面试题：HBase读路径中BlockCache的工作原理是什么

Question

请详细阐述HBase读路径里BlockCache的工作机制，包括数据是如何被缓存、缓存的淘汰策略等方面。

Answer 1

数据缓存机制

1. 缓存对象：HBase的BlockCache缓存的是HFile中的数据块（block）。当客户端读取数据时，HBase首先尝试从BlockCache中获取所需的数据块。如果在BlockCache中找到，即命中（hit），则直接返回数据，避免了磁盘I/O操作，大大提高了读取性能。
2. 缓存时机：当HBase从HFile读取一个数据块时，如果该数据块不在BlockCache中，它会将该数据块放入BlockCache。这通常发生在客户端首次请求该数据块或者BlockCache中没有足够空间缓存该数据块，之后又被再次访问时。

缓存淘汰策略

1. LRU（Least Recently Used）：HBase默认使用LRU策略。LRU基于一个简单的思想：如果一个数据块最近被访问过，那么在不久的将来它很可能再次被访问。在LRU策略下，当BlockCache已满，需要淘汰数据时，最近最少使用的数据块会被移除。HBase通过维护一个双向链表来实现LRU。每次访问一个数据块，该数据块会被移动到链表头部（表示最近使用）。当需要淘汰数据时，链表尾部的数据块（最近最少使用）会被移除。
2. WAL（Write - Ahead Log）影响：在HBase中，写入操作首先会记录到WAL中，然后才会更新MemStore。对于一些写操作频繁的场景，可能会导致大量数据在MemStore中堆积，进而影响读性能。为了平衡读写性能，HBase会根据WAL的状态来调整BlockCache的淘汰策略。例如，当WAL文件增长过快时，可能会适当调整LRU策略，优先淘汰那些可能由近期写入操作导致的、不太可能被立即读取的数据块，以给后续可能的读操作腾出空间。
3. Multi - tiered BlockCache：为了进一步优化缓存性能，HBase引入了多层BlockCache。它将缓存分为不同的层级，如“热”（hot）、“温”（warm）和“冷”（cold）层级。热层级缓存经常被访问的数据块，温层级缓存访问频率适中的数据块，冷层级缓存不常访问但可能有用的数据块。不同层级的数据块按照不同的淘汰策略进行管理。例如，热层级的数据块在被访问时，可能不会像在传统LRU中那样直接移动到链表头部，而是在热层级内部进行位置调整，以保持热数据的相对稳定性；而冷层级的数据块则更容易被淘汰，以给更有价值的数据块腾出空间。这种多层结构有助于更有效地利用缓存空间，提高整体读写性能。