HBase Filter 過濾器之 Comparator 原理及源碼學習

前言：上篇文章HBase Filter 過濾器概述對HBase過濾器的組成及其家譜進行簡單介紹，本篇文章主要對HBase過濾器之比較器作一個補充介紹，也算是HBase Filter學習的必備低階魂技吧。本篇文中源碼基於HBase 1.1.2.2.6.5.0-292 HDP版本。

HBase所有的比較器實現類都繼承於父類ByteArrayComparable，而ByteArrayComparable又實現了Comparable接口；不同功能的比較器差別在於對父類compareTo()方法的重寫邏輯不同。

下面分別對HBase Filter默認實現的七大比較器一一進行介紹。

1. BinaryComparator

介紹：二進制比較器，用於按字典順序比較指定字節數組。

先看一個小例子：

public class BinaryComparatorDemo {

    public static void main(String[] args) {

        BinaryComparator bc = new BinaryComparator(Bytes.toBytes("bbb"));

        int code1 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("bbb"), 0, 3);
        System.out.println(code1); // 0
        int code2 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("aaa"), 0, 3);
        System.out.println(code2); // 1
        int code3 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("ccc"), 0, 3);
        System.out.println(code3); // -1
        int code4 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("bbf"), 0, 3);
        System.out.println(code4); // -4
        int code5 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("bbbedf"), 0, 6);
        System.out.println(code5); // -3
    }
}

不難看出，該比較器的比較規則如下：

兩個字符串首字母不同，則該方法返回首字母的asc碼的差值
參與比較的兩個字符串如果首字符相同，則比較下一個字符，直到有不同的爲止，返回該不同的字符的asc碼差值
兩個字符串不一樣長，可以參與比較的字符又完全一樣，則返回兩個字符串的長度差值

看一下以上規則對應其compareTo()方法的源碼實現：
實現一：

static enum UnsafeComparer implements Bytes.Comparer<byte[]> {
INSTANCE;
....
public int compareTo(byte[] buffer1, int offset1, int length1, byte[] buffer2, int offset2, int length2) {
	if (buffer1 == buffer2 && offset1 == offset2 && length1 == length2) {
		return 0;
	} else {
		int minLength = Math.min(length1, length2);
		int minWords = minLength / 8;
		long offset1Adj = (long)(offset1 + BYTE_ARRAY_BASE_OFFSET);
		long offset2Adj = (long)(offset2 + BYTE_ARRAY_BASE_OFFSET);
		int j = minWords << 3;

		int offset;
		for(offset = 0; offset < j; offset += 8) {
			long lw = theUnsafe.getLong(buffer1, offset1Adj + (long)offset);
			long rw = theUnsafe.getLong(buffer2, offset2Adj + (long)offset);
			long diff = lw ^ rw;
			if (diff != 0L) {
				return lessThanUnsignedLong(lw, rw) ? -1 : 1;
			}
		}

		offset = j;
		int b;
		int a;
		if (minLength - j >= 4) {
			a = theUnsafe.getInt(buffer1, offset1Adj + (long)j);
			b = theUnsafe.getInt(buffer2, offset2Adj + (long)j);
			if (a != b) {
				return lessThanUnsignedInt(a, b) ? -1 : 1;
			}

			offset = j + 4;
		}

		if (minLength - offset >= 2) {
			short sl = theUnsafe.getShort(buffer1, offset1Adj + (long)offset);
			short sr = theUnsafe.getShort(buffer2, offset2Adj + (long)offset);
			if (sl != sr) {
				return lessThanUnsignedShort(sl, sr) ? -1 : 1;
			}

			offset += 2;
		}

		if (minLength - offset == 1) {
			a = buffer1[offset1 + offset] & 255;
			b = buffer2[offset2 + offset] & 255;
			if (a != b) {
				return a - b;
			}
		}

		return length1 - length2;
	}
}

實現二：

static enum PureJavaComparer implements Bytes.Comparer<byte[]> {
	INSTANCE;

	private PureJavaComparer() {
	}

	public int compareTo(byte[] buffer1, int offset1, int length1, byte[] buffer2, int offset2, int length2) {
		if (buffer1 == buffer2 && offset1 == offset2 && length1 == length2) {
			return 0;
		} else {
			int end1 = offset1 + length1;
			int end2 = offset2 + length2;
			int i = offset1;

			for(int j = offset2; i < end1 && j < end2; ++j) {
				int a = buffer1[i] & 255;
				int b = buffer2[j] & 255;
				if (a != b) {
					return a - b;
				}

				++i;
			}

			return length1 - length2;
		}
	}
}

實現一是對實現二的一個優化，都引自Bytes類，HBase優先執行實現一方案，如果有異常再執行實現二方案。如下：

public static int compareTo(byte[] buffer1, int offset1, int length1, byte[] buffer2, int offset2, int length2) {
	return Bytes.LexicographicalComparerHolder.BEST_COMPARER.compareTo(buffer1, offset1, length1, buffer2, offset2, length2);
}
...
...

