HBase 与 Spark
贡献者:TsingJyujing
Apache Spark 是一个分布式的、用于在内存中处理数据的软件框架,在许多场景中用于代替 MapReduce。
Spark 本身已经超出了本文档的范围,请参考 Spark 的项目及子项目的网站来获取更多信息。本文档将会集中在 4 个主要的 HBase 和 Spark 交互的要点上,这四点分别是:
基础 Spark
这可以在 Spark DAG 中的任意一点使用 HBase Connection。
Spark Streaming
这可以在 Spark Streaming 应用中的任意一点使用 HBase Connection。
Spark 批量加载
这可以允许在批量插入 HBase 的时候直接写 HBase 的 HFiles。
SparkSQL/DataFrames
这将提供为 HBase 中定义的表提供写 SparkSQL 的能力。
下面的部分将会用几个例子来说明上面几点交互。
104. 基础 Spark
这一部分将会在最底层和最简单的等级讨论 HBase 与 Spark 的整合。其他交互的要点都是基于这些操作构建的,我们会在这里完整描述。
一切 HBase 和 Spark 整合的基础都是 HBaseContext,HBaseContext 接受 HBase 配置并且会将其推送到 Spark 执行器(executor)中。这允许我们在每个 Spark 执行器(executor)中有一个静态的 HBase 连接。
作为参考,Spark 执行器(executor)既可以和 Region Server 在同一个节点,也可以在不同的节点,他们不存在共存的依赖关系。
可以认为每个 Spark 执行器(executor)都是一个多线程的客户端程序,这允许运行在不同的执行器上的 Spark 任务访问共享的连接对象。
例 31. HBaseContext 使用例程
这个例子展现了如何使用 Scala 语言在 RDD 的foreachPartition
方法中使用 HBaseContext。
val sc = new SparkContext("local", "test")
val config = new HBaseConfiguration()
...
val hbaseContext = new HBaseContext(sc, config)
rdd.hbaseForeachPartition(hbaseContext, (it, conn) => {
val bufferedMutator = conn.getBufferedMutator(TableName.valueOf("t1"))
it.foreach((putRecord) => {
. val put = new Put(putRecord._1)
. putRecord._2.foreach((putValue) => put.addColumn(putValue._1, putValue._2, putValue._3))
. bufferedMutator.mutate(put)
})
bufferedMutator.flush()
bufferedMutator.close()
})
这里是使用 Java 编写的同样的例子。
JavaSparkContext jsc = new JavaSparkContext(sparkConf);
try {
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
list.add(Bytes.toBytes("1"));
...
list.add(Bytes.toBytes("5"));
JavaRDD<byte[]> rdd = jsc.parallelize(list);
Configuration conf = HBaseConfiguration.create();
JavaHBaseContext hbaseContext = new JavaHBaseContext(jsc, conf);
hbaseContext.foreachPartition(rdd,
new VoidFunction<Tuple2<Iterator<byte[]>, Connection>>() {
public void call(Tuple2<Iterator<byte[]>, Connection> t)
throws Exception {
Table table = t._2().getTable(TableName.valueOf(tableName));
BufferedMutator mutator = t._2().getBufferedMutator(TableName.valueOf(tableName));
while (t._1().hasNext()) {
byte[] b = t._1().next();
Result r = table.get(new Get(b));
if (r.getExists()) {
mutator.mutate(new Put(b));
}
}
mutator.flush();
mutator.close();
table.close();
}
});
} finally {
jsc.stop();
}
所有的函数式都同时在 Spark 和 HBase 中,并且都支持用 Scala 或者 Java 开发。除了 SparkSQL 以外,所有 Spark 支持的语言在这里也都支持。
