【Flink】Flink CDC介绍和原理概述

电玩女神 2022-09-12 00:57 657阅读 0赞

### Flink CDC概述和原理 ###

*  什么是CDC？
 *   *  基于查询的CDC 和 基于日志的CDC
 *  Flink CDC
 *  Flink CDC原理简述
 *  基于 Flink SQL CDC 的数据同步方案实践

# 什么是CDC？ #

CDC是（`Change Data Capture 变更数据获取`）的简称。

核心思想是，监测并捕获数据库的变动（包括数据 或 数据表的插入INSERT、更新UPDATE、删除DELETE等），将这些变更按发生的顺序完整记录下来，写入到消息中间件中以供其他服务进行订阅及消费。

## 基于查询的CDC 和 基于日志的CDC ##

CDC主要分为基于查询和基于Binlog两种方式  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
经过以上对比，我们可以发现`基于日志CDC` 有以下这几种优势：

*  能够捕获所有数据的变化，捕获完整的变更记录。在异地容灾，数据备份等场景中得到广泛应用，如果是基于查询的 CDC 有可能导致两次查询的中间一部分数据丢失
 *  每次 DML 操作均有记录无需像查询 CDC 这样发起全表扫描进行过滤，拥有更高的效率和性能，具有低延迟，不增加数据库负载的优势
 *  无需入侵业务，业务解耦，无需更改业务模型
 *  捕获删除事件和捕获旧记录的状态，在查询 CDC 中，周期的查询无法感知中间数据是否删除

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
在实时性、吞吐量方面占优，如果数据源是 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 等常见的数据库实现，建议使用 Debezium 来实现变更数据的捕获（下图来自 Debezium 官方文档）。如果使用的只有 MySQL，则可以用 Canal。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

# Flink CDC #

Flink社区开发了 `flink-cdc-connectors` 组件，这是一个可以直接从 `MySQL`、`PostgreSQL` 等数据库直接读取全量数据和增量变更数据的 source 组件。目前也已开源，开源地址：[https://github.com/ververica/flink-cdc-connectors][https_github.com_ververica_flink-cdc-connectors]

我们先从之前的数据架构来看CDC的内容  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]  
以上是之前的`mysql binlog`日志处理流程，例如`canal`监听`binlog`把日志写入到kafka中。而Flink实时消费Kakfa的数据实现mysql数据的同步或其他内容等。

拆分来说整体上可以分为以下几个阶段。

1.  mysql开启binlog
2.  canal同步binlog数据写入到kafka
3.  flink读取kakfa中的binlog数据进行相关的业务处理。

整体的处理链路较长，需要用到的组件也比较多。Flink CDC可以直接从数据库获取到binlog供下游进行业务计算分析，从内部实现上讲，`Flink CDC Connectors` 内置了一套 Debezium 和 Kafka 组件，但这个细节对用户屏蔽，简单来说链路会变成这样  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]  
也就是说数据不再通过canal与kafka进行同步，而flink直接进行处理mysql的数据。节省了canal与kafka的过程。

# Flink CDC原理简述 #

在最新 CDC 调研报告中，`Debezium` 和 `Canal` 是目前最流行使用的 CDC 工具，这些 CDC 工具的核心原理是抽取数据库日志获取变更。

在经过一系列调研后，目前 Debezium (支持全量、增量同步，同时支持 MySQL、PostgreSQL、Oracle 等数据库)，使用较为广泛。

Flink SQL CDC `内置了 Debezium 引擎`，利用其抽取日志获取变更的能力，将  
changelog 转换为 Flink SQL 认识的 RowData 数据。（以下右侧是 Debezium  
的数据格式，左侧是 Flink 的 RowData 数据格式）。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

RowData 代表了一行的数据，在 RowData 上面会有一个元数据的信息 `RowKind`，RowKind 里面包括了插入(+I)、更新前(-U)、更新后(+U)、删除(-D)，这样和数据库里面的 binlog 概念十分类似。

通过 Debezium 采集的数据，包含了旧数据(before)和新数据行(after)以及原数据信息(source)，op 的 u 表示是update 更新操作标识符（op 字段的值 c，u，d，r 分别对应 create，update，delete，reade），ts\_ms 表示同步的时间戳。

# 基于 Flink SQL CDC 的数据同步方案实践 #

案例 1 : Flink SQL CDC + JDBC Connector

这个案例通过订阅我们订单表（事实表）数据，通过 Debezium 将 MySQL Binlog 发送至 Kafka，通过维表 Join 和 ETL 操作把结果输出至下游的 PG 数据库。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
案例 2 : CDC Streaming ETL

电商公司的订单表和物流表，需要对订单数据进行统计分析，对于不同的信息需要进行关联后续形成订单的大宽表后，交给下游的业务方使用 ES 做数据分析，这个案例演示了如何只依赖 Flink 不依赖其他组件，借助 Flink 强大的计算能力实时把 Binlog 的数据流关联一次并同步至 ES 。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]  
例如如下的这段 Flink SQL 代码就能完成实时同步 MySQL 中 orders 表的全量+增量数据的目的。

CREATE TABLE orders (
      order_id INT,
      order_date TIMESTAMP(0),
      customer_name STRING,
      price DECIMAL(10, 5),
      product_id INT,
      order_status BOOLEAN
    ) WITH (
      'connector' = 'mysql-cdc',
      'hostname' = 'localhost',
      'port' = '3306',
      'username' = 'root',
      'password' = '123456',
      'database-name' = 'mydb',
      'table-name' = 'orders'
    );
     
    SELECT * FROM orders

案例 3 : Streaming Changes to Kafka

下面案例就是对 GMV 进行天级别的全站统计。包含插入/更新/删除，只有付款的订单才能计算进入 GMV ，观察 GMV 值的变化。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq5YaZ5rm_55qE56iL5bqP54y_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]

参考阿里云：https://developer.aliyun.com/article/777502?utm\_content=g\_1000202135

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[https_github.com_ververica_flink-cdc-connectors]: https://github.com/ververica/flink-cdc-connectors
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