static final String UNSAFE_COMPARER_NAME = Bytes.LexicographicalComparerHolder.class.getName() + "$UnsafeComparer";
static final Bytes.Comparer<byte[]> BEST_COMPARER = getBestComparer();
static Bytes.Comparer<byte[]> getBestComparer() {
	try {
		Class<?> theClass = Class.forName(UNSAFE_COMPARER_NAME);
		Bytes.Comparer<byte[]> comparer = (Bytes.Comparer)theClass.getEnumConstants()[0];
		return comparer;
	} catch (Throwable var2) {
		return Bytes.lexicographicalComparerJavaImpl();
	}
}

2. BinaryPrefixComparator

介紹：二進制比較器，只比較前綴是否與指定字節數組相同。

先看一個小例子：

public class BinaryPrefixComparatorDemo {

    public static void main(String[] args) {

        BinaryPrefixComparator bc = new BinaryPrefixComparator(Bytes.toBytes("b"));

        int code1 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("bbb"), 0, 3);
        System.out.println(code1); // 0
        int code2 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("aaa"), 0, 3);
        System.out.println(code2); // 1
        int code3 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("ccc"), 0, 3);
        System.out.println(code3); // -1
        int code4 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("bbf"), 0, 3);
        System.out.println(code4); // 0
        int code5 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("bbbedf"), 0, 6);
        System.out.println(code5); // 0
        int code6 = bc.compareTo(Bytes.toBytes("ebbedf"), 0, 6);
        System.out.println(code6); // -3
    }
}

該比較器只是基於BinaryComparator比較器稍作更改而已，以下代碼一目瞭然：

public int compareTo(byte[] value, int offset, int length) {
	return Bytes.compareTo(this.value, 0, this.value.length, value, offset, this.value.length <= length ? this.value.length : length);
}

看一下同BinaryComparator方法的異同：

public int compareTo(byte[] value, int offset, int length) {
	return Bytes.compareTo(this.value, 0, this.value.length, value, offset, length);
}

區別只在於最後一個傳參，即length=min(this.value.length,value.length)，取小。這樣在後面的字節逐位比較時，即只需比較min length次。

3. BitComparator

介紹：位比價器，通過BitwiseOp提供的AND（與）、OR（或）、NOT（非）進行比較。返回結果要麼爲1要麼爲0，僅支持 EQUAL 和非 EQUAL。

先看一個小例子：

public class BitComparatorDemo {

    public static void main(String[] args) {

        // 長度相同按位或比較：由低位起逐位比較，每一位按位或比較都爲0，則返回1，否則返回0。
        BitComparator bc1 = new BitComparator(new byte[]{0,0,0,0}, BitComparator.BitwiseOp.OR);
        int i = bc1.compareTo(new byte[]{0,0,0,0}, 0, 4);
        System.out.println(i); // 1
        // 長度相同按位與比較：由低位起逐位比較，每一位按位與比較都爲0，則返回1，否則返回0。
        BitComparator bc2 = new BitComparator(new byte[]{1,0,1,0}, BitComparator.BitwiseOp.AND);
        int j = bc2.compareTo(new byte[]{0,1,0,1}, 0, 4);
        System.out.println(j); // 1
        // 長度相同按位異或比較：由低位起逐位比較，每一位按位異或比較都爲0，則返回1，否則返回0。
        BitComparator bc3 = new BitComparator(new byte[]{1,0,1,0}, BitComparator.BitwiseOp.XOR);
        int x = bc3.compareTo(new byte[]{1,0,1,0}, 0, 4);
        System.out.println(x); // 1
        // 長度不同，返回1，否則按位比較
        BitComparator bc4 = new BitComparator(new byte[]{1,0,1,0}, BitComparator.BitwiseOp.XOR);
        int y = bc4.compareTo(new byte[]{1,0,1}, 0, 3);
        System.out.println(y); // 1
    }
}

上述註釋闡述的規則，對應以下代碼：
···
public int compareTo(byte[] value, int offset, int length) {
if (length != this.value.length) {
return 1;
} else {
int b = 0;

	for(int i = length - 1; i >= 0 && b == 0; --i) {
		switch(this.bitOperator) {
		case AND:
			b = this.value[i] & value[i + offset] & 255;
			break;
		case OR:
			b = (this.value[i] | value[i + offset]) & 255;
			break;
		case XOR:
			b = (this.value[i] ^ value[i + offset]) & 255;
		}
	}

	return b == 0 ? 1 : 0;
}

}
···
核心思想就是：由低位起逐位比較，直到b!=0退出循環。

4. LongComparator

介紹：Long 型專用比較器，返回值：0 -1 1。上篇概述沒有提到，這裏補上。

先看一個小例子：

public class LongComparatorDemo {

    public static void main(String[] args) {
        LongComparator longComparator = new LongComparator(1000L);
        int i = longComparator.compareTo(Bytes.toBytes(1000L), 0, 8);
        System.out.println(i); // 0
        int i2 = longComparator.compareTo(Bytes.toBytes(1001L), 0, 8);
        System.out.println(i2); // -1
        int i3 = longComparator.compareTo(Bytes.toBytes(998L), 0, 8);
        System.out.println(i3); // 1
    }
}

