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HBase性能优化方法总结

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本文主要是从HBase应用程序设计与开发的角度,总结几种常用的性能优化方法。有关HBase系统配置级别的优化,这里涉及的不多,这部分可以参考:淘宝Ken Wu同学的博客

1. 表的设计

1.1 Pre-Creating Regions

默认情况下,在创建HBase表的时候会自动创建一个region分区,当导入数据的时候,所有的HBase客户端都向这一个region写数据,直到这个region足够大了才进行切分。一种可以加快批量写入速度的方法是通过预先创建一些空的regions,这样当数据写入HBase时,会按照region分区情况,在集群内做数据的负载均衡。

有关预分区,详情参见:Table Creation: Pre-Creating Regions,下面是一个例子:

public static boolean createTable(HBaseAdmin admin, HTableDescriptor table, byte[][] splits)
  throws IOException {
  try {
    admin.createTable(table, splits);
    return true;
  } catch (TableExistsException e) {
    logger.info("table " + table.getNameAsString() + " already exists");
    // the table already exists...
    return false;
  }
}
 
public static byte[][] getHexSplits(String startKey, String endKey, int numRegions) {
  byte[][] splits = new byte[numRegions-1][];
  BigInteger lowestKey = new BigInteger(startKey, 16);
  BigInteger highestKey = new BigInteger(endKey, 16);
  BigInteger range = highestKey.subtract(lowestKey);
  BigInteger regionIncrement = range.divide(BigInteger.valueOf(numRegions));
  lowestKey = lowestKey.add(regionIncrement);
  for(int i=0; i < numRegions-1;i++) {
    BigInteger key = lowestKey.add(regionIncrement.multiply(BigInteger.valueOf(i)));
    byte[] b = String.format("%016x", key).getBytes();
    splits[i] = b;
  }
  return splits;
}

 

1.2 Row Key

HBase中row key用来检索表中的记录,支持以下三种方式:

  • 通过单个row key访问:即按照某个row key键值进行get操作;
  • 通过row key的range进行scan:即通过设置startRowKey和endRowKey,在这个范围内进行扫描;
  • 全表扫描:即直接扫描整张表中所有行记录。

在HBase中,row key可以是任意字符串,最大长度64KB,实际应用中一般为10~100bytes,存为byte[]字节数组,一般设计成定长的

row key是按照字典序存储,因此,设计row key时,要充分利用这个排序特点,将经常一起读取的数据存储到一块,将最近可能会被访问的数据放在一块。

举个例子:如果最近写入HBase表中的数据是最可能被访问的,可以考虑将时间戳作为row key的一部分,由于是字典序排序,所以可以使用Long.MAX_VALUE – timestamp作为row key,这样能保证新写入的数据在读取时可以被快速命中。

1.3 Column Family

不要在一张表里定义太多的column family。目前Hbase并不能很好的处理超过2~3个column family的表。因为某个column family在flush的时候,它邻近的column family也会因关联效应被触发flush,最终导致系统产生更多的I/O。感兴趣的同学可以对自己的HBase集群进行实际测试,从得到的测试结果数据验证一下。

1.4 In Memory

创建表的时候,可以通过HColumnDescriptor.setInMemory(true)将表放到RegionServer的缓存中,保证在读取的时候被cache命中。

1.5 Max Version

创建表的时候,可以通过HColumnDescriptor.setMaxVersions(int maxVersions)设置表中数据的最大版本,如果只需要保存最新版本的数据,那么可以设置setMaxVersions(1)。

1.6 Time To Live

创建表的时候,可以通过HColumnDescriptor.setTimeToLive(int timeToLive)设置表中数据的存储生命期,过期数据将自动被删除,例如如果只需要存储最近两天的数据,那么可以设置setTimeToLive(2 * 24 * 60 * 60)。

1.7 Compact & Split

在HBase中,数据在更新时首先写入WAL 日志(HLog)和内存(MemStore)中,MemStore中的数据是排序的,当MemStore累计到一定阈值时,就会创建一个新的MemStore,并且将老的MemStore添加到flush队列,由单独的线程flush到磁盘上,成为一个StoreFile。于此同时, 系统会在zookeeper中记录一个redo point,表示这个时刻之前的变更已经持久化了(minor compact)

