在大数据领域,初始阶段业务数据通常被存储于关系型数据库,如MySQL。然而,为满足日常分析和报表等需求,大数据平台采用多种同步方式,以适应这些业务数据的不同存储需求。这些同步存储方式包括离线仓库和实时仓库等,选择取决于业务需求和数据特性。
一项常见需求是,业务使用人员需要大数据分析平台中查看历史某一天的表数据,示例如下:
id | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|
1 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | tom | 333 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
id | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|
1 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | tom | 444 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-02 09:00:00 |
4 | tony | 555 | 男 | 2023-06-02 10:00:00 | 2023-06-02 10:00:00 |
加粗为更新/新增数据
id | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|
1 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | tom | 333 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
看到这里,有些同学可能会疑惑为何不采用离线数仓中的快照表,而要选择使用 Flink 实时同步的方式。确实,从需求层面看,离线数仓的快照表似乎是一种合理的选择。然而,我们需要注意离线数仓通常采用凌晨 T+1 执行 SQL 的方式将业务数据筛选后同步至下游,这种操作适用于对业务数据精确度要求不高的场景。
对于对数据精确度要求较高的需求,采用 T+1 的同步方式可能会导致数据不一致的问题。详细的问题分析和解决方案可以参考我另一篇文章:深入数仓离线数据同步:问题分析与优化措施。
那么对于对数据精确度要求较高的场景,我们可以选择实时同步的方式来实现。这是因为实时同步通过读取 binlog 日志,能够获取业务数据的完整变更历史。与离线数仓中的 T+1 执行 SQL 不同,实时同步能够更及时地捕获和应用数据变更,确保数据的高一致性和精确度。
在实时同步领域,要实现背景中的需求通常有两种常见的解决方式:
start_date
和 end_date
字段进行天粒度筛选。本文主要介绍第二种实现方式:实时同步 + 快照表。
鉴于业务数据通常存储在关系型数据库中,这里选择采用Flink-CDC持续读取binlog日志进行实时同步。为了保证实时数据能够高效写入下游并支持用户OLAP查询分析,这里选择了企业中常见的MMP库Doris作为实时数仓的存储层。整体架构如下图所示:
基于上图的设计,引入了一张额外的流水表到 Doris 中。这个设计的目的是为了实现业务的解耦,建立一张专门存储业务数据表的历史变更记录的流水表。这种结构不仅有助于满足当前需求,而且在后续可能出现的其他需求中也更加灵活可扩展。
在实际实现中,可以通过一个 Flink 程序来构建这两张表:流水表和快照表。这种设计模式使得系统更为模块化,同时也方便了后期其他需求的使用。
因此建议读者先阅读笔者另一篇文章:Flink实时数仓同步:流水表实战详解;再回到本文。这样能够更好地理解整个系统设计的背景和实际应用。
Flink实时同步程序负责处理捕获到的MySQL数据变更事件。在处理流程中,首先将全量数据存储到快照表,然后针对新增(INSERT)、修改(UPDATE)、删除(DELETE)等操作,将其同步至流水表。当符合以下任意一个条件便会触发合并任务:
一旦触发合并任务,程序将执行JOIN操作,将流水表前一天数据与快照表中前两天的数据进行整合,最终得到前一天的全量数据,并将其写入至快照表的前一天分区中。这种设计模式既保证了数据的完整性和准确性,又有效地将全量数据存储于快照表中,数据流转过程如下图所示:
CREATE TABLE `example_user_snapshot`
(
`id` largeint(40) NOT NULL COMMENT '用户id',
`dt` date NULL COMMENT '流水日期',
`name` varchar(50) NOT NULL COMMENT '用户昵称',
`phone` largeint(40) NULL COMMENT '手机号',
`gender` varchar(5) NULL COMMENT '用户性别',
`create_time` datetime NULL COMMENT '用户注册时间',
`update_time` datetime NULL COMMENT '用户更新时间'
) ENGINE=OLAP
UNIQUE KEY(`id`, `dt`)
COMMENT '用户流水表'
PARTITION BY RANGE(dt)()
DISTRIBUTED BY HASH(id) BUCKETS 8
PROPERTIES
(
"dynamic_partition.enable" = "true",
"dynamic_partition.time_unit" = "DAY",
"dynamic_partition.start" = "-90",
"dynamic_partition.end" = "3",
"dynamic_partition.prefix" = "p",
"dynamic_partition.buckets" = "8"
);
该表利用了Doris的动态分区功能,将分区粒度设置为天级,并采取了预先建立3天分区的策略,同时设定了90天的过期时间;更多信息可参考Doris动态分区介绍
首先,由于实时流水表同步使用Flink-cdc读取关系型数据库,flink-cdc提供了四种模式: “initial”,“earliest-offset”,“latest-offset”,“specific-offset” 和 “timestamp”。本文使用的Flink-connector-mysq是2.3版本,这里简单介绍一下这四种模式:
initial
(默认):在第一次启动时对受监视的数据库表执行初始快照,并继续读取最新的 binlog。
earliest-offset
:跳过快照阶段,从可读取的最早 binlog 位点开始读取
latest-offset
:首次启动时,从不对受监视的数据库表执行快照, 连接器仅从 binlog 的结尾处开始读取,这意味着连接器只能读取在连接器启动之后的数据更改。
specific-offset
:跳过快照阶段,从指定的 binlog 位点开始读取。位点可通过 binlog 文件名和位置指定,或者在 GTID 在集群上启用时通过 GTID 集合指定。
timestamp
:跳过快照阶段,从指定的时间戳开始读取 binlog 事件。
这里采用initial
模式作为实时同步方式,先全量后增量,此外由于实时流水表同步需要对 binlog 数据进行解析及判断更新操作类型,因此,Flink CDC SQL 方式的表建立不再满足我们的要求。为了更好地实现这一功能,我们需要采用 API 方式来构建解决方案,代码如下:
import org.apache.flink.api.common.eventtime.WatermarkStrategy;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import com.ververica.cdc.debezium.JsonDebeziumDeserializationSchema;
import com.ververica.cdc.connectors.mysql.source.MySqlSource;
public class MySqlSourceExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
MySqlSource<String> mySqlSource = MySqlSource.<String>builder()
.hostname("yourHostname")
.port(yourPort)
.databaseList("yourDatabaseName") // 设置捕获的数据库, 如果需要同步整个数据库,请将 tableList 设置为 ".*".