這個比較器實現相當簡單,不多說了，如下：

public int compareTo(byte[] value, int offset, int length) {
	Long that = Bytes.toLong(value, offset, length);
	return this.longValue.compareTo(that);
}

5. NullComparatorDemo

介紹：控制比較式，判斷當前值是不是爲null。是null返回0，不是null返回1，僅支持 EQUAL 和非 EQUAL。

先看一個小例子：

public class NullComparatorDemo {

    public static void main(String[] args) {
        NullComparator nc = new NullComparator();
        int i1 = nc.compareTo(Bytes.toBytes("abc"));
        int i2 = nc.compareTo(Bytes.toBytes(""));
        int i3 = nc.compareTo(null);
        System.out.println(i1); // 1
        System.out.println(i2); // 1
        System.out.println(i3); // 0
    }
}

這個比較器實現相當簡單,不多說了，如下：

public int compareTo(byte[] value) {
	return value != null ? 1 : 0;
}

6. RegexStringComparator

介紹：提供一個正則的比較器，支持正則表達式的值比較，僅支持 EQUAL 和非 EQUAL。匹配成功返回0，匹配失敗返回1。

先看一個小例子：

public class RegexStringComparatorDemo {

    public static void main(String[] args) {
        RegexStringComparator rsc = new RegexStringComparator("abc");
        int abc = rsc.compareTo(Bytes.toBytes("abcd"), 0, 3);
        System.out.println(abc); // 0
        int bcd = rsc.compareTo(Bytes.toBytes("bcd"), 0, 3);
        System.out.println(bcd); // 1

        String check = "^([a-z0-9A-Z]+[-|\\.]?)+[a-z0-9A-Z]@([a-z0-9A-Z]+(-[a-z0-9A-Z]+)?\\.)+[a-zA-Z]{2,}$";
        RegexStringComparator rsc2 = new RegexStringComparator(check);
        int code = rsc2.compareTo(Bytes.toBytes("[email protected]"), 0, "[email protected]".length());
        System.out.println(code); // 0
        int code2 = rsc2.compareTo(Bytes.toBytes("zpb#163.com"), 0, "zpb#163.com".length());
        System.out.println(code2); // 1
    }
}

其compareTo()方法有兩種引擎實現，對應兩套正則匹配規則，分別是JAVA版和JONI版（面向JRuby），默認爲RegexStringComparator.EngineType.JAVA。如下：

public int compareTo(byte[] value, int offset, int length) {
	return this.engine.compareTo(value, offset, length);
}

public static enum EngineType {
	JAVA,
	JONI;

	private EngineType() {
	}
}

具體實現都很簡單，都是調用正則語法匹配。以下是JAVA EngineType 實現：

public int compareTo(byte[] value, int offset, int length) {
	String tmp;
	if (length < value.length / 2) {
		tmp = new String(Arrays.copyOfRange(value, offset, offset + length), this.charset);
	} else {
		tmp = new String(value, offset, length, this.charset);
	}

	return this.pattern.matcher(tmp).find() ? 0 : 1;
}

JONI EngineType 實現：

public int compareTo(byte[] value, int offset, int length) {
	Matcher m = this.pattern.matcher(value);
	return m.search(offset, length, this.pattern.getOptions()) < 0 ? 1 : 0;
}

都很容易理解，不多說了。

7. SubstringComparator

介紹：判斷提供的子串是否出現在value中，並且不區分大小寫。包含字串返回0，不包含返回1，僅支持 EQUAL 和非 EQUAL。

先看一個小例子：

public class SubstringComparatorDemo {

    public static void main(String[] args) {
        String value = "aslfjllkabcxxljsl";
        SubstringComparator sc = new SubstringComparator("abc");
        int i = sc.compareTo(Bytes.toBytes(value), 0, value.length());
        System.out.println(i); // 0

        SubstringComparator sc2 = new SubstringComparator("abd");
        int i2 = sc2.compareTo(Bytes.toBytes(value), 0, value.length());
        System.out.println(i2); // 1

        SubstringComparator sc3 = new SubstringComparator("ABC");
        int i3 = sc3.compareTo(Bytes.toBytes(value), 0, value.length());
        System.out.println(i3); // 0
    }
}

這個比較器實現也相當簡單,不多說了，如下：

public int compareTo(byte[] value, int offset, int length) {
	return Bytes.toString(value, offset, length).toLowerCase().contains(this.substr) ? 0 : 1;
}

到此，七種比較器就介紹完了。如果對源碼不敢興趣，也建議一定要看看文中的小例子，熟悉下每種比較器的構造函數及結果輸出。後續在使用HBase過濾器的過程中，會經常用到。當然除了這七種比較器，大家也可以自定義比較器。

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HBase Filter 過濾器之 Comparator 原理及源碼學習

1. BinaryComparator

2. BinaryPrefixComparator

3. BitComparator

4. LongComparator

5. NullComparatorDemo

6. RegexStringComparator

7. SubstringComparator

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