CN104731922A - 基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统及方法，所述基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统，包括分布式数据库HBase系统；在所述分布式数据库HBase系统与客户端间设有二级索引系统，所述二级索引系统包括用于与客户端连接的SQL解析层以及用于与分布式数据库HBase系统连接的DML数据操作接口；所述SQL解析层能接收客户端传递的SQL语句解析并转换为对应DML操作，DML数据操作接口根据SQL解析层转换的DML操作对分布式数据库HBase系统进行所需的读写操作。本发明能快速得到目标数据，加快检索效率，实现对SQL语句的支持，达到对数据检索操作的方便易用。
Description
技术领域
本发明涉及一种结构化数据的快速检索系统及方法，尤其是一种基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统及方法，属于结构化数据处理的技术领域。
背景技术
随着物联网技术的进步，社会正朝着一个“物与物连接”模式发展，当前全球智慧化项目的推广也在不断推动着物联网技术的发展。物联网指的是使物理对象和设备增加传感、计算和通信能力，将它们互相连接形成一个网络，并利用这个网络化对象产生集体效益。传感设备产生的数据具有海量、实时采样、高并发的特点，针对这些数据的存储问题，传统数据库解决方案出现瓶颈，无法满足数据的存储要求。
分布式NoSQL（not only SQL 非关系型）数据库HBase解决方案的出现很好的解决数据的存储问题，采用key-value（键-值）数据对的列式存储也很好的解决了数据的字段伸缩性。虽然分布式数据库HBase有许多的优点，很好的解决了数据的存储问题，但是分布式数据库HBase在检索方面存在一定的局限性。首先，分布式数据库HBase只支持针对Rowkey（HBase中每行的主键也就是key-value对中的key）的数据检索，不支持对value（值）的数据检索，而结构化的数据中的value才是数据的价值所在，分布式数据库HBase只提供对RowKey的一级索引检索，还有范围（BeginRowkey，EndRowkey）的scan（扫描，HBase API的一种，可以对响应的Rowkey数据做出快速响应）查询。对Value检索会导致MapReduce任务形式的全表的暴力检索，非常的耗时；再者，分布式数据库HBase不能很好的支持SQL语言，由于已经积累了多年针对关系型数据库的应用经验，有丰富的面向SQL的应用接口需求，把分布式数据库HBase的优点和SQL的易用性结合起来也是有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统及方法，其能快速得到目标数据，加快检索效率，实现对SQL语句的支持，达到对数据检索操作的方便易用。
按照本发明提供的技术方案，所述基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统，包括分布式数据库HBase系统；在所述分布式数据库HBase系统与客户端间设有二级索引系统，所述二级索引系统包括用于与客户端连接的SQL解析层以及用于与分布式数据库HBase系统连接的DML数据操作接口；
所述SQL解析层能接收客户端传递的SQL语句解析并转换为对应DML操作，DML数据操作接口根据SQL解析层转换的DML操作对分布式数据库HBase系统进行所需的读写操作。
通过DML数据操作接口向分布式数据库HBase系统写入结构化数据时，将结构化数据的ID前添加Hash前缀，并存储在数据表格的数据主键内；同时，将结构化数据的ID、需要索引的字段前添加Hash前缀，并存储在索引表格的索引主键内。
在将结构化数据写入数据表格内时，每个结构化数据的ID后面的字段转化成列簇的字段，索引表格内列簇的字段为空。
对分布式数据库HBase系统数据的写入包括实时数据的采集存储以及连线数据的批量导入。
一种基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索方法，在所述分布式数据库HBase系统与客户端间设有二级索引系统，所述二级索引系统包括用于与客户端连接的SQL解析层以及用于与分布式数据库HBase系统连接的DML数据操作接口；
所述SQL解析层能接收客户端传递的SQL语句解析并转换为对应DML操作，DML数据操作接口根据SQL解析层转换的DML操作对分布式数据库HBase系统进行所需的读写操作；
通过DML数据操作接口向分布式数据库HBase系统写入结构化数据时，将结构化数据的ID前添加Hash前缀，并存储在数据表格的数据主键内；同时，将结构化数据的ID、需要索引的字段前添加Hash前缀，并存储在索引表格的索引主键内，以便快速检索。
在将结构化数据写入数据表格内时，每个结构化数据的ID后面的字段转化成列簇的字段，索引表格内列簇的字段为空。
本发明的优点：基于分布式数据库HBase系统的非植入式开发，不会增加分布式数据库HBase系统的逻辑复杂性，拥有很好的扩展性和兼容性；大幅提升了分布式数据库HBase系统中对value数据的检索效率，能将SQL的易用性与分布式数据库HBase系统完美结合，大大提升了分布式数据库HBase系统的便捷性，同时也拓宽了分布式数据库HBase系统的应用领域。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的流程图。