StoreFile是只读的,一旦创建后就不可以再修改。因此Hbase的更新其实是不断追加的操作。当一个Store中的StoreFile达到一定的阈值后,就会进行一次合并(major compact),将对同一个key的修改合并到一起,形成一个大的StoreFile,当StoreFile的大小达到一定阈值后,又会对 StoreFile进行分割(split),等分为两个StoreFile。

由于对表的更新是不断追加的,处理读请求时,需要访问Store中全部的StoreFile和MemStore,将它们按照row key进行合并,由于StoreFile和MemStore都是经过排序的,并且StoreFile带有内存中索引,通常合并过程还是比较快的。

实际应用中,可以考虑必要时手动进行major compact,将同一个row key的修改进行合并形成一个大的StoreFile。同时,可以将StoreFile设置大些,减少split的发生。

2. 写表操作

2.1 多HTable并发写

创建多个HTable客户端用于写操作,提高写数据的吞吐量,一个例子:

static final Configuration conf = HBaseConfiguration.create();
static final String table_log_name = “user_log”;
wTableLog = new HTable[tableN];
for (int i = 0; i < tableN; i++) {
    wTableLog[i] = new HTable(conf, table_log_name);
    wTableLog[i].setWriteBufferSize(5 * 1024 * 1024); //5MB
    wTableLog[i].setAutoFlush(false);
}

 

2.2 HTable参数设置

2.2.1 Auto Flush

通过调用HTable.setAutoFlush(false)方法可以将HTable写客户端的自动flush关闭,这样可以批量写入数据到HBase,而不是有一条put就执行一次更新,只有当put填满客户端写缓存时,才实际向HBase服务端发起写请求。默认情况下auto flush是开启的。

2.2.2 Write Buffer

通过调用HTable.setWriteBufferSize(writeBufferSize)方法可以设置HTable客户端的写buffer大小,如果新设置的buffer小于当前写buffer中的数据时,buffer将会被flush到服务端。其中,writeBufferSize的单位是byte字节数,可以根据实际写入数据量的多少来设置该值。

2.2.3 WAL Flag

在HBae中,客户端向集群中的RegionServer提交数据时(Put/Delete操作),首先会先写WAL(Write Ahead Log)日志(即HLog,一个RegionServer上的所有Region共享一个HLog),只有当WAL日志写成功后,再接着写MemStore,然后客户端被通知提交数据成功;如果写WAL日志失败,客户端则被通知提交失败。这样做的好处是可以做到RegionServer宕机后的数据恢复。

因此,对于相对不太重要的数据,可以在Put/Delete操作时,通过调用Put.setWriteToWAL(false)或Delete.setWriteToWAL(false)函数,放弃写WAL日志,从而提高数据写入的性能。

值得注意的是:谨慎选择关闭WAL日志,因为这样的话,一旦RegionServer宕机,Put/Delete的数据将会无法根据WAL日志进行恢复。

2.3 批量写

通过调用HTable.put(Put)方法可以将一个指定的row key记录写入HBase,同样HBase提供了另一个方法:通过调用HTable.put(List<Put>)方法可以将指定的row key列表,批量写入多行记录,这样做的好处是批量执行,只需要一次网络I/O开销,这对于对数据实时性要求高,网络传输RTT高的情景下可能带来明显的性能提升。

2.4 多线程并发写

在客户端开启多个HTable写线程,每个写线程负责一个HTable对象的flush操作,这样结合定时flush和写buffer(writeBufferSize),可以既保证在数据量小的时候,数据可以在较短时间内被flush(如1秒内),同时又保证在数据量大的时候,写buffer一满就及时进行flush。下面给个具体的例子:

for (int i = 0; i < threadN; i++) {
    Thread th = new Thread() {
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    sleep(1000); //1 second
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                                synchronized (wTableLog[i]) {
                    try {
                        wTableLog[i].flushCommits();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
                }
    };
    th.setDaemon(true);
    th.start();
}

