCache, metaRegionLock);  
    } else {  
        // Region not in the cache – have to go to the meta RS  
        return locateRegionInMeta(META_TABLE_NAME, tableName, row, useCache, userRegionLock);  
    }  
}

這是一個遞迴呼叫的過程： 

獲取Table2，RowKey為RK10000的RegionServer => 獲取.META.，
RowKey為Table2,RK10000, 99999999999999的RegionServer => 獲取-ROOT-，RowKey為.META.,
Table2,RK10000,99999999999999,99999999999999的RegionServer => 獲取-ROOT-的RegionServer => 從ZooKeeper得到-ROOT-的RegionServer => 從-ROOT-表中查到RowKey最接近（小於） .META.,
Table2,RK10000,99999999999999,99999999999999的一條Row，並得到.META.的RegionServer => 從.META.表中查到RowKey最接近（小於）Table2,RK10000, 99999999999999的一條Row，並得到Table2的RegionServer => 從Table2中查到RK10000的Row

　　到此為止Client完成了路由RegionServer的整個過程，在整個過程中使用了新增“99999999999999”字尾並查詢最接近（小於）RowKey的方法。對於這個方法大家可以仔細揣摩一下，並不是很難理解。
　　
　　最後要提醒大家注意兩件事情：
　　1. 在整個路由過程中並沒有涉及到MasterServer，也就是說HBase日常的資料操作並不需要MasterServer，不會造成MasterServer的負擔。
　　2. Client端並不會每次資料操作都做這整個路由過程，很多資料都會被Cache起來。至於如何Cache，則不在本文的討論範圍之內。

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