图3为本发明原始结构化数据进行存储后的示意图。
图4为本发明数据检索的过程示意图。
附图标记说明：1-客户端、2-二级索引系统、3-分布式数据库HBase系统、4-SQL解析层以及5-DML数据操作接口。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：能快速得到目标数据，加快检索效率，实现对SQL语句的支持，达到对数据检索操作的方便易用，本发明包括分布式数据库HBase系统3；在所述分布式数据库HBase系统3与客户端1间设有二级索引系统2，所述二级索引系统2包括用于与客户端1连接的SQL解析层4以及用于与分布式数据库HBase系统3连接的DML数据操作接口5；
所述SQL解析层4能接收客户端1传递的SQL语句解析并转换为对应DML操作，DML数据操作接口5根据SQL解析层4转换的DML操作对分布式数据库HBase系统3进行所需的读写操作。
具体地，二级索引系统2承接客户端1与分布式数据库HBase系统3之间的桥梁，封装分布式数据库HBase系统3的API，为客户端1提供通用的使用接口。SQL解析层4针对SQL语句的解析层，负责将客户端1通过RPC远程调用传递过来的SQL语句进行语义解析，转换成为一系列的DML（Data Manipulation Language，是数据操纵语言:它们是SELECT、UPDATE、INSERT、DELETE，这四条命令是用来对分布式数据库HBase系统里的数据进行操作的语言）操作。DML数据操作接口5主要是完成对HBase API的封装，内部分两种接口，一种是数据的写入接口，提供数据向分布式数据库HBase系统3的数据输入；还有一种是数据的检索接口，提供通过检索从分布式数据库HBase系统3中输出目标数据。数据的写入分为两种形式，一种是通过实时的数据采集存储，一种是离线的数据批量导入。
如图2所示，为客户端1的应用层调用到分布式数据库HBase系统3之间的整体的数据流程图，其中包括两种数据流程，一个是数据的写入流程，另外一个是数据的检索流程。首先，客户端1通过RPC远程调用，传递过来应用层的SQL语句，SQL语句在SQL解析层4执行语义分析，通过对SQL语义分析获得的结果来判断数据是写入操作还是检索操作，比如insert（插入）、update（更新）等都属于写入操作，而select（选择）操作就属于检索操作。对于数据的写入操作，由于不一定都是实时在线的数据写入，又开辟了离线批量数据导入，其中，离线批量数据导入是通过将采集来的数据写入到临时文件，在集群任务比较空闲的时候，通过对文件的处理，进行数据的批量导入，是一个非实时的过程。
在写入接口中，DML数据操作接口5完成SQL语义到HBase API中的put（写入）操作和delete（删除）操作，完成对分布式数据库HBase系统3的数据插入、更新和删除操作；在检索接口中，DML数据操作接口5主要是完成SQL语义到HBase API中的get（获取）操作和一系列的scan（扫描）操作，通过对索引表格的scan（扫描）操作查找出来目标数据的Rowkey（主键）集合，然后通过获取的Rowkey集合，通过get操作获得目标数据集合，最终将这些数据集合返回给客户端1。
如图3所示，为了能实现快速存储以及快速检索，本发明通过对主键的操作，把原结构化数据的主键部分和其中需要做索引的value字段设计在一起，由于分布式数据库HBase系统3中数据存储的特性，所有数据都按照字典序排序，这样对于相同的value值的索引数据的存储位置相邻，通过对这些数据进行提取获取原存储数据的Rowkey数据。
图3中的原始数据就是结构化数据，每一条都由全表唯一的ID标记，每个ID代表的一行里面有代表不同意义的字段。在第二个表里面的数据就是原始数据写入到分布式数据库HBase系统3中数据表格的详细情况，在原始结构化数据中的ID前面添加Hash前缀组成主键，以存储在数据表格的数据主键（DataRowky内），后面的字段都转化成列族ColumnFamily的字段。
由于结构化数据的顺序写入，会造成分布式数据库HBase系统3中数据的写入局部热点，数据表格的主键以及索引表格的主键在分布式数据库HBase系统3中是按照字典序排序的，如果顺序写入，造成短时间内写入的主键（Rowkey）都集中在集群中的局部节点，严重影响了写入的性能。通过添加了Hash前缀从而将顺序写入的数据通过Hash离散化分配到数据表格以及索引表格中不同的节点区域，充分利用分布式存储的并行存储优势。
在原始结构化数据写入分布式数据库HBase系统3的同时，原始结构化数据中需要添加索引的字段要建立索引数据，并且与原结构化数据一同写入分布式数据库HBase系统3的索引表格内。如图中标注的IndexRowkey（索引主键）的组成是由Hash前缀、需要建立索引的字段value和结构化数据的ID组成的，在索引表格的列簇的字段空的，只是插入一条空的索引主键作为数据主键所标示的反向索引，采用空间换时间的策略，通过建立索引数据表格最终能够大幅度提升系统查询的速度。
如图4所示，给出了实例来解释系统的检索中获取Rowkey（主键）集合的流程。例子中举了对于两个条件的数据select检索请求。最左边的是数据在分布式数据库HBase系统3中的存储状态，标示着原始结构化数据写入到分布式数据库HBase系统3存储之后的状态，接着右边的两个索引表格分别是数据的prov字段索引和age字段索引，在搜索省份prov为北京bj同时年龄age为20的条目信息的时候执行流程是这样的，并行的在prov和age字段分别进行prov字段为bj和age为20的搜索，通过检索查询得到的两个集合就是后来的prov=bj集合与age=20集合，通过对SQL语句中两个字段条件的逻辑关系判断发现是“and”，那就对两个集合求交集通过合并操作，最终发现主键的交集为0001，接下来拿着0001去数据表格中取出目标数据，返回给客户端1就完成了系统的检索流程。由于此处只是为了说明下整个系统设计的原理，简化了分布式数据库HBase系统3中主键的设置与检索流程中的一些其他的辅助措施。