 

3. 读表操作

3.1 多HTable并发读

创建多个HTable客户端用于读操作,提高读数据的吞吐量,一个例子:

static final Configuration conf = HBaseConfiguration.create();
static final String table_log_name = “user_log”;
rTableLog = new HTable[tableN];
for (int i = 0; i < tableN; i++) {
    rTableLog[i] = new HTable(conf, table_log_name);
    rTableLog[i].setScannerCaching(50);
}

 

3.2 HTable参数设置

3.2.1 Scanner Caching

通过调用HTable.setScannerCaching(int scannerCaching)可以设置HBase scanner一次从服务端抓取的数据条数,默认情况下一次一条。通过将此值设置成一个合理的值,可以减少scan过程中next()的时间开销,代价是scanner需要通过客户端的内存来维持这些被cache的行记录。

3.2.2 Scan Attribute Selection

scan时指定需要的Column Family,可以减少网络传输数据量,否则默认scan操作会返回整行所有Column Family的数据。

3.2.3 Close ResultScanner

通过scan取完数据后,记得要关闭ResultScanner,否则RegionServer可能会出现问题(对应的Server资源无法释放)。

3.3 批量读

通过调用HTable.get(Get)方法可以根据一个指定的row key获取一行记录,同样HBase提供了另一个方法:通过调用HTable.get(List)方法可以根据一个指定的row key列表,批量获取多行记录,这样做的好处是批量执行,只需要一次网络I/O开销,这对于对数据实时性要求高而且网络传输RTT高的情景下可能带来明显的性能提升。

3.4 多线程并发读

在客户端开启多个HTable读线程,每个读线程负责通过HTable对象进行get操作。下面是一个多线程并发读取HBase,获取店铺一天内各分钟PV值的例子:

public class DataReaderServer {
     //获取店铺一天内各分钟PV值的入口函数
     public static ConcurrentHashMap getUnitMinutePV(long uid, long startStamp, long endStamp){
         long min = startStamp;
         int count = (int)((endStamp - startStamp) / (60*1000));
         List lst = new ArrayList();
         for (int i = 0; i <= count; i++) {
            min = startStamp + i * 60 * 1000;
            lst.add(uid + "_" + min);
         }
         return parallelBatchMinutePV(lst);
     }
      //多线程并发查询,获取分钟PV值
private static ConcurrentHashMap parallelBatchMinutePV(List lstKeys){
        ConcurrentHashMap hashRet = new ConcurrentHashMap();
        int parallel = 3;
        List<List<String>> lstBatchKeys  = null;
        if (lstKeys.size() < parallel ){
            lstBatchKeys  = new ArrayList<List<String>>(1);
            lstBatchKeys.add(lstKeys);
        }
        else{
            lstBatchKeys  = new ArrayList<List<String>>(parallel);
            for(int i = 0; i < parallel; i++  ){
                List lst = new ArrayList();
                lstBatchKeys.add(lst);
            }
 
            for(int i = 0 ; i < lstKeys.size() ; i ++ ){
                lstBatchKeys.get(i%parallel).add(lstKeys.get(i));
            }
        }
 
        List >> futures = new ArrayList >>(5);
 
        ThreadFactoryBuilder builder = new ThreadFactoryBuilder();
        builder.setNameFormat("ParallelBatchQuery");
        ThreadFactory factory = builder.build();
        ThreadPoolExecutor executor = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(lstBatchKeys.size(), factory);
 
        for(List keys : lstBatchKeys){
            Callable< ConcurrentHashMap > callable = new BatchMinutePVCallable(keys);
            FutureTask< ConcurrentHashMap > future = (FutureTask< ConcurrentHashMap >) executor.submit(callable);
            futures.add(future);
        }
        executor.shutdown();
 
        // Wait for all the tasks to finish
        try {
          boolean stillRunning = !executor.awaitTermination(
              5000000, TimeUnit.MILLISECONDS);
          if (stillRunning) {
            try {
                executor.shutdownNow();
            } catch (Exception e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
          }
        } catch (InterruptedException e) {
          try {
              Thread.currentThread().interrupt();
          } catch (Exception e1) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e1.printStackTrace();
          }
        }
 
