一、背景概述
HBase作为海量在线存储引擎，被广泛应用于推荐、风控、物联网、画像、表单等大数据场景。Phoenix作为HBase的SQL层，极大降低了用户使用门槛，并且实现了二级索引、加盐表、动态列等大量实用功能。HBase底层存储基于LSM，LSM能将业务的随机写转为顺序写，能有效提升写吞吐，但是其查询只适合于Rowkey的前缀匹配，查询模式单一；Phoenix二级索引，底层是跟原表关联的索引表，同样也是前缀匹配，一个表可以有多个索引，这样可以增加查询范式，但是索引数目不能太多，否则写放大的问题会比较严重。对于更加复杂的查询场景，比如表单、日志查询里面的模糊查找，用户画像里面的随机条件组合等等，HBase + Phoenix的组合就不能支持。该问题是基于LSM的NoSQL数据库的通用问题，除了HBase，Cassandra、LevelDB、RocksDB、MongoDB的Wired Tiger引擎等都有相同的问题。
当前用户常见的解决方法就是给主存储引擎搭配检索引擎，比如Lucene、ElasticSearch、Solr。该方案实际使用过程中十分复杂：
- 用户学习成本double，门槛提高；
- 用户要解决数据同步，数据同步又分批量离线同步和增量实时同步，用户要选择不同的解决方案，比如用mr作业批量同步，分析wal日志或者双写的方式实时同步；
- 同步过程中有数据一致性问题，比如写入检索引擎跟写入存储引擎的数据顺序不一致，这个很难在应用层完全保证；
- 数据延迟问题，两个引擎的写入吞吐不一致，往往存储引擎要比检索引擎快很多，容易导致数据堆积，甚至带来稳定性问题。
阿里云HBase团队设计并实现了Search Index功能，一站式解决这些问题，并且支持SQL，用户通过DDL、DQL就可以进行复杂索引操作。
二、方案实现
SearchIndex架构如图所示，Phoenix会同时支持全文引擎（Solr）和KV引擎（HBase），并且提供管理和查询索引相关的SQL表达。我们目前基于Solr自研了SearchService服务，涵盖了所有索引管理，数据同步，元数据管理等方面的功能。下面结合图中的Create语句和Select语句对架构设计进行比较深入的说明。
create语句在执行的时候，可分为以下步骤：
- phoenix会解析SQL语句，确定Solr中Collection的存储格式，并生成从Phoenix表到Solr Collection的映射关系；
- 在IndexCloud(Solr)中创建Collection；
- 开启从Phoenix表到Solr Collection的实时数据同步；
- 启动分布式作业将存量数据同步到Solr中；
映射的时候，Phoenix默认只在Solr中存储索引，原始数据不需要存储，这样可以节省存储开销。创建成功后，用户可以直接使用Phoenix Upsert语句往Phoenix里面插入数据，后台会将做自动实时同步。为了解决Solr中数据延迟的问题，我们还实现了反压机制，数据可见时间可配置，比如10s，那么Solr中数据比HBase中数据可见最大间隔会由系统保证在10s左右。
Select语句在执行的时候，可分为以下步骤：
- Phoenix解析SQL语句，识别哪些请求需要下发到Solr，哪些需要去HBase中执行；
- 将1中识别到的请求发给Solr，拿到返回的RowKey列表；
- 根据2中拿到的RowKey列表，回查HBase，拿到最终的返回结果。
除了Create、Select，其他DDL和DQL语法请参考文档：SearchIndex用户文档
三、用法示例
SearchIndex可以很好地满足表单、用户画像、日志等场景的复杂查询需求，本章以表单查询为例说明SearchIndex的用法，在表单查询场景中，大部分查询可以通过前缀匹配的方式解决，但是会对表单详情数据进行模糊查找。
--创建表
create table items(col1 integer primary key, name varchar, content varchar, addr varchar);
--插入数据
upsert into items values(1, 'zhangsan', 'hello world!', 'hangzhou')
--创建索引，存量数据默认会同步导入
create search index on items(content{analyzer=standard})
--插入数据，会通过异步方式实时增量导入
upsert into items values(2, 'lisi', 'Xihu is a beautiful place.', 'hangzhou')
--查询表单
select name, addr from items where search_query='CONTENT:hello';
--删除索引
drop search index on items;
四、总结与展望
本文介绍了SearchIndex解决的用户问题，SearchIndex当前的实现逻辑，以及SearchIndex解决表单查询场景的简单示例。用户可以同时享受到KV引擎带来的高并发、高吞吐的读写能力，和全文引擎带来的在线复杂查询能力，并且提供SQL的统一表达，极大提升了产品易用性。通过SearchIndex的一站式产品能力，用户可以更加灵活高效地解决业务问题。
后续我们团队会对SearchIndex持续优化升级。比如，1. 目前用户还需要自己识别那些字段在Search Index中，然后编写Search Query，后续我们会支持native SQL，用户只需要按照普通的SQL语法写Query语句就可以了；2. 第一版本中还只支持条件组合，全文等查询语法，对于分组聚合、排序的加速还不支持，在后续版本中也会增强该功能；3. 数据同步和查询性能也会持续优化。