基于大數(shù)據(jù)的秒級(jí)查詢實(shí)現(xiàn)

廖春瓊

摘 要：傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，在單表中數(shù)據(jù)量達(dá)到上千萬(wàn)時(shí)，不論怎么優(yōu)化，查詢速度都難令人滿意，用分布式并行處理的大數(shù)據(jù)環(huán)境來(lái)處理數(shù)據(jù)讀寫速度問(wèn)題，用分布式列存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)提高表中數(shù)據(jù)檢索速度，在性能上會(huì)有比較顯著的提升。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；分布式；Hadoop；并行運(yùn)算

一、背景和目的

隨著社會(huì)逐步步入信息時(shí)代，各行各業(yè)的信息化建設(shè)都進(jìn)行跨越性的發(fā)展，各類型數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。國(guó)際數(shù)據(jù)公司IDC2011年發(fā)布的Digital Universe Study，全球信息總量每?jī)赡昃蜁?huì)增長(zhǎng)一倍，在2011年，全球被創(chuàng)建和被復(fù)制的數(shù)據(jù)總量為1.8ZB（1.8萬(wàn)億GB），預(yù)計(jì)到2020年這一數(shù)值將增長(zhǎng)到35ZB。數(shù)據(jù)量每上升一個(gè)數(shù)量級(jí)，就會(huì)要求IT具備相應(yīng)的高效率處理能力（包括存儲(chǔ)、運(yùn)算、查詢、展現(xiàn)及成本等），大數(shù)據(jù)Hadoop系統(tǒng)為提升IT的數(shù)據(jù)處理能力在效率及性能方面提供了較好的支持。

Hadoop系統(tǒng)基礎(chǔ)的組件包括了HDFS、MapReduce和HBase，HDFS為海量的數(shù)據(jù)提供了存儲(chǔ)，而MapReduce為海量的數(shù)據(jù)提供了計(jì)算，HBase則提供高可靠性、高性能、面向列、可伸縮的分布式大規(guī)模結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)集群。HDFS采用分布式技術(shù)和低成本存儲(chǔ)設(shè)備解決了對(duì)全類型數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化）的存儲(chǔ)、查詢，MapReduce是并行處理大數(shù)據(jù)集的軟件框架，使大數(shù)據(jù)集能在分布式環(huán)境下進(jìn)行并行運(yùn)算，HBase是一個(gè)分布式、面向列的適合于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，可通過(guò)HBase中數(shù)據(jù)表的rowkey實(shí)現(xiàn)快速檢索查詢。

二、實(shí)例系統(tǒng)環(huán)境搭建

運(yùn)行環(huán)境需搭建一個(gè)最基礎(chǔ)的Hadoop系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，實(shí)驗(yàn)環(huán)境安裝步驟：（1）軟件系統(tǒng)環(huán)境準(zhǔn)備，安裝操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)配置能相互ping通，按照Hostname定義服務(wù)器名稱，并在

/etc/hosts中增加集群中3臺(tái)服務(wù)器的名稱和ip；（2）安裝jdk，配置jdk運(yùn)行環(huán)境，需要在集群中的三臺(tái)服務(wù)器上都安裝；（3）創(chuàng)建Hadoop運(yùn)行賬戶；（4）在3臺(tái)服務(wù)器之間配置SSH無(wú)密碼登錄；（5） 安裝配置Hadoop；1） 用Hadoop運(yùn)行賬戶解壓安裝文件；2）用root用戶在/etc/profile中配置Hadoop運(yùn)行環(huán)境變量，需要在集群中的三臺(tái)服務(wù)器上都配置修改；3）修改Hadoop運(yùn)行配置文件core-site.xml、hdfs-site.xml、yarn-site.xml和slaves文件；4） 同步/etc/hosts、/etc/profile和Hadoop運(yùn)行配置文件core-site.xml、hdfs-site.xml、yarn-site.xml；5） 啟動(dòng)

Hadoop并檢查Master和Slave的進(jìn)程，并驗(yàn)證集群是否可用。（6）安裝配置HBase。

三、設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

本次實(shí)現(xiàn)中利用交通運(yùn)營(yíng)車輛的GPS定位信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文件大小約300G，記錄總條數(shù)約20億條，數(shù)據(jù)中包括車輛基本信息（車牌號(hào)、車牌顏色、車輛歸屬行業(yè)、車輛歸屬省市等）和車輛定位信息（定位時(shí)間、經(jīng)度、緯度、車輛狀態(tài)等）。

1、HBase數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)原則：1） 建表時(shí)按照車輛歸屬省市劃分region（提升數(shù)據(jù)讀寫性能）；2） 數(shù)據(jù)表中rowkey定義為：車牌號(hào)_車牌顏色_定位時(shí)間；3） 車輛基本信息和車輛定位信息都放在一個(gè)family（列簇），字段信息可自動(dòng)擴(kuò)展。參考建表腳本：create 'gpsinfo'， {NAME => 'vehicle'， COMPRESSION =>

'SNAPPY'}，

{SPLITS => ['京'，'吉'，'遼'，'蒙'，'晉'，'冀'，'津'，'新'，'寧'，'青'，'甘'，'陜'，'藏'，'云'，'貴'，'川'，'渝'，'瓊'，'桂'，'粵'，'湘'，'鄂'，'皖'，'魯'，'贛'，'閩'，'豫'，'浙'，'蘇'，'滬'，'黑']}。

2、本實(shí)現(xiàn)中數(shù)據(jù)處理流程如下描述：1） 從數(shù)據(jù)源（離線文件）中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步清洗寫入HDFS中（生成rowkey）；

2）編寫MapReduce程序?qū)⑶逑春驢DFS文件生成HBase的

HFile文件；3） 通過(guò)BulkLoad方式將MapReduce生成的HFile加載到HBase中；4）HBase中表數(shù)據(jù)保存在HDFS上；5） 通過(guò)

HBase的api提供對(duì)外的快速查詢接口。

四、實(shí)例運(yùn)行結(jié)果

在通過(guò)發(fā)布出去的接口調(diào)用后，數(shù)據(jù)查詢反饋速度達(dá)到了秒級(jí)（內(nèi)網(wǎng)在2秒內(nèi)），利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模式會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間，所以大數(shù)據(jù)查詢必將是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董西成，蔡斌，陳湘萍（著）《hadoop技術(shù)內(nèi)幕》機(jī)械工業(yè)出版社2013-05-01

[2] 作者：（英）Garry Turkington譯者：張治起《Hadoop基礎(chǔ)教程》人民郵電出版社2014-01-01