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HBase源码分析之HRegionServer上MemStore的flush处理流程(一)

flush的主体流程和主要细节。但是,HRegion只是HBase表中按照行的方向对一片连续的数据区域的抽象,它并不能对外提供单独的服务,供客户端或者HBase其它实体调用。而HRegion上MemStore的flush还是要通过HRegionServer来对外提供服务的。下面,我们就详细探究下HRegionServer上是如何实现这点的。

        在HRegionServer中,有一个叫做cacheFlusher的东东,它是什么呢?我们先看一下它是如何被定义的:

        可以发现,cacheFlusher是MemStoreFlusher类型的一个对象,我们来看下类的注释及定义:

        cacheFlusher实际上就是HRegionServer上处理刷新缓存请求的线程。那么接下来的问题就是,cacheFlusher是如何被初始化的?它又是如何处理flush请求的?带着这两个问题,我们继续本文。

        一、如何初始化cacheFlusher

        首先,我们发现HRegionServer继承自HasThread,而HasThread实现了Runnable接口,那么在其内部肯定会执行run()方法,而run()方法的开始,有如下代码:

        继续追踪preRegistrationInitialization()方法,在其内部,调用了initializeThreads()方法,如下:

        而这个initializeThreads()方法,做的主要工作就是初始化HRegionServer内部的各种工作线程,其中就包括cacheFlusher,代码如下:

        接下来,我们在看看这个MemStoreFlusher类是如何定义及工作的。首先看下它最主要的几个成员变量:

        首当其冲的便是flushQueue,其定义如下:

        flushQueue是MemStoreFlusher中非常重要的一个变量,它是一个存储了Region刷新缓存请求的队列。而与flushQueue同时被更新的是regionsInQueue,它存储的是HRegion到FlushRegionEntry映射关系的集合,FlushRegionEntry是对发起memstore刷新请求的HRegion的一个封装,不仅包含了HRegion实例,还包括HRegion刷新memstore请求的产生时间,到期时间,以及一种类似续约的处理方式,即延长该请求的到期时间等。regionsInQueue的定义如下:

        flushQueue和regionsInQueue的更新是同步的,即如果在flushQueue中加入或删除一条记录,那么在regionsInQueue中也会同步加入或删除一条记录。

        接下来比较重要的便是flushHandlers,它是FlushHandler类型的一个数组,定义如下:

        FlushHandler是什么呢?它是处理缓存刷新的线程类,线程一旦启动后,在其run()方法内,就会不停的从flushQueue队列中拉取flush请求进行处理,其类的定义如下:

        以上就是MemStoreFlusher内执行flush流程最重要的几个成员变量,其他的变量都是一些辅助性的,这里不再做详细介绍。

        下面,我们来看下MemStoreFlusher的构造及成员变量的初始化,构造函数如下:

        MemStoreFlusher的构造函数比较简单,我们重点分析下获取全局memstore所占堆内存的百分比globalMemStorePercent的HeapMemorySizeUtil类的getGlobalMemStorePercent()方法,和获取全局memstore大小限制值的低水平线百分比globalMemStoreLimitLowMarkPercent的HeapMemorySizeUtil类的getGlobalMemStoreLowerMark()方法。

        首先,看下获取全局memstore所占堆内存的百分比globalMemStorePercent的HeapMemorySizeUtil类的getGlobalMemStorePercent()方法,代码如下:

        这个方法的主要作用就是获取配置的全局memstore占整个heap内存的百分比。获取的逻辑如下:

        1、获取配置的全局memstore占整个heap内存的百分比limit:优先取参数hbase.regionserver.global.memstore.size,未配置的话再取参数hbase.regionserver.global.memstore.upperLimit,如果还未配置的话,默认为0.4;

        2、判断limit是否在区间(0,0.8]之外,根据参数logInvalid确定是否记录警告日志,并将limit设置为默认值0.4;

