从OpenTsdb来分析rowkey设计

讨论此问题前，先理解一个问题。

关于Hbase热点问题

当处理由连续事件得到的数据时，即时间上连续的数据。这些数据可能来自于某个传感器网络、证券交易或者一个监控系统。它们显著的特点就是rowkey中含有事件发生时间。带来的一个问题便是HBase对于row的不均衡分布，它们被存储在一个唯一的rowkey区间中，被称为region，区间的范围被称为Start Key和End Key。
对于单调递增的时间类型数据，很容易被散列到同一个Region中，这样它们会被存储在同一个服务器上，从而所有的访问和更新操作都会集中到这一台服务器上，从而在集群中形成一个hotspot，从而不能将集群的整体性能发挥出来。
要解决这个问题是非常容易的，只需要将所有的数据散列到全部的Region上即可。这是可以做到的，比如，在rowkey前面加上一个非线程序列。

OpenTsdb 数据库设计
我们来看一下它的建表语句

TSDB_TABLE=${TSDB_TABLE-'tsdb'}
UID_TABLE=${UID_TABLE-'tsdb-uid'}


create '$UID_TABLE',
  {NAME => 'id', COMPRESSION => '$COMPRESSION', BLOOMFILTER => '$BLOOMFILTER'},
  {NAME => 'name', COMPRESSION => '$COMPRESSION', BLOOMFILTER => '$BLOOMFILTER'}

create '$TSDB_TABLE',
  {NAME => 't', VERSIONS => 1, COMPRESSION => '$COMPRESSION', BLOOMFILTER => '$BLOOMFILTER'}

表 tsdb包含一个列族“T”，tsdb-uid包含两个列族 id和name，在hbase中列族名字越短越有利于存储，因为它占用的字节数越短。
tsdb 有标签的概念:我理解为就是指标,例如mysql.bytes_sent就是一个指标，每个指标在tsdb表中有一个唯一的标识unique ID 简称UID.

tsdb_uid是 tsdb 的辅助表，用于查找uid对应的指标或者指标对应的uid

新增一个指标，会在这个表中增加两行记录，一行rowkey是指标名,id是uid，另外一行rowkey是uid,name是指标名.
在tsdb_uid表中列族 id 和name 都分别包含三列
metrics 指标名或者指标uid
tagk 标签名或者标签名uid
tagv 标签值或者标签值uid

id 列族：用来将字符串映射到UID
name 列族：用来将一个UID映射到一个字符串

例如 我要存储 host=web、user=admin、project=uc 的web访问量(web.pv)





tsdb表中其实 仅用到和rowkey 列族T是没有用到的，知识因为HBase规定必须至少有一个列族。tsdb表的rowkey设计很值得我们去了解。

监控指标UID(3byte)

部分时间戳(4byte)

标签1名UID(3byte)

标签1值UID(3byte)

....

在OpenTSDB中，所有数据存储在tsdb的表中，这是为了充分利用hbase有序和region分布式的特点。所有的值都保存在列族t中。
rowkey为<metric_uid><timestamp><tagk1><tagv1>[...<tagkN><tagvN>]，
这样设计的目的是:OpenTsdb以监控指标为中心的查询进行优化，所以监控指标UID排在最前面，在同一个监控指标中，按时间戳进行排序，行健里时间戳存储四舍五入到60分钟，所以1个小时内统一监控指标的数据会存储在一起。
OpenTSDB的tsdb启动之后，会监控指定的socket端口（默认为4242），接收到监控数据，包括指标、时间戳、数据、tag标签，tag标签包括tag名称ID和tag值ID。例如：
继续用上面的例子
web.pv 1292148123 42 host=web user=admin project=uc
对于指标web.pv的ID为：[0, 0, 1],host标签名称的ID为：[0, 0, 2], web标签值的ID为：[0, 0, 3], 标签名称user的ID为：[0, 0, 4] admin标签值的ID为：[0, 0, 5]，标签名称project的ID为：[0, 0, 6] uc标签值的ID为：[0, 0, 7]，他们组成rowkey：

[0,0,1,     77,4,-99,32,     0,0,2,     0,0,3,     0,0,4,     0,0,5,     0,0,6,   0,0,7]
metricid   timestamp     tagk1     tagv1    tagk2      tagv2    tagk3     tagv3


可以看到，对于metric + tags相同的数据都会连续存放，且metic相同的数据也会连续存放，这样对于scan以及做aggregation都非常有帮助
对于时间戳为1292148123的数据点来说，其转换为以小时为单位的基准时间(去掉小时后的秒）为129214800,偏移为123,转换为二进制为1111011，因为该值为整数且长度为8位（对应为2byte，故最后3bit为100）,故其对应的列族名为：0000011110110100，将其转换为十六进制为07B4

