HBase中BlockCache的设计综述

BlockCache用来做读缓存,在每个RegionServer上只有一个BlockCache。BlockCache的默认值为0.4,它表示可用堆的40%。HBase提供了两种不同的BlockCache实现来缓存从HDFS读取的数据:默认的堆上LruBlockCache和通常是堆外的BucketCache。
默认情况下,所有用户表都启用块缓存,这意味着任何读取操作都将加载LRU缓存。 这对于许多用例而言可能是好的,但是通常需要进行进一步的调整才能获得更好的性能。 一个重要的概念是工作集大小或WSS,即:“计算任务所需的内存量”。

BlockCache的分配

  • 一台将堆大小设置为1 GB并且默认块高速缓存大小的区域服务器将具有405 MB的块高速缓存可用。
  • 20个区域服务器(堆大小设置为8 GB)和默认块高速缓存大小将具有63.3的块高速缓存。
  • 堆大小设置为24 GB,块缓存大小为0.5的100个区域服务器将具有约1.16 TB的块缓存。

LruBlockCache

使用Java实现,并且完全在Java堆中。LruBlockCache的实现原理可以参照Java并发包的ConcurrentHashMap,管理BlockKey到Block的映射关系。LruBlockCache遵循LRU的淘汰策略。

LRUBlockCache提供了三中缓存策略。

  • 单一访问优先级:占读缓存的25%,首次从HDFS加载块时,数据将被存在这块区域,它属于三种策略中优先级最低的。
    多路访问优先级:占读缓存的50%,如果再次访问先前优先级组中的块,则它将升级到该区域。
    内存中访问优先级:占读缓存的25%,如果该块的系列被配置为“内存中”,则无论其访问次数如何,它都将存储在此块区域,一般用来存储元数据信息和量小的数据。
    标记一个列簇为内存中访问优先级
HColumnDescriptor.setInMemory(true);

LRUBlockCache缺点是当在缓存中的数据过长时间后,会被Java虚拟机从年轻代晋升到老年代,如果选择是CMS虚拟机,将造成FullGC STW(stop-the-world)。

BucketCache

BucketCache也叫做Off-heap Block Cache,BucketCache属于堆外缓存,它没有使用JVM内存管理算法来管理缓存,而是自己对内存进行管理,以此来避免出现FullGC的问题,因为BucketCache设计较为复杂,这里不再展开说明,具体细节参照官方文档

一般来说HBase将BucketCache和LRUBlockCache搭配使用,称为CombinedBlock-Cache。和DoubleBlockCache不同,系统在LRUBlockCache中主要存储Index Block和Bloom Block,而将Data Block存储在BucketCache中。因此一次随机读需要先在LRUBlockCache中查到对应的Index Block,然后再到BucketCache查找对应Data Block。

压缩BlockCache

HBASE-11331引入了惰性BlockCache解压缩,简称为compressed BlockCache。 启用压缩的BlockCache后,数据和编码的数据块将以其磁盘上的格式缓存在BlockCache中,而不是在缓存之前进行解压缩和解密。

对于承载超出缓存容量的更多数据的RegionServer,已证明通过SNAPPY压缩启用此功能可将吞吐量提高50%,平均延迟提高30%,同时将垃圾收集增加80%,并将总CPU负载增加2%。 有关如何衡量和实现性能的更多详细信息,请参见HBASE-11331。 如果BlockCache内存比较充足或者当前的数据任务对于CPU和垃圾负载是相当敏感的,压缩BlockCache可能并不是很适合。

默认情况下,压缩的BlockCache是​​禁用的。 要启用它,在所有RegionServer上的hbase-site.xml中将hbase.block.data.cachecompressed设置为true。

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