Hbase(四)基本概念

以列作为存储单位进行数据存储，表现就是：一个列为一个存储单元，比如一个列就是一个文件

逻辑结构

RowKey：行键

1.在Hbase中没有主键的概念，取而代之的是行键，相当于关系型数据库中的主键比如id

2.不同于传统的关系型数据库，在HBase中，定义表的时候不需要指定行键列，而是在添加数据的时候来手动添加行键,只要说一下这是个行键列就可以了

3.HBase默认会对行键进行排序，按照字典序排序

Column Family：列族/列簇。

列族(column family)是HBase中最基本的数据结构，它是一组列(column)的集合。列族中的列具有相同的前缀，列族可以理解为一种逻辑上的分组。列族在HBase中有以下几个重要的特点：

列族是HBase中数据存储的基本单位，一个表可以有多个列族。
列族内的列名是有序的，列名的前缀相同，即属于同一个列族。
列族在HBase中的存储结构是有序的，同一列族的数据会被存储在同一块磁盘空间上，这有助于提高读写性能。
列族在HBase中的存储格式是列式存储，即同一列族中的列可以不同时存在，这有助于节省存储空间。

HBase 的逻辑存储视图由行键、时间戳、列族组成一个类似二维表一样的结构，但是在实际存储的时候，数据库存储的数据是以列族为单位进行存储的，是完全将行数据按列族的方式进行分列 

列族与列的关系
列族和列之间的关系是一种包含关系。列族包含了多个列，列具有唯一的列名和列值。在HBase中，列名是由列族名和具体的列名组成的。例如，如果有一个列族名为“user”，那么在这个列族下可以有多个列名，如“name”、“age”、“gender”等。

列族与行(row)的关系
列族和行之间的关系是一种多对一的关系。一个行可以包含多个列族，而一个列族可以包含多个行。在HBase中，行是数据的唯一标识，每个行都有一个唯一的行键(rowkey)。同一个行可以包含多个列族，而同一个列族可以包含多个行。

物理结构

1.在HBase中，没有表关联的概念，取而代之的是用列族来进行统计

2.在HBase中，一个表中至少包含1个列族，可以包含多个列族，理论上不限制列族的数量

3.在HBase中，强调列族，但是不强调列-在定义表的时候必须定义列族，但是列可以动态增删，一个列族可以包含0到多个列

HBase的列级别，分为2个级别

级别1：列族，HBase列式数据库的单元，物理意义上的列。一个列族有独立的数据文件，不同的列族在不同的文件内。
级别2：列（二级列），存在与一个列族的内部

1. 1个表可以有多个Rowkey，Rowkey是HBase的主键
2. 每一个Rowkey对应的数据，是一行数据
3. HBase表在存储上是以列族作为物理的列存在的。（一级列），列族和列族之间，是文件级别的相互隔离。（真正意义的列存储）
4. 每个列族内部，运行创建多个逻辑的二级列，二级列存在同一个列族文件内。在列族文件内，是行存储。
5. 每一个二级列对应的数据，都会有自己的时间戳属性。
6. HBase支持多版本，也就是每一个二级列的数据可以存储多个版本（1个当前最新的 加上 一堆历史老的）
7. 多版本就是基于 每一个二级列的时间戳属性，来去判断，谁是最新，谁是最老（时间戳越大越新）

namespace：名称空间

在一个项目中，需要使用HBase保存多张表，这些表会按照业务域来划分
为了方便管理，不同的业务域以名称空间（namespace)来划分，这样管理起来会更加容易
类似于Hive中的数据库，不同的数据库下可以放不同类型的表

default名称空间是默认创建表的位置，hbase是专门存放系统表的名称空间（namespace、meta）
管理命名空间指令

在HBase中没有database的概念，取而代之的是namespace

在HBase启动的时候，自带了两个空间：default和hbase。hbase空间下方的是HBase的基本信息；在建表的时候如果不指定，则表默认放在default空间下