目前在余下的文档中,我们将会重点关注 Scala 的例程。
上面的例程阐释了如何在 foreachPartition 操作中使用连接。除此之外,许多 Spark 的基础函数都是支持的:
bulkPut
并行的写入大量数据到 HBase
bulkDelete
并行的删除 HBase 中大量数据
bulkGet
并行的从 HBase 中获取大量的数据,并且创建一个新的 RDD
mapPartition
在 Spark 的 Map 函数中使用连接对象,并且允许使用完整的 HBase 访问
hBaseRDD
简单的创建一个用于分布式扫描数据的 RDD
想要参看所有机能的例程,参见 HBase-Spark 模块。
105. Spark Streaming
Spark Streaming 是一个基于 Spark 构建的微批流处理框架。
HBase 和 Spark Streaming 的良好配合使得 HBase 可以提供一下益处:
可以动态的获取参考或者描述性数据
基于 Spark Streaming 提供的恰好一次处理,可以存储计数或者聚合结果
HBase-Spark 模块整合的和 Spark Streaming 的相关的点与 Spark 整合的点非常相似,
以下的指令可以在 Spark Streaming DStream 中立刻使用:
bulkPut
并行的写入大量数据到 HBase
bulkDelete
并行的删除 HBase 中大量数据
bulkGet
并行的从 HBase 中获取大量的数据,并且创建一个新的 RDD
mapPartition
在 Spark 的 Map 函数中使用连接对象,并且允许使用完整的 HBase 访问
hBaseRDD
简单的创建一个用于分布式扫描数据的 RDD。
例 32. bulkPut
在 DStreams 中使用的例程
以下是 bulkPut 在 DStreams 中的使用例程,感觉上与 RDD 批量插入非常接近。
val sc = new SparkContext("local", "test")
val config = new HBaseConfiguration()
val hbaseContext = new HBaseContext(sc, config)
val ssc = new StreamingContext(sc, Milliseconds(200))
val rdd1 = ...
val rdd2 = ...
val queue = mutable.Queue[RDD[(Array[Byte], Array[(Array[Byte],
Array[Byte], Array[Byte])])]]()
queue += rdd1
queue += rdd2
val dStream = ssc.queueStream(queue)
dStream.hbaseBulkPut(
hbaseContext,
TableName.valueOf(tableName),
(putRecord) => {
val put = new Put(putRecord._1)
putRecord._2.foreach((putValue) => put.addColumn(putValue._1, putValue._2, putValue._3))
put
})
这里到hbaseBulkPut
函数有三个输入,hbaseContext 携带了配置广播信息,来帮助我们连接到执行器中的 HBase Connections。
表名用于指明我们要往哪个表放数据。一个函数将 DStream 中的记录转换为 HBase Put 对象。
106. 批量加载
使用 Spark 加载大量的数据到 HBase 有两个选项。
基本的大量数据加载功能适用于你的行有数百万列数据,以及在 Spark 批量加载之前的 Map 操作列没有合并和分组的情况。
Spark 中还有一个轻量批量加载选项,这个第二选项设计给每一行少于一万的情况。
第二个选项的优势在于更高的吞吐量,以及 Spark 的 shuffle 操作中更轻的负载。
两种实现都或多或少的类似 MapReduce 批量加载过程,
因为分区器基于 Region 划分对行键进行分区。并且行键被顺序的发送到 Reducer
所以 HFile 可以在 reduce 阶段被直接写出。
依照 Spark 的术语来说,批量加载将会基于repartitionAndSortWithinPartitions
实现,并且之后是 Spark 的foreachPartition
。
让我们首先看一下使用批量加载功能的例子
例 33. 批量加载例程
下面的例子展现了 Spark 中的批量加载。
val sc = new SparkContext("local", "test")
val config = new HBaseConfiguration()
val hbaseContext = new HBaseContext(sc, config)
val stagingFolder = ...
val rdd = sc.parallelize(Array(
(Bytes.toBytes("1"),
(Bytes.toBytes(columnFamily1), Bytes.toBytes("a"), Bytes.toBytes("foo1"))),
(Bytes.toBytes("3"),
(Bytes.toBytes(columnFamily1), Bytes.toBytes("b"), Bytes.toBytes("foo2.b"))), ...
