HFile详解-基于HBase0.90.5

1. HFile详解

HFile文件分为以下六大部分

 

序号	名称	描述
1	数据块	由多个block(块)组成，每个块的格式为： [块头] + [key长] + [value长] + [key] + [value]。
2	元数据块	元数据是key-value类型的值，但元数据快只保存元数据的value值，元数据的key值保存在第五项（元数据索引块）中。 该块由多个元数据值组成。
3	fileInfo块	该块保存与HFile相关的一些信息。 fileInfo是以key值排序key-value类型的值。基本格式为： keyValue元素的个数 + （key + value类型id + value） + （key + value类型id + value） +  ……
4	数据索引块	该块的组成为： 索引块头 + （数据块在文件中的偏移 + 数据块长 + 数据块的第一个key） + （数据块在文件中的偏移 + 数据块长 + 数据块的第一个key） + ……
5	元数据索引块	该块组成格式同数据块索引，只是某部分的意义不一样，组成格式： 索引块头 + （元数据在文件中的偏移 + 元数据value长 + 元数据key） + （元数据在文件中的偏移 + 元数据value长 + 元数据key） + ……
6	HFile文件尾	该块记录了其他各块在hfile文件中的偏移信息和其他一些元信息。组成格式如下： 文件尾 + Fileinfo偏移 + 数据块索引偏移 + 数据块索引个数 + 元数据索引偏移 + 元数据索引个数 + 数据块中未压缩数据字节数 + 数据块中全部数据的key-value个数 + 压缩代码标识 + 版本标识

 

1.1.数据块详解

数据块组成图如下：

 

Data Block Magic {'D', 'A', 'T', 'A', 'B', 'L', 'K', 42 }
key长	value长	key	value
key长	value长	key	value
……
key长	value长	key	value
Data Block Magic {'D', 'A', 'T', 'A', 'B', 'L', 'K', 42 }
key长	value长	key	value
key长	value长	key	value
……
key长	value长	key	value
Blocks ……

数据块部分由多个block块组成，每个数据块由块头 + 多个cell(key-value对)集合组成，如上图。每个数据块的大小在创建表的列族的时候可以指定，默认为（64 * 1024）。

1.         块大小的设定由HColumnDescriptor.setBlockSize(int)指定，默认（64 * 1024）。

2.        块大小设置，块设置的越小，访问速度越快，但数据块索引越大，消耗的内存越多。因为在加载HFile时会把数据块索引全部加载到内存中。

数据块组成说明：

1.         Data Block Magic – 数据块头，8字节，固定字节如下：{'D', 'A', 'T', 'A', 'B', 'L', 'K', 42 }。

2.         key长 – 4字节整型，记录每个cell的key的长度。

3.         value长 – 4字节整型，记录每个cell的value的长度。

4.         key – cell的key值，byte[]类型，组成如下：

rowKey的长（2字节）+ rowKey + family的长（1字节） + family + qualify + timestampe(8字节)  + keyType类型（1字节）

1） rowKey的长度不能大于0x7fff(32767).

2） rowKey不能为空。

3） family(列族)的长度不能大于0x7f(127)

4） qualify(限定符)的长度不能大于（0x7fffffff(2147483647) – row长度 – family长度）。

5.         value – cell的value值，byte[]类型，value值不能为空。

 

例如：在hbase中有一个表（student）,其中有一个列族（info），该列族不压缩。其中的rowkey用学号表示，现在插入一个记录（rowkey='033', qualify='age', value='19'）。那么该记录将被表示成一个cell(key-value对)保存到HFile中，那么该cell在HFile中的内容如下:

 

项	字节表示
key长	{0,0,0,24}
value长	{0,0,0,2}
key	{0,3}+{'0', '3', '3'}+{4}+{'i', 'n', 'f', 'o'}+{'a', 'g', 'e'}+{0,0,0,0,0,0,0,8}+{4}
value	{'1', '9'}

 

问题：

1.       块大小的设置策略？

2.       keyType的说明？

3.       compress压缩的说明？

 

1.2.元数据块详解

每个元数据是key-value类型的值，新增的元数据会按照从小到大的顺序排序。

在StoreFile中，如果使用BloomFilter,则StoreFile将会把BloomFilter的信息保存到HFile中的元数据中， 元数据块中只保存元数据的value值，key值保存在元数据索引块中。格式如下：

 

Meta Block Magic

{'M', 'E', 'T', 'A', 'B', 'L', 'K', 99 }

Meta Data Value

Meta Block Magic

{'M', 'E', 'T', 'A', 'B', 'L', 'K', 99 }

Meta Data Value

……

       每个元数据由元数据头+元数据值组成。

 

1.3.FileInfo详解

fileInfo中保存的信息为key-value类型的值，其中key与value都是byte[]类型。每个新增的值在内部都以值key顺序从小到大进行排序。fileInfo保存了与该HFile相关的一些信息，其中有系统保留的一些固定的值，这些值的key以”hfile.”为前缀。也可以保存用户自定义的一些值，但这些值的key不能以”hfile.”开头。其中系统内部保留的一些值如下：

 