        3、返回limit。

        下面,我们再看下获取全局memstore大小限制值的低水平线百分比globalMemStoreLimitLowMarkPercent的HeapMemorySizeUtil类的getGlobalMemStoreLowerMark()方法,代码如下:

        这个方法的主要作用就是获取配置的全局memstore内存占全部heap内存的低水平线百分比。获取的逻辑如下:

        1、取新参数hbase.regionserver.global.memstore.size.lower.limit配置的值,如果新参数配置了的话,直接转化为double并返回;

        2、如果新参数未配置的话,取旧参数hbase.regionserver.global.memstore.lowerLimit配置的值,如果旧参数配置的话,记录警告日志信息,并:

              2.1、将旧参数配置的值转化为double类型lowerWaterMarkOldVal;

              2.2、如果旧参数值大于计算得到的全局memstore所占堆内存的百分比,赋值为globalMemStorePercent,并记录日志信息;

              2.3、返回lowerWaterMarkOldVal / globalMemStorePercent;

        3、如果新旧参数均未配置的话,默认为0.95。

        二、cacheFlusher如何处理flush请求

        通过如何初始化cacheFlusher部分的介绍,我们已经知道,在MemStoreFlusher内部,存在两个存储flush请求及其HRegion封装类的队列和集合,即flushQueue和regionsInQueue,而MemStoreFlusher对外提供了一个requestFlush()方法,我们大体看下这个方法:

        requestFlush()方法的主要作用,就是添加一个flush region的请求至MemStoreFlusher内部队列。其主要逻辑如下:

        1、首先需要使用synchronized关键字对regionsInQueue进行线程同步,这么做是为了防止多线程的并发;

        2、然后判断regionsInQueue中是否存在对应的HRegion,如果regionsInQueue集合中不存在对应HRegion的话继续,否则直接返回;

        3、既然regionsInQueue集合中不存在对应HRegion,将HRegion类型的r封装成FlushRegionEntry类型的fqe;

        4、将HRegion->FlushRegionEntry的对应关系添加到regionsInQueue集合;

        5、将flush请求FlushRegionEntry添加到flushQueue队列。

        从上述4、5步就可以看出regionsInQueue、flushQueue这两个成员变量go together,并且这个fqe没有delay,即延迟执行时间,所以它被添加到flush队列的顶部,不久它将出列被处理。这个该怎么理解呢?我们还是回到flushQueue的定义,flushQueue是一个存储了Region刷新缓存请求的队列,里面存储的是实现了FlushQueueEntry接口的对象,FlushQueueEntry没有定义任何行为,但是继承了java.util.concurrent.Delayed接口,故flushQueue是java中的DelayQueue,队列里存储的对象有一个过期时间的概念。

        既然flush的请求已经被添加至flushQueue队列,相当于生产者已经把产品生产出来了,那么谁来消费呢?这个消费者的角色就是由FlushHandler线程来担任的。既然是线程,那么处理的逻辑肯定在其run()方法内,但是在研究其run()方法前,我们先看下flushQueue中存储的都是什么东西?

        我们再回顾下flushQueue的定义,它是一个存储了FlushQueueEntry的队列DelayQueue。我们先看下FlushQueueEntry的定义:

        一个集成了java的Delayed接口的无任何方法的空接口而已,那么它都有哪些实现类呢?答案就是WakeupFlushThread和FlushRegionEntry。在介绍这二者之前,我们首先介绍下flushQueue对应的队列类型---Java中的DelayQueue。

        众所周知,DelayQueue是一个无界的BlockingQueue,其内部存储的必然是实现了Delayed接口的对象。所以,FlushQueueEntry必须实现java的Delayed接口。而这种队列中的成员有一个最大特点,就是只有在其到期后才能出列,并且该队列内的成员都是有序的,从头至尾按照延迟到期时间的长短来排序。那么如何判断成员是否到期呢?对应成员对象的getDelay()方法返回一个小于等于0的值,就说明对应对象在队列中已到期,可以被取走。