rdd.hbaseBulkLoad(TableName.valueOf(tableName),
t => {
val rowKey = t._1
val family:Array[Byte] = t._2(0)._1
val qualifier = t._2(0)._2
val value = t._2(0)._3
val keyFamilyQualifier= new KeyFamilyQualifier(rowKey, family, qualifier)
Seq((keyFamilyQualifier, value)).iterator
},
stagingFolder.getPath)
val load = new LoadIncrementalHFiles(config)
load.doBulkLoad(new Path(stagingFolder.getPath),
conn.getAdmin, table, conn.getRegionLocator(TableName.valueOf(tableName)))
hbaseBulkLoad
函数需要三个必要参数:
我们需要从之加载数据的表名
一个函数用于将 RDD 中的某个记录转化为一个元组形式的键值对。
其中键值是一个 KeyFamilyQualifer 对象,值是 cell value。
KeyFamilyQualifer 将会保存行键,列族和列标识位。
针对行键的随机操作会根据这三个值来排序。写出 HFile 的临时路径
接下来的 Spark 批量加载指令,使用 HBase 的 LoadIncrementalHFiles 对象来加载 HBase 中新创建的 HFiles。
使用 Spark 批量加载的附加参数
你可以在 hbaseBulkLoad 中用附加参数设置以下属性:
- HFile 的最大文件大小
- 从压缩中排除 HFile 的标志
- 列族设置,包含 compression(压缩), bloomType(布隆(过滤器)类型), blockSize(块大小), and dataBlockEncoding(数据块编码)
例 34. 使用附加参数
val sc = new SparkContext("local", "test")
val config = new HBaseConfiguration()
val hbaseContext = new HBaseContext(sc, config)
val stagingFolder = ...
val rdd = sc.parallelize(Array(
(Bytes.toBytes("1"),
(Bytes.toBytes(columnFamily1), Bytes.toBytes("a"), Bytes.toBytes("foo1"))),
(Bytes.toBytes("3"),
(Bytes.toBytes(columnFamily1), Bytes.toBytes("b"), Bytes.toBytes("foo2.b"))), ...
val familyHBaseWriterOptions = new java.util.HashMap[Array[Byte], FamilyHFileWriteOptions]
val f1Options = new FamilyHFileWriteOptions("GZ", "ROW", 128, "PREFIX")
familyHBaseWriterOptions.put(Bytes.toBytes("columnFamily1"), f1Options)
rdd.hbaseBulkLoad(TableName.valueOf(tableName),
t => {
val rowKey = t._1
val family:Array[Byte] = t._2(0)._1
val qualifier = t._2(0)._2
val value = t._2(0)._3
val keyFamilyQualifier= new KeyFamilyQualifier(rowKey, family, qualifier)
Seq((keyFamilyQualifier, value)).iterator
},
stagingFolder.getPath,
familyHBaseWriterOptions,
compactionExclude = false,
HConstants.DEFAULT_MAX_FILE_SIZE)
val load = new LoadIncrementalHFiles(config)
load.doBulkLoad(new Path(stagingFolder.getPath),
conn.getAdmin, table, conn.getRegionLocator(TableName.valueOf(tableName)))
现在让我们来看一下如何调用轻量化对象批量加载的实现:
例 35. 使用轻量批量加载
val sc = new SparkContext("local", "test")
val config = new HBaseConfiguration()
val hbaseContext = new HBaseContext(sc, config)
val stagingFolder = ...
val rdd = sc.parallelize(Array(
("1",
(Bytes.toBytes(columnFamily1), Bytes.toBytes("a"), Bytes.toBytes("foo1"))),
("3",
(Bytes.toBytes(columnFamily1), Bytes.toBytes("b"), Bytes.toBytes("foo2.b"))), ...
