HBase PageFilter踩坑之旅
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有这样一个场景，在HBase中需要分页查询，同时根据某一列的值进行过滤。
不同于RDBMS天然支持分页查询，HBase要进行分页必须由自己实现。据我了解的，目前有两种方案， 一是《HBase权威指南》中提到的用PageFilter加循环动态设置startRow实现，详细见这里。但这种方法效率比较低，且有冗余查询。因此京东研发了一种用额外的一张表来保存行序号的方案。 该种方案效率较高，但实现麻烦些，需要维护一张额外的表。
不管是方案也好，人也好，没有最好的，只有最适合的。
在我司的使用场景中，对于性能的要求并不高，所以采取了第一种方案。本来使用的美滋滋，但有一天需要在分页查询的同时根据某一列的值进行过滤。根据列值过滤，自然是用SingleColumnValueFilter（下文简称SCVFilter）。代码大致如下,只列出了本文主题相关的逻辑，
Scan scan = initScan(xxx);
FilterList filterList=new FilterList();
scan.setFilter(filterList);
filterList.addFilter(new PageFilter(1));
filterList.addFilter(new SingleColumnValueFilter(FAMILY,ISDELETED, CompareFilter.CompareOp.EQUAL, Bytes.toBytes(false)));数据如下
row1 column=f:content, timestamp=1513953705613, value=content1
row1 column=f:isDel, timestamp=1513953705613, value=1
row1 column=f:name, timestamp=1513953725029, value=name1
row2 column=f:content, timestamp=1513953705613, value=content2
row2 column=f:isDel, timestamp=1513953744613, value=0
row2 column=f:name, timestamp=1513953730348, value=name2
row3 column=f:content, timestamp=1513953705613, value=content3
row3 column=f:isDel, timestamp=1513953751332, value=0
row3 column=f:name, timestamp=1513953734698, value=name3
在上面的代码中。向scan添加了两个filter：首先添加了PageFilter，限制这次查询数量为1，然后添加了一个SCVFilter，限制了只返回isDeleted=false的行。
上面的代码，看上去无懈可击，但在运行时却没有查询到数据！
刚好最近在看HBase的代码，就在本地debug了下HBase服务端Filter相关的查询流程。
Filter流程
首先看下HBase Filter的流程，见图：
然后再看PageFilter的实现逻辑。
public class PageFilter extends FilterBase {
private long pageSize = Long.MAX_VALUE;
private int rowsAccepted = 0;
/**
* Constructor that takes a maximum page size.
*
* @param pageSize Maximum result size.
*/
public PageFilter(final long pageSize) {
Preconditions.checkArgument(pageSize >= 0, "must be positive %s", pageSize);
this.pageSize = pageSize;
}
public long getPageSize() {
return pageSize;
}
@Override
public ReturnCode filterKeyValue(Cell ignored) throws IOException {
return ReturnCode.INCLUDE;
}
public boolean filterAllRemaining() {
return this.rowsAccepted >= this.pageSize;
}
public boolean filterRow() {
this.rowsAccepted++;
return this.rowsAccepted > this.pageSize;
}
}其实很简单，内部有一个计数器，每次调用filterRow的时候，计数器都会+1，如果计数器值大于pageSize，filterrow就会返回true，那之后的行就会被过滤掉。
再看SCVFilter的实现逻辑。
public class SingleColumnValueFilter extends FilterBase {
private static final Log LOG = LogFactory.getLog(SingleColumnValueFilter.class);
protected byte [] columnFamily;
protected byte [] columnQualifier;
protected CompareOp compareOp;
protected ByteArrayComparable comparator;
protected boolean foundColumn = false;
protected boolean matchedColumn = false;
protected boolean filterIfMissing = false;
protected boolean latestVersionOnly = true;
/**
* Constructor for binary compare of the value of a single column. If the
* column is found and the condition passes, all columns of the row will be
* emitted. If the condition fails, the row will not be emitted.
* <p>
* Use the filterIfColumnMissing flag to set whether the rest of the columns
* in a row will be emitted if the specified column to check is not found in
* the row.