        // Look for any exception
        for (Future f : futures) {
          try {
              if(f.get() != null)
              {
                  hashRet.putAll((ConcurrentHashMap)f.get());
              }
          } catch (InterruptedException e) {
            try {
                 Thread.currentThread().interrupt();
            } catch (Exception e1) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e1.printStackTrace();
            }
          } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
 
        return hashRet;
    }
     //一个线程批量查询,获取分钟PV值
    protected static ConcurrentHashMap getBatchMinutePV(List lstKeys){
        ConcurrentHashMap hashRet = null;
        List lstGet = new ArrayList();
        String[] splitValue = null;
        for (String s : lstKeys) {
            splitValue = s.split("_");
            long uid = Long.parseLong(splitValue[0]);
            long min = Long.parseLong(splitValue[1]);
            byte[] key = new byte[16];
            Bytes.putLong(key, 0, uid);
            Bytes.putLong(key, 8, min);
            Get g = new Get(key);
            g.addFamily(fp);
            lstGet.add(g);
        }
        Result[] res = null;
        try {
            res = tableMinutePV[rand.nextInt(tableN)].get(lstGet);
        } catch (IOException e1) {
            logger.error("tableMinutePV exception, e=" + e1.getStackTrace());
        }
 
        if (res != null && res.length > 0) {
            hashRet = new ConcurrentHashMap(res.length);
            for (Result re : res) {
                if (re != null && !re.isEmpty()) {
                    try {
                        byte[] key = re.getRow();
                        byte[] value = re.getValue(fp, cp);
                        if (key != null && value != null) {
                            hashRet.put(String.valueOf(Bytes.toLong(key,
                                    Bytes.SIZEOF_LONG)), String.valueOf(Bytes
                                    .toLong(value)));
                        }
                    } catch (Exception e2) {
                        logger.error(e2.getStackTrace());
                    }
                }
            }
        }
 
        return hashRet;
    }
}
//调用接口类,实现Callable接口
class BatchMinutePVCallable implements Callable>{
     private List keys;
 
     public BatchMinutePVCallable(List lstKeys ) {
         this.keys = lstKeys;
     }
 
     public ConcurrentHashMap call() throws Exception {
         return DataReadServer.getBatchMinutePV(keys);
     }
}

 

3.5 缓存查询结果

对于频繁查询HBase的应用场景,可以考虑在应用程序中做缓存,当有新的查询请求时,首先在缓存中查找,如果存在则直接返回,不再查询HBase;否则对HBase发起读请求查询,然后在应用程序中将查询结果缓存起来。至于缓存的替换策略,可以考虑LRU等常用的策略。

3.6 Blockcache

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。

一个Regionserver上有一个BlockCache和N个Memstore,它们的大小之和不能大于等于heapsize * 0.8,否则HBase不能启动。默认BlockCache为0.2,而Memstore为0.4。对于注重读响应时间的系统,可以将 BlockCache设大些,比如设置BlockCache=0.4,Memstore=0.39,以加大缓存的命中率。

有关BlockCache机制,请参考这里:HBase的Block cache,HBase的blockcache机制,hbase中的缓存的计算与使用。

4.数据计算

4.1 服务端计算

Coprocessor运行于HBase RegionServer服务端,各个Regions保持对与其相关的coprocessor实现类的引用,coprocessor类可以通过RegionServer上classpath中的本地jar或HDFS的classloader进行加载。

目前,已提供有几种coprocessor:

Coprocessor:提供对于region管理的钩子,例如region的open/close/split/flush/compact等;
RegionObserver:提供用于从客户端监控表相关操作的钩子,例如表的get/put/scan/delete等;
Endpoint:提供可以在region上执行任意函数的命令触发器。一个使用例子是RegionServer端的列聚合,这里有代码示例。
以上只是有关coprocessor的一些基本介绍,本人没有对其实际使用的经验,对它的可用性和性能数据不得而知。感兴趣的同学可以尝试一下,欢迎讨论。