rdd.hbaseBulkLoadThinRows(hbaseContext,
TableName.valueOf(tableName),
t => {
val rowKey = t._1
val familyQualifiersValues = new FamiliesQualifiersValues
t._2.foreach(f => {
val family:Array[Byte] = f._1
val qualifier = f._2
val value:Array[Byte] = f._3
familyQualifiersValues +=(family, qualifier, value)
})
(new ByteArrayWrapper(Bytes.toBytes(rowKey)), familyQualifiersValues)
},
stagingFolder.getPath,
new java.util.HashMap[Array[Byte], FamilyHFileWriteOptions],
compactionExclude = false,
20)
val load = new LoadIncrementalHFiles(config)
load.doBulkLoad(new Path(stagingFolder.getPath),
conn.getAdmin, table, conn.getRegionLocator(TableName.valueOf(tableName)))
注意在使用轻量行批量加载的时候函数返回的元组中:
第一个元素是行键,第二个元素是 FamiliesQualifiersValues,这个对象中含有这一行里所有的数值,并且包含了所有的列族。
107. SparkSQL/DataFrames
(HBase-Spark 中的)HBase-Spark 连接器 提供了:
DataSource API
(SPARK-3247)
在 Spark 1.2.0 的时候被引入,连接了简单的 HBase 的键值存储与复杂的关系型 SQL 查询,并且使得用户可以使用 Spark 在 HBase 上施展复杂的数据分析工作。
HBase Dataframe 是 Spark Dataframe 的一个标准,并且它允许和其他任何数据源——例如 Hive, Orc, Parquet, JSON 之类。
HBase-Spark Connector 使用的关键技术例如分区修剪,列修剪,推断后置以及数据本地化。
为了使用 HBase-Spark connector,用户需要定义 HBase 到 Spark 表中的映射目录。
准备数据并且填充 HBase 的表,然后将其加载到 HBase DataFrame 中去。
在此之后,用户可以使用 SQL 查询语句整合查询与数据获取。
接下来的例子说明了最基本的过程
107.1. 定义目录
def catalog = s"""{
|"table":{"namespace":"default", "name":"table1"},
|"rowkey":"key",
|"columns":{
|"col0":{"cf":"rowkey", "col":"key", "type":"string"},
|"col1":{"cf":"cf1", "col":"col1", "type":"boolean"},
|"col2":{"cf":"cf2", "col":"col2", "type":"double"},
|"col3":{"cf":"cf3", "col":"col3", "type":"float"},
|"col4":{"cf":"cf4", "col":"col4", "type":"int"},
|"col5":{"cf":"cf5", "col":"col5", "type":"bigint"},
|"col6":{"cf":"cf6", "col":"col6", "type":"smallint"},
|"col7":{"cf":"cf7", "col":"col7", "type":"string"},
|"col8":{"cf":"cf8", "col":"col8", "type":"tinyint"}
|}
|}""".stripMargin
目录定义了从 HBase 到 Spark 表的一个映射。
这个目录中有两个关键部分。
第一个是行键的定义,另一个是将 Spark 表中的列映射到 HBase 的列族和列标识位。
上面的 schema 定义了一个 HBase 中的表,名为 Table1,行键作为键与一些列(col1 -
col8)。
注意行键也需要被定义为一个列(col0),该列具有特定的列族(rowkey)。
107.2. 保存 DataFrame
case class HBaseRecord(
col0: String,
col1: Boolean,
col2: Double,
col3: Float,
col4: Int,
col5: Long,
col6: Short,
col7: String,
col8: Byte)
object HBaseRecord
{
def apply(i: Int, t: String): HBaseRecord = {
val s = s"""row${"%03d".format(i)}"""
HBaseRecord(s,
i % 2 == 0,
i.toDouble,
i.toFloat,
i,
i.toLong,
i.toShort,
s"String$i: $t",
i.toByte)
}
}
val data = (0 to 255).map { i => HBaseRecord(i, "extra")}
sc.parallelize(data).toDF.write.options(
Map(HBaseTableCatalog.tableCatalog -> catalog, HBaseTableCatalog.newTable -> "5"))
.format("org.apache.hadoop.hbase.spark ")
.save()
用户准备的数据(data
)是一个本地的 Scala 集合,含有 256 个 HBaseRecord 对象。sc.parallelize(data)
函数分发了从 RDD 中来的数据。toDF
返回了一个 DataFrame。write
函数返回了一个 DataFrameWriter 来将 DataFrame 中的数据到外部存储(例如这里是 HBase)。save
函数将会创建一个具有 5 个 Region 的 HBase 表来在内部保存 DataFrame。
107.3. 加载 DataFrame
def withCatalog(cat: String): DataFrame = {
sqlContext
.read
.options(Map(HBaseTableCatalog.tableCatalog->cat))
.format("org.apache.hadoop.hbase.spark")
.load()
}
val df = withCatalog(catalog)
在 withCatalog 函数中,sqlContext 是一个 SQLContext 的变量,是一个用于与 Spark 中结构化(行与列)的数据一起工作的一个入口点。read
返回一个 DataFrameReader,他可以用于从 DataFrame 中读取数据。option
函数为输出到 DataFrameReader 的底层的数据源增加了输入选项。
以及,format
函数表示了 DataFrameReader 的输入数据源的格式。 load()
函数将其加载为一个 DataFrame, 数据帧 df
将由withCatalog
函数返回,用于访问 HBase 表,例如 4.4 与 4.5.