本发明基于分布式数据库HBase系统3的非植入式开发，不会增加分布式数据库HBase系统3的逻辑复杂性，拥有很好的扩展性和兼容性；大幅提升了分布式数据库HBase系统3中对value数据的检索效率，能将SQL的易用性与分布式数据库HBase系统3完美结合，大大提升了分布式数据库HBase系统3的便捷性，同时也拓宽了分布式数据库HBase系统3的应用领域。
Claims (6)
1.一种基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统，包括分布式数据库HBase系统（3）；其特征是：在所述分布式数据库HBase系统（3）与客户端（1）间设有二级索引系统（2），所述二级索引系统（2）包括用于与客户端（1）连接的SQL解析层（4）以及用于与分布式数据库HBase系统（3）连接的DML数据操作接口（5）；
所述SQL解析层（4）能接收客户端（1）传递的SQL语句解析并转换为对应DML操作，DML数据操作接口（5）根据SQL解析层（4）转换的DML操作对分布式数据库HBase系统（3）进行所需的读写操作。
2.根据权利要求1所述的基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统，其特征是：通过DML数据操作接口（5）向分布式数据库HBase系统（3）写入结构化数据时，将结构化数据的ID前添加Hash前缀，并存储在数据表格的数据主键内；同时，将结构化数据的ID、需要索引的字段前添加Hash前缀，并存储在索引表格的索引主键内。
3.根据权利要求2所述的基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统，其特征是：在将结构化数据写入数据表格内时，每个结构化数据的ID后面的字段转化成列簇的字段，索引表格内列簇的字段为空。
4.根据权利要求1所述的基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索系统，其特征是：对分布式数据库HBase系统（3）数据的写入包括实时数据的采集存储以及连线数据的批量导入。
5.一种基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索方法，其特征是：在所述分布式数据库HBase系统（3）与客户端（1）间设有二级索引系统（2），所述二级索引系统（2）包括用于与客户端（1）连接的SQL解析层（4）以及用于与分布式数据库HBase系统（3）连接的DML数据操作接口（5）；
所述SQL解析层（4）能接收客户端（1）传递的SQL语句解析并转换为对应DML操作，DML数据操作接口（5）根据SQL解析层（4）转换的DML操作对分布式数据库HBase系统（3）进行所需的读写操作；
通过DML数据操作接口（5）向分布式数据库HBase系统（3）写入结构化数据时，将结构化数据的ID前添加Hash前缀，并存储在数据表格的数据主键内；同时，将结构化数据的ID、需要索引的字段前添加Hash前缀，并存储在索引表格的索引主键内，以便快速检索。
6.根据权利要求5所述基于分布式数据库HBase的结构化数据的快速检索方法，其特征是：在将结构化数据写入数据表格内时，每个结构化数据的ID后面的字段转化成列簇的字段，索引表格内列簇的字段为空。
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Effective date of registration: 20170314 Address after: 214135 Jiangsu New District of Wuxi City Linghu Road No. 200 China Sensor Network International Innovation Park building C Applicant after: Jiangsu Internet of Things Research & Develoment Co., Ltd. Applicant after: Kedian High Technology Co., Beijing Applicant after: State owned Assets Management Co., Ltd. Address before: 214135 Jiangsu New District of Wuxi City Linghu Road No. 200 China Sensor Network International Innovation Park building C Applicant before: Jiangsu Internet of Things Research & Develoment Co., Ltd. Applicant before: Kedian High Technology Co., Beijing |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20150624 |