        既然DelayQueue中存储的成员对象都是有序的,那么实现了Delayed接口的类,必须提供compareTo()方法,用以排序,并且需要实现上述getDelay()方法,判断队内成员是否到期可以被取走。

        接下来,我们分别来研究下WakeupFlushThread和FlushRegionEntry。

        首先,WakeupFlushThread非常简单,没有任何实质内容,代码如下:

        它的主要作用是做为一个占位符或令牌插入到刷新队列flushQueue,以确保FlushHandler不会休眠。而且,其getDelay()方法返回值为0,说明其不存在延迟时间,入列后即可出列。而它的compareTo()方法返回的值是-1,说明它与其它WakeupFlushThread在队内的顺序是等价的,无前后之分,实际上WakeupFlushThread区分前后也没有意义,它本身也没有实质性的内容。

        接下来,我们再看下FlushRegionEntry类,其定义如下:

        FlushRegionEntry类有几个很重要的对像:

        1、HRegion region:待flush的HRegion;

        2、long createTime:创建时间;

        3、long whenToExpire:何时到期;

        4、int requeueCount = 0:重入队列次数。

        而它的对象在初始化时,创建时间createTime设置为当前时间,何时到期whenToExpire也为当前时间,它判断是否到期的getDelay()方法为何时到期减去当前时间,也就意味着首次入队列时是没有延迟时间的,入列即可出列。另外,它在队列内部用于排序的compareTo()方法,也是首先根据判断何时到期的getDelay()方法来决定顺序,何时到期时间一致的话,根据hashCode()来排序,其实也就是根据HRegion的hashCode()方法返回值来排序。比较特别的是,这个类还提供了类似重新入列的处理方法,重新入列次数requeueCount加1,何时到期未当前时间加参数when,那么就相当于延期的了when时间变量。

        说了那么多,接下来我们看下flush请求的实际处理流程,即FlushHandler的run()方法,其代码为:

        它的主要处理逻辑为:

        1、首先HRegionServer未停止的话,run()方法一直运行;

        2、将标志位AtomicBoolean类型的wakeupPending设置为false;

        3、从flushQueue队列中拉取一个FlushQueueEntry,即fqe:

             3.1、如果fqe为空,或者为WakeupFlushThread:

                      3.1.1、如果通过isAboveLowWaterMark()方法判断全局MemStore的大小高于限制值得低水平线,调用flushOneForGlobalPressure()方法,按照一定策略,flush一个HRegion的MemStore,降低MemStore的大小,预防OOM等异常情况的发生,并入列另一个令牌,以使该线程之后再次被唤醒;

             3.2、fre不为空,且不为WakeupFlushThread的话,转化为FlushRegionEntry类型的fre:调用flushRegion()方法,并且如果结果为false的话,跳出循环;

        4、如果循环结束,同时清空regionsInQueue和flushQueue(ps:又是在一起啊O(∩_∩)O~)

        5、唤醒所有的等待着,使得它们能够看到close标志;

        6、记录日志。

        我们注意到,WakeupFlushThread的主要作用是做为一个占位符或令牌插入到刷新队列flushQueue,以确保FlushHandler不会休眠,实际上WakeupFlushThread起到的作用不仅仅是这个,在FlushHandler线程不断的poll刷新队列flushQueue中的元素时,如果获取到的是一个WakeupFlushThread,它会发起 一个检测,即RegionServer的全局MemStore大小是否超过低水平线,如果未超过,WakeupFlushThread仅仅起到了一个占位符的作用,否则,WakeupFlushThread不仅做为占位符,保证刷新线程不休眠,还按照一定策略选择该RegionServer上的一个Region刷新memstore,以缓解RegionServer内存压力。

        至于,如果全局MemStore的大小高于限制值得低水平线时,如何选择一个HRegion进行flush以缓解MemStore压力,还有HRegion的flush是如何发起的,我们下节再讲,敬请期待。