*
* @param family name of column family
* @param qualifier name of column qualifier
* @param compareOp operator
* @param comparator Comparator to use.
*/
public SingleColumnValueFilter(final byte [] family, final byte [] qualifier,
final CompareOp compareOp, final ByteArrayComparable comparator) {
this.columnFamily = family;
this.columnQualifier = qualifier;
this.compareOp = compareOp;
this.comparator = comparator;
}
@Override
public ReturnCode filterKeyValue(Cell c) {
if (this.matchedColumn) {
// We already found and matched the single column, all keys now pass
return ReturnCode.INCLUDE;
} else if (this.latestVersionOnly && this.foundColumn) {
// We found but did not match the single column, skip to next row
return ReturnCode.NEXT_ROW;
}
if (!CellUtil.matchingColumn(c, this.columnFamily, this.columnQualifier)) {
return ReturnCode.INCLUDE;
}
foundColumn = true;
if (filterColumnValue(c.getValueArray(), c.getValueOffset(), c.getValueLength())) {
return this.latestVersionOnly? ReturnCode.NEXT_ROW: ReturnCode.INCLUDE;
}
this.matchedColumn = true;
return ReturnCode.INCLUDE;
}
private boolean filterColumnValue(final byte [] data, final int offset,
final int length) {
int compareResult = this.comparator.compareTo(data, offset, length);
switch (this.compareOp) {
case LESS:
return compareResult <= 0;
case LESS_OR_EQUAL:
return compareResult < 0;
case EQUAL:
return compareResult != 0;
case NOT_EQUAL:
return compareResult == 0;
case GREATER_OR_EQUAL:
return compareResult > 0;
case GREATER:
return compareResult >= 0;
default:
throw new RuntimeException("Unknown Compare op " + compareOp.name());
}
}
public boolean filterRow() {
// If column was found, return false if it was matched, true if it was not
// If column not found, return true if we filter if missing, false if not
return this.foundColumn? !this.matchedColumn: this.filterIfMissing;
}
}在HBase中，对于每一行的每一列都会调用到filterKeyValue，SCVFilter的该方法处理逻辑如下：
1. 如果已经匹配过对应的列并且对应列的值符合要求，则直接返回INCLUE,表示这一行的这一列要被加入到结果集
2. 否则如latestVersionOnly为true(latestVersionOnly代表是否只查询最新的数据，一般为true)，并且已经匹配过对应的列(但是对应的列的值不满足要求)，则返回EXCLUDE,代表丢弃该行
3. 如果当前列不是要匹配的列。则返回INCLUDE,否则将matchedColumn置为true，代表以及找到了目标列
4. 如果当前列的值不满足要求，在latestVersionOnly为true时，返回NEXT_ROW，代表忽略当前行还剩下的列，直接跳到下一行
5. 如果当前列的值满足要求，将matchedColumn置为true，代表已经找到了对应的列，并且对应的列值满足要求。这样，该行下一列再进入这个方法时，到第1步就会直接返回，提高匹配效率
再看filterRow方法，该方法调用时机在filterKeyValue之后，对每一行只会调用一次。
SCVFilter中该方法逻辑很简单：
1. 如果找到了对应的列，如其值满足要求，则返回false，代表将该行加入到结果集，如其值不满足要求，则返回true，代表过滤该行
2. 如果没找到对应的列，返回filterIfMissing的值。
猜想：
是不是因为将PageFilter添加到SCVFilter的前面，当判断第一行的时候，调用PageFilter的filterRow，导致PageFilter的计数器+1，但是进行到SCVFilter的filterRow的时候，该行又被过滤掉了，在检验下一行时，因为PageFilter计数器已经达到了我们设定的pageSize,所以接下来的行都会被过滤掉，返回结果没有数据。
验证：
在FilterList中，先加入SCVFilter，再加入PageFilter
Scan scan = initScan(xxx);
FilterList filterList=new FilterList();
scan.setFilter(filterList);