107.4. Language Integrated Query
val s = df.filter(($"col0" <= "row050" && $"col0" > "row040") ||
$"col0" === "row005" ||
$"col0" <= "row005")
.select("col0", "col1", "col4")
s.show
DataFrame 可以做很多操作,例如 join, sort, select, filter, orderBy 等等等等。df.filter
通过指定的 SQL 表达式提供过滤器,select
选择一系列的列:col0
, col1
和 col4
。
107.5. SQL 查询
df.registerTempTable("table1")
sqlContext.sql("select count(col1) from table1").show
registerTempTable
注册了一个名为 df
的 DataFrame 作为临时表,表名为table1
,临时表的生命周期和 SQLContext 有关,用于创建df
。sqlContext.sql
函数允许用户执行 SQL 查询。
107.6. Others
例 36. 查询不同的时间戳
在 HBaseSparkConf 中,可以设置 4 个和时间戳有关的参数,它们分别表示为 TIMESTAMP, MIN_TIMESTAMP, MAX_TIMESTAMP 和 MAX_VERSIONS。用户可以使用不同的时间戳或者利用 MIN_TIMESTAMP 和 MAX_TIMESTAMP 查询时间范围内的记录。同时,下面的例子使用了具体的数值取代了 tsSpecified 和 oldMs。
下例展示了如何使用不同的时间戳加载 df DataFrame。tsSpecified 由用户定义,HBaseTableCatalog 定义了 HBase 和 Relation 关系的 schema。writeCatalog 定义了 schema 映射的目录。
val df = sqlContext.read
.options(Map(HBaseTableCatalog.tableCatalog -> writeCatalog, HBaseSparkConf.TIMESTAMP -> tsSpecified.toString))
.format("org.apache.hadoop.hbase.spark")
.load()
下例展示了如何使用不同的时间范围加载 df DataFrame。oldMs 由用户定义。
val df = sqlContext.read
.options(Map(HBaseTableCatalog.tableCatalog -> writeCatalog, HBaseSparkConf.MIN_TIMESTAMP -> "0",
HBaseSparkConf.MAX_TIMESTAMP -> oldMs.toString))
.format("org.apache.hadoop.hbase.spark")
.load()
在加载 DataFrame 之后,用户就可以查询数据。
df.registerTempTable("table")
sqlContext.sql("select count(col1) from table").show
例 37. 原生 Avro 支持
Example 37. Native Avro support
HBase-Spark Connector 支持不同类型的数据格式例如 Avro, Jason 等等。下面的用例展示了 Spark 如何支持 Avro。用户可以将 Avro 记录直接持久化进 HBase。
在内部,Avro schema 自动的转换为原生的 Spark Catalyst 数据类型。
注意,HBase 表中无论是键或者值的部分都可以在 Avro 格式定义。
1) 为 schema 映射定义目录:
def catalog = s"""{
|"table":{"namespace":"default", "name":"Avrotable"},
|"rowkey":"key",
|"columns":{
|"col0":{"cf":"rowkey", "col":"key", "type":"string"},
|"col1":{"cf":"cf1", "col":"col1", "type":"binary"}
|}
|}""".stripMargin
catalog
是一个 HBase 表的 schema,命名为 Avrotable
。行键作为键,并且有一个列 col1。行键也被定义为详细的一列(col0),并且指定列族(rowkey)。
2) 准备数据:
object AvroHBaseRecord {
val schemaString =
s"""{"namespace": "example.avro",
| "type": "record", "name": "User",
| "fields": [
| {"name": "name", "type": "string"},
| {"name": "favorite_number", "type": ["int", "null"]},
| {"name": "favorite_color", "type": ["string", "null"]},
| {"name": "favorite_array", "type": {"type": "array", "items": "string"}},