项	key（字符串表示，实际以二进制存储）	value
LASTKEY	hfile.LASTKEY	该HFile中的数据块中的最后一个值的key, 该值如果为空则不进行保存
AVG_KEY_LEN	hfile.AVG_KEY_LEN	该HFile中的数据块中的所有值key的平均长度。
AVG_VALUE_LEN	hfile.AVG_VALUE_LEN	该HFile中的数据块中的所有值value的平均长度。
COMPARATOR	hfile.COMPARATOR	在HFile中的数据块中的值都是以值的key进行排序来存放的，而key的组成比较复杂，这就需要一个key的比较器类，而该值保存了key值比较器的类的名称。

 

fileInfo在HFile中的格式如下：

 

filInfo中所有值(key-value对)的个数，整型
key	value类型标识	value
key	value类型标识	value
……

fileInfo各项说明：

1.       filInfo中所有值(key-value对)的个数，整型，四字节。

2.       key值，保存fileInfo中值得key值。在HFile中的组成为

key长+key

其中key长以压缩的整型保存，整型类型包括(byte,short,int,long)，如果该整数用i表示，详细说明如下：

1.      当-112 <= i <= 127 时，用一个字节保存实际值。

2.      其他情况下，第一个字节表示该整型与正负与该整数占字节长度，随后存储的是从该整数补码的高位算起的第一个非0字节的所有值。如果第一个字节为v，详细说明如下：

a)        当-120<=i<=-113时，表示该值为正数，该数所占字节为-(v+112)

b)       当-128<=i<=-121时，表示该值为负数，该数所占字节为-(v+120)

例如：

 

原始值	压缩后，以字节表示	说明
-87	{-87}	第一种情况
127	{127}	第一种情况
-1246	{-122} + {4, -35}	第二种情况的b类型。{-122}表示该数为负数，并且所占字节长度为-(-122+120)=2字节。其中{4,-35}保存的是-1246的补码1245的第一个非0字节开始的所有字节。1245的16进制为0x04DD,非0字节共2个，第一个为0x04(4)，第二个为0xDD(-35)，组合一起为{-122, 4,-35}
130	{-113} + {-126}	第二种情况的a类型。{-113}表示该数为正数，并且所占字节长度为-(-113+112)=1字节。其中{-126}保存的是130的补码130的第一个非0字节开始的所有字节。130的16进制为0x04DD,非0字节共2个，第一个为0x04(4)，第二个为0x82(-126)，组合一起为{-113, -126}

 

3.       value值，保存fileInfo中值的value值。在HFile中的组成为

value长+value

其中value长以压缩的整型保存，压缩整型具体格式参考key值中关于压缩整型的说明。

 

1.4.数据块索引

数据块索引保存的是每一个数据块在HFile文件中的位置、大小信息以及每个块的第一个cell的key值。格式如下：

 

Index Block Magic {'I', 'D', 'X', 'B', 'L', 'K', 41, 43 }
block offset	block size	block first key
block offset	block size	block first key
……
block offset	block size	block first key

格式各项说明：

1.       block offset 块在HFile中偏移，long(8字节)。

2.       block size 块大小，int(4字节)。

3.       block first key 块中第一个cell(key-value)值得key.该值的组成为（key的长（压缩整型表示）+key值）

 

1.5.元数据块索引

该数据块的格式与数据库索引相同，元数据块索引保存的是每一个元数据在HFile文件中的位置、大小信息以及每个元数据的key值。格式如下：

 

Index Block Magic {'I', 'D', 'X', 'B', 'L', 'K', 41, 43 }
meta offset	meta size	meta name
meta offset	meta size	meta name
……
meta offset	meta size	meta name

格式各项说明：

1.       meta offset 元信息在HFile中偏移，long(8字节)。

2.       meta size 元信息数据大小，int(4字节)。

3.       meta name 元信息中的key值.该值的组成为（key的长（压缩整型表示）+key值）

 

1.6.文件尾

文件尾主要保存了该HFile的一些基本信息。格式比较简单，如下：

 

Trailer Block Magic

{'T', 'R', 'A', 'B', 'L', 'K', 34, 36 }

FileInfo Offset (long)

Data Index Offset (long)

Data Index Count (int)

Meta Index Offset (long)

Meta Index Count (int)

Total Uncompressed Bytes (long)

Entry Count (int)

Compression Codec (int)

Version (int)

说明如下：

1.       FileInfo Offset – FileInfo信息在HFile中的偏移。long(8字节)。

2.       DataIndex Offset – 数据块索引在HFile中的偏移。long(8字节)。

3.       DataIndex Count – 数据块索引的个数。int(4字节)。

4.       MetaIndex Offset – 元数据索引块在HFile中的偏移。long(8字节)。

5.       MetaIndex Count – 元数据索引块的个数。int(4字节)。

6.       TotalUncompressedBytes – 未压缩的数据块部分的总大小。long(8字节)。

7.       Entry Count – 数据块中所有cell（key-value）的个数。int(4字节)

8.       Compression Codec – 压缩算法为enum类型，该值表示压缩算法代码。（LZO-0，GZ-1，NONE-2）,int(4字节)

9.       Version – 版本信息。当前该版本值为1. int(4字节)。

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  因为一直在做hbase的应用层面的开发，所以体会的比较深的一点是hbase的表结构设计会对系统的性能以及开销上造成很大的区别，本篇文章先按照hbase表中的rowkey、columnfamily、column、timestamp几个方面进行一些分析。最后结合分析如何设计一种适合应用的高效表结构。