filterList.addFilter(new SingleColumnValueFilter(FAMILY,ISDELETED, CompareFilter.CompareOp.EQUAL, Bytes.toBytes(false)));
filterList.addFilter(new PageFilter(1));结果是我们期望的第2行的值。
结论
当要将PageFilter和其他Filter使用时，最好将PageFilter加入到FilterList的末尾，否则可能会出现结果个数小于你期望的数量。
（其实正常情况PageFilter返回的结果数量可能大于设定的值，因为服务器集群的PageFilter是隔离的。）
彩蛋
其实，在排查问题的过程中，并没有这样顺利，因为问题出在线上，所以我在本地查问题时自己造了一些测试数据，令人惊讶的是，就算我先加入SCVFilter，再加入PageFilter，返回的结果也是符合预期的。
测试数据如下：
row1 column=f:isDel, timestamp=1513953705613, value=1
row1 column=f:name, timestamp=1513953725029, value=name1
row2 column=f:isDel, timestamp=1513953744613, value=0
row2 column=f:name, timestamp=1513953730348, value=name2
row3 column=f:isDel, timestamp=1513953751332, value=0
row3 column=f:name, timestamp=1513953734698, value=name3
当时在本地一直不能复现问题。很是苦恼，最后竟然发现使用SCVFilter查询的结果还和数据的列的顺序有关。
在服务端，HBase会对客户端传递过来的filter封装成FilterWrapper。
class RegionScannerImpl implements RegionScanner {
RegionScannerImpl(Scan scan, List<KeyValueScanner> additionalScanners, HRegion region)
throws IOException {
this.region = region;
this.maxResultSize = scan.getMaxResultSize();
if (scan.hasFilter()) {
this.filter = new FilterWrapper(scan.getFilter());
} else {
this.filter = null;
}
}
....
}在查询数据时，在HRegion的nextInternal方法中，会调用FilterWrapper的filterRowCellsWithRet方法
FilterWrapper相关代码如下：
/**
* This is a Filter wrapper class which is used in the server side. Some filter
* related hooks can be defined in this wrapper. The only way to create a
* FilterWrapper instance is passing a client side Filter instance through
* {@link org.apache.hadoop.hbase.client.Scan#getFilter()}.
*
*/
final public class FilterWrapper extends Filter {
Filter filter = null;
public FilterWrapper( Filter filter ) {
if (null == filter) {
// ensure the filter instance is not null
throw new NullPointerException("Cannot create FilterWrapper with null Filter");
}
this.filter = filter;
}
public enum FilterRowRetCode {
NOT_CALLED,
INCLUDE, // corresponds to filter.filterRow() returning false
EXCLUDE // corresponds to filter.filterRow() returning true
}
public FilterRowRetCode filterRowCellsWithRet(List<Cell> kvs) throws IOException {
this.filter.filterRowCells(kvs);
if (!kvs.isEmpty()) {
if (this.filter.filterRow()) {
kvs.clear();
return FilterRowRetCode.EXCLUDE;
}
return FilterRowRetCode.INCLUDE;
}
return FilterRowRetCode.NOT_CALLED;
}
}这里的kvs就是一行数据经过filterKeyValue后没被过滤的列。
可以看到当kvs不为empty时，filterRowCellsWithRet方法中会调用指定filter的filterRow方法，上面已经说过了，PageFilter的计数器就是在其filterRow方法中增加的。
而当kvs为empty时，PageFilter的计数器就不会增加了。再看我们的测试数据，因为行的第一列就是SCVFilter的目标列isDeleted。回顾上面SCVFilter的讲解我们知道，当一行的目标列的值不满足要求时，该行剩下的列都会直接被过滤掉！
对于测试数据第一行，走到filterRowCellsWithRet时kvs是empty的。导致PageFilter的计数器没有+1。还会继续遍历剩下的行。从而使得返回的结果看上去是正常的。
而出问题的数据，因为在列isDeleted之前还有列content，所以当一行的isDeleted不满足要求时，kvs也不会为empty。因为列content的值已经加入到kvs中了（这些数据要调用到SCVFilter的filterrow的时间会被过滤掉）。
感想
从实现上来看HBase的Filter的实现还是比较粗糙的。效率也比较感人，不考虑网络传输和客户端内存的消耗，基本上和你在客户端过滤差不多。