# 一、命名空间
# 1.创建一个命名空间
create_namespace 'hello'

# 2.查看命名空间
list_namespace

# 3.删除命名空间
drop_namespace 'hello'

# 4.查看某个具体的命名空间
describe_namespace 'hello'

# 5.在命名空间hello里创建一个名为MSG的表，该表名为a1
create 'hello:MSG','a1'

注：在删除命名空间时要确保空间里没有表，否则会报错

Colum：列

HBase表的列是由列族名、限定符以及列名组成的，其中“：”为限定符。创建HBase表不需要指定列，因为列是可变的，非常灵活。

Timestamp：时间戳

记录每次操作数据的时间，通常记作数据的版本号。数据写到HBase的时候都会被记录一个时间戳，这个时间戳被我们当做一个版本。比如说，我们修改或者删除某一条的时候，本质上是往里边新增一条数据，新增了记录的版本。

hbase在建表的时候，一个列族可以指定一个versions,用以表示所存数据的版本数，默认该值为3，即保存最近的3个版本的数据。在每一个cell中有同一数据的多个版本，按时间倒序排序。我们可以在建表的时候指定versions，在放数据的时候以一个时间戳(一个long值)来表示该数据的版本号。取数据时可以取最新的数据，也可以取特定时间戳的数据，某段时间戳的数据以及全部数据

物理存储结构

在HBase中，每一个列（二级列）的具体数据，都会有时间戳的属性。

如图所示，name和addr两个二级列的具体数据，有各自的时间戳属性。

默认是数据写入HBase的时候，HBase自动做的记录。

HBase中的时间戳是一个64位的long类型数值，用于标识数据的版本。每当向HBase中插入或更新数据时，可以通过指定时间戳来标记数据的版本。

时间戳属性有啥用？

时间戳的属性，在于让HBase的数据可以支持多版本。

多版本的意思是：一个二级列的具体数据，可以有多个版本。

也就是，比如，我们假设一张表，创建的时候，允许5个版本：

列族1的二级列addr，被更新了5次，分别是：

• 北京（时间戳1）
• 上海（时间戳2）
• 深圳（时间戳3）
• 广州（时间戳4）
• 杭州（时间戳5）

当我们查询这个具体的二级列的数据，默认返回最新时间戳的那一个，也就是杭州。

如果在来一条数据更新进来，最老的北京将被删除。

二级列的具体数据，有时间戳这个属性，的最大作用就在于，维护多个版本的时候

来判断，谁是老数据，谁是新数据。

HBase的时间戳可以用于以下操作：

1. 插入数据：当向HBase中插入数据时，可以为每条数据指定一个时间戳。如果不指定时间戳，HBase将使用当前时间作为默认时间戳。可以使用Put类的setTimestamp()方法来设置时间戳。

2. 更新数据：当更新HBase中的数据时，可以使用相同的row key和列族，但不同的时间戳来插入新的数据版本。HBase会根据时间戳的大小自动选择合适的数据版本。

3. 读取数据：当从HBase中读取数据时，可以使用时间戳来获取特定版本的数据。可以使用Get类的setTimeStamp()方法来设置要读取的时间戳。如果不设置时间戳，则默认读取最新的数据版本。

4. 删除数据：可以使用时间戳来删除特定版本的数据。可以使用Delete类的setTimeStamp()方法来设置要删除的时间戳。如果不设置时间戳，则默认删除所有版本的数据。

HBase的数据存储格式

HBase是列式数据库，物理上的存储就是列族对应的文件。

每一个列族对应的文件，我们称之为：HFile

HFile里面存储的是什么呢？

我们以上图的列族1为例，看看内部是如何做数据存储的。

 

如图，我们标记了Rowkey（1,2,3）这三条数据，在HFile中的具体组织形式。

可以看出，HFile本质上内部也是行存储组织。分别有5个列：

• Rowkey是谁
• 列族是谁
• 二级列是谁
• 时间戳
• 具体的值

 在HFile中的一条数据 称之为单元格（Cell）

Cell：单元格

根据行键、列族和列可以映射到一个对应的单元格，单元格是HBase存储数据的具体地址。

我们再来举例来解释一下

行式存储

传统的数据库是关系型的，且是按行来存储的。如下图：

 

其中只有张三把一行数据填满了，李四王五赵六的行都没有填满。

因为这里的行结构是固定的，每一行都一样，即使你不用，也必须空到那里，而不能没有。

列式存储

为了与传统的区别，新型数据库叫做非关系型数据库，是按列来存储的。如下图

 我们可以看到原来张三的六列数据变成了现在的六行。原来的六列数据是在一行，所以共用一个主键（即张三）。现在变成了六行，每行都需要一个主键（不然不知道这行数据是谁的），所以原来的主键（即张三）重复了六次

