在SQL Server 2008中实现CDC

change data capture是在每次对数据库执行insert、update、delete操作的时候,捕获变更数据的方法,这在数据仓库中是常用到的技术手段。Oracle早在9i中就加入了这一特性,在多年后的今天,SQL Server总算是提供了同样的功能。

  CDC的原理是每次对源表(Source Tables)执行insert、update、delete时,数据库事务日志会记录DML造成的变更数据,然后捕获处理过程将日志中源表的变更数据写入变更捕获表(Change Tables),最后ETL工具使用CDC查询函数将变更数据抽取到数据仓库。

  相比起在源表建立促发器,CDC对源表事务性能影响小,而且可以获取变更元数据。

  这里示范一个CDC过程

  第一步 启用数据库的SQL Server Agent。

  第二步 建立一个数据库Database for CDC。

  第三步 然后以服务角色sysadmin的用户登录,执行下面的命令:


  USE[DatabaseforCDC];
GO
EXECUTE[sys].[sp_cdc_enable_db_change_data_capture];
GO

  执行命令后即启用了数据库的CDC特性。启用CDC特性后系统会自动建立名为CDC的构架和用户,并建立了几个用于CDC的数据表。

  第四步 建立源表Source_Table,且将column_1列作为唯一索引IX_Source_Table

  第五步 执行命令:

  EXEC sys.sp_cdc_enable_table_change_data_capture

  @source_schema = 'dbo'

  , @source_name = 'Source_Table'

  , @role_name = 'change_table_user1'

  , @index_name = 'IX_Source_Table'

  , @capture_instance = 'ST_Instance'

  , @supports_net_changes = 1

  , @captured_column_list = 'column_key, column_1, column_2'

  , @filegroup_name = 'PRIMARY';

  这个命令指定捕获源表Source_Table的变化,参数说明如下:

参数 说明
source_schema 源表的构架名
source_name 源表名
role_name 获取变化数据的数据库角色,如果角色不存在,sp_cdc_enable_table_change_data_capture过程执行成功后会创建角色
index_name 唯一索引名,不是必须的,如果源表没有主键可以指定唯一索引以确定哪一行数据是变更数据
capture_instance 捕获实例,一个源表最多可以有两个实例
supports_net_changes 是否捕捉净变化数据,如果是的话,源表必须有主键或者指定唯一标识列
captured_column_list 需要在变更捕获表中保存的列
filegroup_name 变更捕获表使用的文件组

  为源表Source_Table成功建立捕获实例ST_Instance后,系统自动建立了变更捕获表ST_Instance_CT,变更捕获表的命名规则是实例名+CT。

  对源表执行DML命令时,每行受到DML影响的数据都会在变更捕获表中保存数据,不同的DML命令在变更捕获表中保存的数据不同。

命令类型 每行数据在变更捕获表的保存情况
insert 保存插入行的数据
delete 保存删除行的数据
update 保存两行数据,一行是更新前的,一行是更新后的

  可以看到,变更捕获表中除了我们需要保存源表的三个列外,还多出了5个以”__$”开头的列,用于记录元数据。

列名 说明
__$start_lsn 日志中序列号,在对源表执行DML时,每个事务有一个日志序列号
__$end_lsn 空,不使用
__$seqval 在一个事务中,DML影响行的序列号
__$operation 识别执行的是何种DML,1=delete,2=insert,3=update(更新前),4=update(更新后)
__$update_mask 用2进制标识哪一列发生变更

  可以先试着执行下面的命令,以检验CDC的效果:


  insertdbo.source_table
values('ck_1','c1_1','c2_1','c3_1');
insertdbo.source_table
values('ck_2','c1_2','c2_2','c3_2');
insertdbo.source_table
values('ck_3','c1_3','c2_3','c3_3');
updatedbo.source_table
setcolumn_2='c2_2_c'
wherecolumn_key='ck_2';
updatedbo.source_table
setcolumn_key='ck_3_c'
wherecolumn_key='ck_3';
deletedbo.source_table
wherecolumn_key='ck_3_c';
select*fromcdc.st_instance_ct;

  将cdc.st_instance_ct表中数据列出来后如下:

__$start_lsn __$end_lsn __$seqval __$operation __$update_mask column_key column_1 column_2
1 0x0000002D000001A1002C NULL 0x0000002D000001A10012 2 0x07 ck_1 c1_1 c2_1
2 0x0000002D000001A90004 NULL 0x0000002D000001A90002 2 0x07 ck_2 c1_2 c2_2
3 0x0000002D000001AB0004 NULL 0x0000002D000001AB0002 2 0x07 ck_3    c1_3    c2_3   
4 0x0000002E0000007E0022 NULL 0x0000002E0000007E0020 3 0x04 ck_2    c1_2    c2_2   
5 0x0000002E0000007E0022 NULL 0x0000002E0000007E0020 4 0x04 ck_2    c1_2    c2_2_c  
6 0x0000002E000000830007 NULL 0x0000002E000000830002 3 0x01 ck_3    c1_3    c2_3   
7 0x0000002E000000830007 NULL 0x0000002E000000830002 4 0x01 ck_3_c   c1_3    c2_3   
8 0x0000002E0000008A0006 NULL 0x0000002E0000008A0004 1 0x07 ck_3_c   c1_3    c2_3 

  其中__$update_mask是受影响的列,对insert和delete来说,影响全部的列,所以值是111(十进制的7);对column_key更新时,值是001(十进制1);对column_2更新时,值是100(十进制4)。

  变更数据查询

  变更捕获表是那些CDC实例名+CT的表,表中记录了源表的数据变更历史。但通常要按照一定的要求查询这些变更。

  在数据库的CDC构架中,除了变更捕获表外,还可看到有5个在数据库启用CDC时建立的表:

表名 作用
captured_columns 记录所有CDC实例要保存的列
change_tables 记录所有的CDC实例
ddl_history 记录所有源表由DDL产生的变更
index_columns 记录CDC实例使用的唯一索引
lsn_time_mapping 记录日志序列号的时间,每个DML事务都有一个日志序列号

  除了关联查询这些CDC表外,SQL Server 2008里还有多个CDC函数和储存过程,用于查询变更数据。

  1. 日志序列号与事务时间的变换

  在change tables中没有记录事务发生的时间,只记录了事务的日志序列号(lsn),而日志序号号对应的时间记录在lsn_time_mapping表中。sys.fn_cdc_map_lsn_to_time和sys.fn_cdc_map_time_to_lsn是两个用于转换日志序列号与事务时间的函数;sys.fn_cdc_map_time_to_lsn用于获取某一时间段内的所有日志序列号。

  2. 最小和最大日志序列号

  sys.fn_cdc_get_min_lsn和 sys.fn_cdc_get_max_lsn函数获得目前存在的最大和最小日志序列号。

  3. 查询变更数据

  cdc.fn_cdc_get_all_changes_函数用于查询实例中满足要求的所有变更记录。cdc.fn_cdc_get_net_changes_函数用于查询实例中满足要求的净变更记录,所谓的净变更记录既是最后一次DML操作后源表的记录,比如在对一行数据进行了多次update后,使用cdc.fn_cdc_get_all_changes_会返回所有更新前和更新后的数据记录,而净变更只返回最后一次更新后的记录。

  4. 获取变更列

  在对源表进行update操作后,有时需要知道更新的是哪一列。在变更捕获表中__$update_mask字段保存变更列的2进制编码。sys.fn_cdc_is_bit_set用于返回列序的二进制值,比如要知道第3 列是否变更,使用sys.fn_cdc_is_bit_set( 3, __$update_mask ),若返回1,则表明第3列变更,返回0,则表明没有变更。另外要知道实例中的列是第几列,可使用sys.fn_cdc_get_column_ordinal函数。

  5. 获取源表DDL变更历史

  sys.sp_cdc_get_ddl_history函数用于查询对源表使用数据定义语句的历史,通常在用DDL改变源表时,也要使用同样的DLL改变变更捕获表。比如删除源表中某一列,或者将某一列的值类型由int改成long,那么变更捕获表也要跟着变化。

  变更数据的清理

  变更捕获表中数据要周期性的加载到数据仓库中,被加载后的数据就要清理掉,否则用于cdc的数据会越来越多。使用sys.sp_cdc_cleanup_change_table存储过程清除变更数据。此外,在启用数据库CDC时,系统自动在SQL Server Agent中加入每日清除变更数据的作业。

  停用CDC

  sys.sp_cdc_disable_table_change_data_capture存储过程用于停用CDC实例。sys.sp_cdc_disable_db_change_data_capture存储过程用于停用数据库CDC功能。

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