4.2 写端计算

4.2.1 计数

HBase本身可以看作是一个可以水平扩展的Key-Value存储系统,但是其本身的计算能力有限(Coprocessor可以提供一定的服务端计算),因此,使用HBase时,往往需要从写端或者读端进行计算,然后将最终的计算结果返回给调用者。举两个简单的例子:

PV计算:通过在HBase写端内存中,累加计数,维护PV值的更新,同时为了做到持久化,定期(如1秒)将PV计算结果同步到HBase中,这样查询端最多会有1秒钟的延迟,能看到秒级延迟的PV结果。
分钟PV计算:与上面提到的PV计算方法相结合,每分钟将当前的累计PV值,按照rowkey + minute作为新的rowkey写入HBase中,然后在查询端通过scan得到当天各个分钟以前的累计PV值,然后顺次将前后两分钟的累计PV值相减,就得到了当前一分钟内的PV值,从而最终也就得到当天各个分钟内的PV值。

4.2.2 去重

对于UV的计算,就是个去重计算的例子。分两种情况:

如果内存可以容纳,那么可以在Hash表中维护所有已经存在的UV标识,每当新来一个标识时,通过快速查找Hash确定是否是一个新的UV,若是则UV值加1,否则UV值不变。另外,为了做到持久化或提供给查询接口使用,可以定期(如1秒)将UV计算结果同步到HBase中。
如果内存不能容纳,可以考虑采用Bloom Filter来实现,从而尽可能的减少内存的占用情况。除了UV的计算外,判断URL是否存在也是个典型的应用场景。

4.3 读端计算

如果对于响应时间要求比较苛刻的情况(如单次http请求要在毫秒级时间内返回),个人觉得读端不宜做过多复杂的计算逻辑,尽量做到读端功能单一化:即从HBase RegionServer读到数据(scan或get方式)后,按照数据格式进行简单的拼接,直接返回给前端使用。当然,如果对于响应时间要求一般,或者业务特点需要,也可以在读端进行一些计算逻辑。

5.总结

作为一个Key-Value存储系统,HBase并不是万能的,它有自己独特的地方。因此,基于它来做应用时,我们往往需要从多方面进行优化改进(表设计、读表操作、写表操作、数据计算等),有时甚至还需要从系统级对HBase进行配置调优,更甚至可以对HBase本身进行优化。这属于不同的层次范畴。

总之,概括来讲,对系统进行优化时,首先定位到影响你的程序运行性能的瓶颈之处,然后有的放矢进行针对行的优化。如果优化后满足你的期望,那么就可以停止优化;否则继续寻找新的瓶颈之处,开始新的优化,直到满足性能要求。 

原文地址:  http://blog.linezing.com/2012/03/hbase-performance-optimization#wrapper

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评论
2 楼 greatwqs 2013-04-27  
在HBase设计中, 通常都是以Integer和字符! - ABC - abc - ~(ASCII顺序)进行设计主键.
在预分区Region时,可以用下面方法.
/**
 * split keys by int distribution
 * from 1 ~ regionNum, will generat regionNum Regions.
 * @return
 */
public static byte[][] getSplitKey(int regionNum){		
	byte[][] split = new byte[regionNum][] ;
	for(int i =1 ; i<= regionNum;i++){
		byte[] ck = new byte[4];
		Bytes.putInt(ck, 0, i);
		split[i-1] = ck;
	}
	return split;
}
/**
 * split keys by char distribution
 * from 33 ~ 126, ! - ABC - abc - ~, will generat 126-33+1 Regions.
 * @return
 */
public static byte[][] getSplitKey() {
	int startCodeValue = 33;
	int endCodeValue = 126;
	byte[][] key = new byte[126 - 33 + 1][];
	for (int i = startCodeValue; i <= endCodeValue; i++) {
		byte[] ck = new byte[1];
		ck[0] = (byte) i;
		key[i - startCodeValue] = ck;
	}
	return key;
}

第一个方法用于RowKey前面第一Bytes段是Int的情况,
第二个方法用于RowKey前面第一Bytes段是String的情况.
也可以根据自己表的rowkey定义和数据量的情况,预定于每个Region的StartKey,EndKey.