由于原来的列变为了现在的行，如果有需要就加一行，没需要就不加，不会造成空间浪费。

行列对比

行式存储倾向于结构固定，列式存储倾向于结构弱化。 （行式存储相当于套餐，即使一个人来了也给你上八菜一汤，造成浪费；列式存储相等于自助餐，按需自取，人少了也不浪费）
行式存储一行数据只需一份主键，列式存储一行数据需要多份主键。
行式存储存的都是业务数据，列式存储除了业务数据外，还要存储列名。
行式存储更像一个Java Bean，所有字段都提前定义好，且不能改变；列式存储更像一个Map，不提前定义，随意往里添加key/value。

Hbase虽然弱化了结构，但并不等于放任不管。传统关系型数据库在插入数据前表结构（即所有列和列的数据类型）已经是严格确定的。 Hbase的表在放入数据前也有需要确定下来的东西，那就是Column Family（常译为列族/列簇）。

单词Family就是家庭的意思，所以列族就是列的家庭。那么列自然就是家庭成员了，通常家庭成员都有多个，所以一个列族包含多个列。

一个家庭的成员之间具有血缘关系，所以一个列族的多个列之间通常也具有某种关系，比如相似或同种类别。所以列族可以看作是某种分类（归类）。

一个非常常见的例子，去面试的时候，一般前台MM都会让填一张表，通常信息很多，每个公司又不尽相同。但大致可以分三类：人员基本信息，教育经历信息，工作经历信息，这三个类别其实就相当于三个列族。如下图：

每个类别里都会有具体的信息，比如人员基本信息里有姓名、电话、出生年月等，它们就相当于一个个标识符（变量名），在Hbase中叫做Column Qualifier（列修饰符）。列修饰符位于列族里面用来标识一条条数据。如下图：

在Hbase中一个列族（Column Family）和一个列修饰符（Column Qualifier）组合起来才叫一个列（Column），使用冒号（:）分割，列族:列修饰符，如下图：

在传统数据库中每一行的唯一标识符叫做主键，在Hbase中叫做row key（行键）。如下图：

数据在进入Hbase时都会被打上一个时间戳，这个时间戳可以作为版本号来使用。

在t1时间我存入一个人的基本信息，之后发现姓名错了，在t2时间又更新了姓名，此时并不会去更新原来的那条数据，而是又插入了一条新数据且打上新的时间戳。

此时去查询获取的是新数据，仿佛是更新了，但其实只是默认返回了最新版本的数据而已。如下图：

一个行键、列族、列修饰符、数据和时间戳组合起来叫做一个单元格（Cell）。

这里的行键、列族、列修饰符和时间戳其实可以看作是定位属性（类似坐标），最终确定了一个数据。

下图中的一行相等于Hbase中的一个单元格：

一个行键、一到多列（包括数据）组合起来叫做一行（Row）。下图中所有1001的数据合起来相当于Hbase中的一行，1002的相当于另一行：

在Hbase中，只要确定了列族（具体的列不用管），表（Table）就确定了。如下图：

表的设计
列蔟：推荐1-2个，能使用1个就不是使用2个
版本的设计：如果我们的项目不需要保存历史的版本，直接按照默认配置VERSIONS=1就OK。如果项目中需要保存历史的变更信息，就可以将VERSIONS设置为>1。但是设置为大于1也就意味着要占用更多的空间
数据的压缩：在创建表的时候，可以针对列蔟指定数据压缩方式（GZ、SNAPPY、LZO）。GZ方式是压缩比最高的，13%左右的空间，但是它的压缩和解压缩速度慢一些

HBase的KeyValue型存储

KeyValue型（后续简称KV型），在Python中已经使用过。

就是Python的字典。

Python的字典，就是一个键值对（KeyValue）型的数据

d = {"name": "王大大", "age": 11, "addr": "北京"}
上述字典：name、age、addr都是key，王大大、11、北京都是对应key的value
所以
d['name'] 就可以取到王大大，通过key，取value（值）


d = {"info":{"name":"王大大", "age":11},  "score": [11,22,33]}
所以，info和score就是字典的key
通过d['info']就能取到value，也就是一个嵌套的字典
通过d['score']就能取到value，也就是一个嵌套的list

HBase就是一个KV型数据库，它有自己的key对应存储的value值。

• key是一个组合体，由：Rowkey、列族、二级列、时间戳组合而成
• value，就是一个具体的value（属于某个rowkey的某个列族的某个二级列的某个时间戳）