OPENTSDB两种查询数据下hbase表设计优势的体现：
1：自动补全功能
了解此功能前首先了解一下hbase 的block cache 功能

HBase上Regionserver的内存分为两个部分，一部分作为Memstore，主要用来写；另外一部分作为BlockCache，主要用于读。
写请求会先写入Memstore，Regionserver会给每个region提供一个Memstore，当Memstore满64MB以后，会启动 flush刷新到磁盘。当Memstore的总大小超过限制时（heapsize * hbase.regionserver.global.memstore.upperLimit * 0.9），会强行启动flush进程，从最大的Memstore开始flush直到低于限制。
读请求先到Memstore中查数据，查不到就到BlockCache中查，再查不到就会到磁盘上读，并把读的结果放入BlockCache。由于BlockCache采用的是LRU策略，因此BlockCache达到上限(heapsize * hfile.block.cache.size * 0.85)后，会启动淘汰机制，淘汰掉最老的一批数据。

hbase 在每张表的rowkey上建立索引，定位起始位置会非常快，然后通过block cache 查询数据，连续的数据例如 mysql_xxx 会连续存放在一起，scan tsdb_uid 表的 name_uid映射记录即可快速查询。

2：读取时间序列数据
使用一种建立在行健上的正则表达式
可以试着读一下源代码。

/**
   * Sets the server-side regexp filter on the scanner.
   * In order to find the rows with the relevant tags, we use a
   * server-side filter that matches a regular expression on the row key.
   * @param scanner The scanner on which to add the filter.
   */
  private void createAndSetFilter(final Scanner scanner) {
    if (group_bys != null) {
      Collections.sort(group_bys, Bytes.MEMCMP);
    }
    final short name_width = tsdb.tag_names.width();
    final short value_width = tsdb.tag_values.width();
    final short tagsize = (short) (name_width + value_width);
    // Generate a regexp for our tags.  Say we have 2 tags: { 0 0 1 0 0 2 }
    // and { 4 5 6 9 8 7 }, the regexp will be:
    // "^.{7}(?:.{6})*\\Q\000\000\001\000\000\002\\E(?:.{6})*\\Q\004\005\006\011\010\007\\E(?:.{6})*$"
    final StringBuilder buf = new StringBuilder(
        15  // "^.{N}" + "(?:.{M})*" + "$"
        + ((13 + tagsize) // "(?:.{M})*\\Q" + tagsize bytes + "\\E"
           * (tags.size() + (group_bys == null ? 0 : group_bys.size() * 3))));
    // In order to avoid re-allocations, reserve a bit more w/ groups ^^^

    // Alright, let's build this regexp.  From the beginning...
    buf.append("(?s)"  // Ensure we use the DOTALL flag.
               + "^.{")
       // ... start by skipping the metric ID and timestamp.
       .append(tsdb.metrics.width() + Const.TIMESTAMP_BYTES)
       .append("}");
    final Iterator<byte[]> tags = this.tags.iterator();
    final Iterator<byte[]> group_bys = (this.group_bys == null
                                        ? new ArrayList<byte[]>(0).iterator()
                                        : this.group_bys.iterator());
    byte[] tag = tags.hasNext() ? tags.next() : null;
    byte[] group_by = group_bys.hasNext() ? group_bys.next() : null;
    // Tags and group_bys are already sorted.  We need to put them in the
    // regexp in order by ID, which means we just merge two sorted lists.
    do {
      // Skip any number of tags.
      buf.append("(?:.{").append(tagsize).append("})*\\Q");
      if (isTagNext(name_width, tag, group_by)) {
        addId(buf, tag);
        tag = tags.hasNext() ? tags.next() : null;
      } else {  // Add a group_by.
        addId(buf, group_by);
        final byte[][] value_ids = (group_by_values == null
                                    ? null
                                    : group_by_values.get(group_by));
        if (value_ids == null) {  // We don't want any specific ID...
          buf.append(".{").append(value_width).append('}');  // Any value ID.
        } else {  // We want specific IDs.  List them: /(AAA|BBB|CCC|..)/
          buf.append("(?:");
          for (final byte[] value_id : value_ids) {
            buf.append("\\Q");
            addId(buf, value_id);
            buf.append('|');
          }
          // Replace the pipe of the last iteration.
          buf.setCharAt(buf.length() - 1, ')');
        }
        group_by = group_bys.hasNext() ? group_bys.next() : null;
      }
    } while (tag != group_by);  // Stop when they both become null.
    // Skip any number of tags before the end.
    buf.append("(?:.{").append(tagsize).append("})*$");
    scanner.setKeyRegexp(buf.toString(), CHARSET);
   }