HBase性能调优(讲解透彻)

HBase性能调优 
我们经常看到一些文章吹嘘某产品如何如何快，如何如何强，而自己测试时却不如描述的一些数据。其实原因可能在于你还不是真正理解其内部结构，对于其性能调优方法不够了解。本文转自TaoBao的Ken Wu同学的博客，是目前看到比较完整的HBase调优文章。 
原文链接：HBase性能调优 
因官方Book Performance Tuning部分章节没有按配置项进行索引，不能达到快速查阅的效果。所以我以配置项驱动，重新整理了原文，并补充一些自己的理解，如有错误，欢迎指正。 
配置优化 
zookeeper.session.timeout 
默认值：3分钟（180000ms） 
说明：RegionServer与Zookeeper间的连接超时时间。当超时时间到后，ReigonServer会被Zookeeper从RS集群清单中移除，HMaster收到移除通知后，会对这台server负责的regions重新balance，让其他存活的RegionServer接管. 
调优：这个timeout决定了RegionServer是否能够及时的failover。设置成1分钟或更低，可以减少因等待超时而被延长的failover时间。 
不过需要注意的是，对于一些Online应用，RegionServer从宕机到恢复时间本身就很短的（网络闪断，crash等故障，运维可快速介入），如果调低timeout时间，反而会得不偿失。因为当ReigonServer被正式从RS集群中移除时，HMaster就开始做balance了（让其他RS根据故障机器记录的WAL日志进行恢复）。当故障的RS在人工介入恢复后，这个balance动作是毫无意义的，反而会使负载不均匀，给RS带来更多负担。特别是那些固定分配regions的场景。 
hbase.regionserver.handler.count 
默认值：10 
说明：RegionServer的请求处理IO线程数。 
调优：这个参数的调优与内存息息相关。 
较少的IO线程，适用于处理单次请求内存消耗较高的Big PUT场景（大容量单次PUT或设置了较大cache的scan，均属于Big PUT）或ReigonServer的内存比较紧张的场景。 
较多的IO线程，适用于单次请求内存消耗低，TPS要求非常高的场景。设置该值的时候，以监控内存为主要参考。 
这里需要注意的是如果server的region数量很少，大量的请求都落在一个region上，因快速充满memstore触发flush导致的读写锁会影响全局TPS，不是IO线程数越高越好。 
压测时，开启Enabling RPC-level logging，可以同时监控每次请求的内存消耗和GC的状况，最后通过多次压测结果来合理调节IO线程数。 
这里是一个案例 Hadoop and HBase Optimization for Read Intensive Search Applications，作者在SSD的机器上设置IO线程数为100，仅供参考。 
hbase.hregion.max.filesize 
默认值：256M 
说明：在当前ReigonServer上单个Reigon的最大存储空间，单个Region超过该值时，这个Region会被自动split成更小的region。 
调优：小region对split和compaction友好，因为拆分region或compact小region里的storefile速度很快，内存占用低。缺点是split和compaction会很频繁。 
特别是数量较多的小region不停地split, compaction，会导致集群响应时间波动很大，region数量太多不仅给管理上带来麻烦，甚至会引发一些Hbase的bug。 
一般512以下的都算小region。 
大region，则不太适合经常split和compaction，因为做一次compact和split会产生较长时间的停顿，对应用的读写性能冲击非常大。此外，大region意味着较大的storefile，compaction时对内存也是一个挑战。 
当然，大region也有其用武之地。如果你的应用场景中，某个时间点的访问量较低，那么在此时做compact和split，既能顺利完成split和compaction，又能保证绝大多数时间平稳的读写性能。 
既然split和compaction如此影响性能，有没有办法去掉？ 
compaction是无法避免的，split倒是可以从自动调整为手动。 
只要通过将这个参数值调大到某个很难达到的值，比如100G，就可以间接禁用自动split（RegionServer不会对未到达100G的region做split）。 
再配合RegionSplitter这个工具，在需要split时，手动split。 
手动split在灵活性和稳定性上比起自动split要高很多，相反，管理成本增加不多，比较推荐online实时系统使用。 
内存方面，小region在设置memstore的大小值上比较灵活，大region则过大过小都不行，过大会导致flush时app的IO wait增高，过小则因store file过多影响读性能。 
hbase.regionserver.global.memstore.upperLimit/lowerLimit 
默认值：0.4/0.35 
upperlimit说明：hbase.hregion.memstore.flush.size 这个参数的作用是 当单个memstore达到指定值时，flush该memstore。但是，一台ReigonServer可能有成百上千个memstore，每个memstore也许未达到flush.size，jvm的heap就不够用了。该参数就是为了限制memstores占用的总内存。 
当ReigonServer内所有的memstore所占用的内存总和达到heap的40%时，HBase会强制block所有的更新并flush这些memstore以释放所有memstore占用的内存。 
lowerLimit说明： 同upperLimit，只不过当全局memstore的内存达到35%时，它不会flush所有的memstore，它会找一些内存占用较大的memstore，做个别flush，当然更新还是会被block。lowerLimit算是一个在全局flush导致性能暴跌前的补救措施。为什么说是性能暴跌？可以想象一下，如果memstore需要在一段较长的时间内做全量flush，且这段时间内无法接受任何读写请求，对HBase集群的性能影响是很大的。 
调优：这是一个Heap内存保护参数，默认值已经能适用大多数场景。它的调整一般是为了配合某些专属优化，比如读密集型应用，将读缓存开大，降低该值，腾出更多内存给其他模块使用。 
这个参数会给使用者带来什么影响？ 