| {"name": "favorite_map", "type": {"type": "map", "values": "int"}}
| ] }""".stripMargin
val avroSchema: Schema = {
val p = new Schema.Parser
p.parse(schemaString)
}
def apply(i: Int): AvroHBaseRecord = {
val user = new GenericData.Record(avroSchema);
user.put("name", s"name${"%03d".format(i)}")
user.put("favorite_number", i)
user.put("favorite_color", s"color${"%03d".format(i)}")
val favoriteArray = new GenericData.Array[String](2, avroSchema.getField("favorite_array").schema())
favoriteArray.add(s"number${i}")
favoriteArray.add(s"number${i+1}")
user.put("favorite_array", favoriteArray)
import collection.JavaConverters._
val favoriteMap = Map[String, Int](("key1" -> i), ("key2" -> (i+1))).asJava
user.put("favorite_map", favoriteMap)
val avroByte = AvroSedes.serialize(user, avroSchema)
AvroHBaseRecord(s"name${"%03d".format(i)}", avroByte)
}
}
val data = (0 to 255).map { i =>
AvroHBaseRecord(i)
}
首先定义 schemaString
,然后它被解析来获取avroSchema
,avroSchema
是用来生成 AvroHBaseRecord
的。data
由用户准备,是一个有 256 个AvroHBaseRecord
对象的原生 Scala 集合。
3) 保存 DataFrame:
sc.parallelize(data).toDF.write.options(
Map(HBaseTableCatalog.tableCatalog -> catalog, HBaseTableCatalog.newTable -> "5"))
.format("org.apache.spark.sql.execution.datasources.hbase")
.save()
对于由 schema catalog
提供的已有的数据帧,上述语句将会创建一个具有 5 个分区的 HBase 表,并且将数据存进去。
4) 加载 DataFrame
def avroCatalog = s"""{
|"table":{"namespace":"default", "name":"avrotable"},
|"rowkey":"key",
|"columns":{
|"col0":{"cf":"rowkey", "col":"key", "type":"string"},
|"col1":{"cf":"cf1", "col":"col1", "avro":"avroSchema"}
|}
|}""".stripMargin
def withCatalog(cat: String): DataFrame = {
sqlContext
.read
.options(Map("avroSchema" -> AvroHBaseRecord.schemaString, HBaseTableCatalog.tableCatalog -> avroCatalog))
.format("org.apache.spark.sql.execution.datasources.hbase")
.load()
}
val df = withCatalog(catalog)
在 withCatalog
函数中,read
会返回一个可以将数据读取成 DataFrame 格式的 DataFrameReader。option
函数追加输入选项来指定 DataFrameReader 使用的底层数据源。这里有两个选项,一个是设置avroSchema
为AvroHBaseRecord.schemaString
,另一个是设置HBaseTableCatalog.tableCatalog
为 avroCatalog
。load()
函数加载所有的数据为 DataFrame。数据帧 df
由withCatalog
函数返回,可用于访问 HBase 表中的数据。
5) SQL 查询
df.registerTempTable("avrotable")
val c = sqlContext.sql("select count(1) from avrotable").
在加载 df DataFrame 之后,用户可以查询数据。registerTempTable 将 df DataFrame 注册为一个临时表,表名为 avrotable。sqlContext.sql
函数允许用户执行 SQL 查询。