在HBaseAdmin中有这样一个方法:
byte[] startKey = ...;   	// your lowest keuy
byte[] endKey = ...;   		// your highest key
int numberOfRegions = ...;	// # of regions to create
admin.createTable(table, startKey, endKey, numberOfRegions);


自己写SplitKey和Bytes.split(a, b, num)区别:
自带的RowKey分区与自己写的分区RowKey范围不同, 自带的RowKey分配Region时在Key较'平均'的分配, Put时集群负载较均匀.
当特定的业务范围内的RowKey在进行Scan时,自定义的SplitKey优势就显现出来了. (在Scan时,可能跨越多个Region,因为自带的RowKey分区RowKey没有业务RowKey范围{StartKey,EndKey)随机, 可能Scan下一个key时,要切换到下一个Region再Scan.RPC就花掉时间了,Scan相对来说变慢. 自身设计的SplitKey有明显的业务数据RowKey界限.Scan执行到下一个Region概率相对较小.
1 楼 greatwqs 2013-03-16  
HBase 方向.
TB 九翎 : http://www.cnblogs.com/panfeng412/
TB kenwu: http://kenwublog.com/

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    **HBase学习总结** HBase,全称是Apache HBase,是一个分布式的、面向列的开源数据库,它是基于Google的Bigtable模型构建的,专为处理海量数据而设计。HBase是Apache Hadoop生态系统的一部分,它运行在Hadoop分布式...

    超全的HBase知识体系总结.pdf

    9. HBase的预分区设计是为了优化表的分布和读写性能,合理地设置分区可以避免数据倾斜和热点问题,使得数据能够均匀分布在不同的RegionServer上。 10. HBase的rowkey设计技巧包括rowkey的长度原则、散列原则和唯一...

    Hbase个人总结

    - **高性能**:通过内存缓存、索引优化以及并行处理技术,HBase能够在海量数据集上提供快速的数据访问速度。 - **面向列存储**:HBase采用了列族存储模型,这使得它在查询特定列数据时具有很高的效率。 - **可扩展性...

    hbase性能调优

    总结,HBase性能调优是一项综合性的任务,涉及JVM配置、数据压缩策略、region管理等多个方面。理解这些关键点并根据实际应用场景进行优化,能够显著提高HBase系统的整体性能和稳定性。在实际操作中,还需要不断监控...

    Hbase实验报告.pdf

    解决方法是首先确保HBase服务正常运行,然后通过以下命令启动Shell: ```shell hbase shell ``` 如果出现错误,应检查Hadoop和HBase的配置文件,如`hbase-site.xml`和`hbase-env.sh`,确保它们指向正确的路径和服务...

    Hadoop+Hbase搭建云存储总结

    - **系统优化:** 根据业务需求调整HDFS和Hbase的参数配置,确保性能最优。 **3. 应用场景** - **大数据分析:** 结合Hadoop的强大处理能力和Hbase的高效访问能力,适用于各类大数据分析场景。 - **实时查询:**...

    hbase社区2018精选资料

    HBase社区2018精选资料的知识点涵盖了HBase生态系统的多个方面,包括HBase的基本概念、架构、组件、应用案例、技术实践、性能优化策略、新特性、平台实践以及社区动态等。HBase是一个高性能的开源NoSQL数据库,属于...

    \"HBase_介绍和HBase云存储\"分享总结

    4. **HBase的优化策略**:包括表设计、region大小调整、负载均衡、读写优化等,以提高系统性能。 接下来,我们将重点关注“HBase云存储”。在云计算环境中,HBase的优势更加凸显: 1. **云存储的扩展性**:HBase的...

    HBase在淘宝的应用和优化

    ### HBase在淘宝的应用与优化 #### 一、HBase简介及优势 HBase是一个开源的、分布式的、面向列的存储系统,它基于Google的BigTable论文设计而成。HBase利用Hadoop HDFS作为其文件系统,支持大规模的数据存储,并...

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