.tableList("yourDatabaseName.yourTableName") // 设置捕获的表
.username("yourUsername")
.password("yourPassword")
.startupOptions(StartupOptions.timestamp(1685548800000L)) // 从2023-06-01零点处读取binlog
.deserializer(new JsonDebeziumDeserializationSchema()) // 将 SourceRecord 转换为 JSON 字符串
.build();
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
// 设置 3s 的 checkpoint 间隔
env.enableCheckpointing(3000);
env
.fromSource(mySqlSource, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "MySQL Source")
// 设置 source 节点的并行度为 4
.setParallelism(4)
.print().setParallelism(1); // 设置 sink 节点并行度为 1
env.execute("Print MySQL Snapshot + Binlog");
}
}
代码摘自mysql-cdc-connector官网示例
id | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|
1 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | tom | 333 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
{
"before": null,
"after": { # 实际数据
"id": 1,
"name": "jack",
"phone": "111",
"gender": "男",
"create_time": "2023-06-01T05:00:00Z", # 该日期是UTC时间,只需增加8小时即可转化为北京时间
"update_time": "2023-06-01T05:00:00Z" # 该日期是UTC时间,只需增加8小时即可转化为北京时间
},
"source": { # 元数据
"version": "1.6.4.Final",
"connector": "mysql",
"name": "mysql_binlog_source",
"ts_ms": 0,
"snapshot": "false",
"db": "yushu_dds",
"sequence": null,
"table": "user",
"server_id": 0,
"gtid": null,
"file": "",
"pos": 0,
"row": 0,
"thread": null,
"query": null
},
"op": "r", # 记录每条数据的操作类型[重要]
"ts_ms": 1705471382867,
"transaction": null
}
在我们使用 Flink CDC MySQL 同步数据时,默认采用 initial
模式,这意味着首先进行全量同步,然后再进行增量同步。因此,在区分全量和增量同步时,关键在于观察获取到的数据中的 op
字段。op
字段是用来记录每条数据的操作类型的标志。具体的操作类型如下:
op=d
代表删除操作
op=u
代表更新操作
op=c
代表新增操作
op=r
代表全量读取,而不是来自 binlog 的增量读取
在 Flink 程序中,只需要通过 op=r
即可筛选出全量数据。在全量数据同步阶段只需将op=r
的业务数据直接同步至快照表,流水表在全量阶段无需同步,导入语句如下:
INSERT INTO example_user_snapshot (id, dt, name, phone, gender, create_time, update_time)
VALUES
(1, '2023-06-01', 'jack', 111, '男', '2023-06-01 13:00:00', '2023-06-01 13:00:00'),
(2, '2023-06-01', 'jason', 222, '男', '2023-06-01 13:00:00', '2023-06-01 13:00:00'),
(3, '2023-06-01', 'tom', 333, '男', '2023-06-01 13:00:00', '2023-06-01 13:00:00');
id | dt | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2023-06-01 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | 2023-06-01 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | 2023-06-01 | tom | 333 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
id | update_time | dt | create_time | name | phone | gender | op | before | binlog |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
NULL | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL |
id | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|
1 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | tom | 444 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-02 09:00:00 |
4 | tony | 555 | 男 | 2023-06-02 10:00:00 | 2023-06-02 10:00:00 |
# 新增tony变更数据如下
{
"before": null,
"after": {
"id": 4,
"name": "tony",
"phone": "666",
"gender": "男",
"create_time": "2023-06-02T02:00:00Z",
"update_time": "2023-06-02T02:00:00Z"
},
"source": {
# 元数据信息忽略
},
"op": "c", # 操作类型
"ts_ms": 1706768344113,
"transaction": null
}
# tom手机号333->444变更数据如下
{
"before": {
"id": 3,
"name": "tom",
"phone": "333",
"gender": "男",
"create_time": "2023-06-01T05:00:00Z",
"update_time": "2023-06-01T05:00:00Z"
},
"after": {
"id": 3,
"name": "tom",
"phone": "444",
"gender": "男",
"create_time": "2023-06-01T05:00:00Z",
"update_time": "2023-06-01T23:00:00Z"
},
"source": {
# 元数据信息忽略
},