比如，10G内存，100个region，每个memstore 64M，假设每个region只有一个memstore，那么当100个memstore平均占用到50%左右时，就会达到lowerLimit的限制。假设此时，其他memstore同样有很多的写请求进来。在那些大的region未flush完，就可能又超过了upperlimit，则所有region都会被block，开始触发全局flush。 
不过，除了你的内存非常小或你的应用场景里大多数都是读，我觉得不需要去调这个参数。 
hfile.block.cache.size 
默认值：0.2 
说明：storefile的读缓存占用Heap的大小百分比，0.2表示20%。该值直接影响数据读的性能。 
调优：当然是越大越好，如果读比写少，开到0.4-0.5也没问题。如果读写较均衡，0.3左右。如果写比读多，果断默认吧。设置这个值的时候，你同时要参考 hbase.regionserver.global.memstore.upperLimit ，该值是memstore占heap的最大百分比，两个参数一个影响读，一个影响写。如果两值加起来超过80-90%，会有OOM的风险，谨慎设置。 
hbase.hstore.blockingStoreFiles 
默认值：7 
说明：在compaction时，如果一个Store（Coulmn Family）内有超过7个storefile需要合并，则block所有的写请求，进行flush，限制storefile数量增长过快。 
调优：block写请求会影响当前region的性能，将值设为单个region可以支撑的最大store file数量会是个不错的选择，即允许comapction时，memstore继续生成storefile。最大storefile数量可通过region size/memstore size来计算。如果你将region size设为无限大，那么你需要预估一个region可能产生的最大storefile数。 
hbase.hregion.memstore.block.multiplier 
默认值：2 
说明：当一个region里的memstore超过单个memstore.size两倍的大小时，block该region的所有请求，进行flush，释放内存。虽然我们设置了memstore的总大小，比如64M，但想象一下，在最后63.9M的时候，我Put了一个100M的数据，此时memstore的大小会瞬间暴涨到超过预期的memstore.size。这个参数的作用是当memstore的大小增至超过memstore.size时，block所有请求，遏制风险进一步扩大。 
调优： 这个参数的默认值还是比较靠谱的。如果你预估你的正常应用场景（不包括异常）不会出现突发写或写的量可控，那么保持默认值即可。如果正常情况下，你的写请求量就会经常暴长到正常的几倍，那么你应该调大这个倍数并调整其他参数值，比如hfile.block.cache.size和hbase.regionserver.global.memstore.upperLimit/lowerLimit，以预留更多内存，防止HBase server OOM。 
其他 
启用LZO压缩 
LZO对比Hbase默认的GZip，前者性能较高，后者压缩比较高，具体参见 Using LZO Compression。对于想提高HBase读写性能的开发者，采用LZO是比较好的选择。对于非常在乎存储空间的开发者，则建议保持默认。 
不要在一张表里定义太多的Column Family 
Hbase目前不能良好的处理超过包含2-3个CF的表。因为某个CF在flush发生时，它邻近的CF也会因关联效应被触发flush，最终导致系统产生更多IO。 
批量导入 
在批量导入数据到Hbase前，你可以通过预先创建regions，来平衡数据的负载。详见 Table Creation: Pre-Creating Regions 
避免CMS concurrent mode failure 
HBase使用CMS GC。默认触发GC的时机是当年老代内存达到90%的时候，这个百分比由 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=N 这个参数来设置。concurrent mode failed发生在这样一个场景： 
当年老代内存达到90%的时候，CMS开始进行并发垃圾收集，于此同时，新生代还在迅速不断地晋升对象到年老代。当年老代CMS还未完成并发标记时，年老代满了，悲剧就发生了。CMS因为没内存可用不得不暂停mark，并触发一次全jvm的stop the world（挂起所有线程），然后采用单线程拷贝方式清理所有垃圾对象。这个过程会非常漫长。为了避免出现concurrent mode failed，我们应该让GC在未到90%时，就触发。 
通过设置 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=N 
这个百分比， 可以简单的这么计算。如果你的 hfile.block.cache.size 和 hbase.regionserver.global.memstore.upperLimit 加起来有60%（默认），那么你可以设置 70-80，一般高10%左右差不多。 
Hbase客户端优化 
AutoFlush 
将HTable的setAutoFlush设为false，可以支持客户端批量更新。即当Put填满客户端flush缓存时，才发送到服务端。默认是true。 
Scan Caching 
scanner一次缓存多少数据来scan（从服务端一次抓多少数据回来scan）。 
默认值是 1，一次只取一条。 
Scan Attribute Selection 
scan时建议指定需要的Column Family，减少通信量，否则scan操作默认会返回整个row的所有数据（所有Coulmn Family）。 
Close ResultScanners 
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）。 
Optimal Loading of Row Keys 
当你scan一张表的时候，返回结果只需要row key（不需要CF, qualifier,values,timestaps）时，你可以在scan实例中添加一个filterList，并设置 MUST_PASS_ALL操作，filterList中add FirstKeyOnlyFilter或KeyOnlyFilter。这样可以减少网络通信量。 
Turn off WAL on Puts 
当Put某些非重要数据时，你可以设置writeToWAL(false)，来进一步提高写性能。writeToWAL(false)会在Put时放弃写WAL log。风险是，当RegionServer宕机时，可能你刚才Put的那些数据会丢失，且无法恢复。 
启用Bloom Filter 
Bloom Filter通过空间换时间，提高读操作性能。