"op": "u", # 操作类型
"ts_ms": 1706768454904,
"transaction": null
}
op=c/u/d
表示增量更新数据时,提取其中的 op
、before
和 after
数据。接着将这些信息拼装成 Doris 的 INSERT
语句后插入到流水表中,此时流水表数据如下所示:id | update_time | dt | create_time | name | phone | gender | op | before | binlog |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
4 | 2023-06-02 10:00:00 | 2023-06-02 | 2023-06-02 10:00:00 | tony | 555 | 男 | c | NULL | {“before”:null,“after”:{“id”:4,“name”:“tony”,“phone”:“666”,“gender”:“男”,“create_time”:“2023-06-02T02:00:00Z”,“update_time”:“2023-06-02T02:00:00Z”},“source”:{“version”:“1.6.4.Final”,“connector”:“mysql”,“name”:“mysql_binlog_source”,“ts_ms”:1706768344000,“snapshot”:“false”,“db”:“yushu_dds”,“sequence”:null,“table”:“user”,“server_id”:2307031958,“gtid”:“71221bfd-56e8-11ee-8275-fa163e4ecceb:33719321”,“file”:“3509-binlog.000191”,“pos”:643757739,“row”:0,“thread”:null,“query”:null},“op”:“c”,“ts_ms”:1706768344113,“transaction”:null} |
3 | 2023-06-02 08:00:00 | 2023-06-02 | 2023-06-02 13:00:00 | tom | 444 | 男 | u | {“id”:3,“name”:“tom”,“phone”:“333”,“gender”:“男”,“create_time”:“2023-06-01T05:00:00Z”,“update_time”:“2023-06-01T05:00:00Z”} | {“before”:{“id”:3,“name”:“tom”,“phone”:“333”,“gender”:“男”,“create_time”:“2023-06-01T05:00:00Z”,“update_time”:“2023-06-01T05:00:00Z”},“after”:{“id”:3,“name”:“tom”,“phone”:“444”,“gender”:“男”,“create_time”:“2023-06-01T05:00:00Z”,“update_time”:“2023-06-01T23:00:00Z”},“source”:{“version”:“1.6.4.Final”,“connector”:“mysql”,“name”:“mysql_binlog_source”,“ts_ms”:1706768454000,“snapshot”:“false”,“db”:“yushu_dds”,“sequence”:null,“table”:“user”,“server_id”:2307031958,“gtid”:“71221bfd-56e8-11ee-8275-fa163e4ecceb:33719761”,“file”:“3509-binlog.000191”,“pos”:692873739,“row”:0,“thread”:null,“query”:null},“op”:“u”,“ts_ms”:1706768454904,“transaction”:null} |
id | dt | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2023-06-01 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | 2023-06-01 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | 2023-06-01 | tom | 333 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
在合并阶段,我们将流水表前一天的数据与快照表中前两天的数据进行整合,最终得到前一天的全量数据,并将其写入至快照表的前一天分区。
合并任务会在满足以下任意一个条件时触发:
第二个条件的存在是因为业务数据很可能在凌晨00:00 ~ 00:05 分之间没有增量数据。因此,即使在没有业务数据同步的情况下,我们仍然可以通过第二个条件触发合并阶段,确保数据的完整性和准确性。
id | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|
1 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | tom | 444 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-02 09:00:00 |
4 | tony | 555 | 男 | 2023-06-02 10:00:00 | 2023-06-02 10:00:00 |
INSERT INTO example_user_snapshot (id, dt, name, phone, gender, create_time, update_time)
SELECT
id,
'2023-06-02' as dt, -- 通过固定dt字段值从而写入快照表p20230602分区中
name,
phone,
gender,
create_time,
update_time
FROM (
SELECT
snap.id,
snap.name,
snap.phone,
snap.gender,
snap.create_time,
snap.update_time
FROM example_user_snapshot PARTITION p20230601 snap
LEFT JOIN example_user_stream PARTITION p20230602 stream ON snap.id = stream.id
WHERE stream.id IS NULL
UNION
SELECT
id,
name,
phone,
gender,
create_time,
update_time
FROM (
SELECT
id,
name,
phone,
gender,
create_time,
update_time,
-- 使用窗口函数的目的是处理流水表中可能存在多条相同id的记录,例如tom在06-02日更改多次手机号则会有多条相同id的数据,故此窗口函数用于确保选择每个id对应的update_time最大的记录;如果流水表设计的unique key = (id) 则不会出现重复情况无需此处的窗口函数。
ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY id ORDER BY update_time DESC) AS row_num
FROM example_user_stream PARTITION p20230602
) ranked
WHERE row_num = 1
) AS temp;
该 SQL 查询是先获取两表联接中未更新的数据,与已更新的数据合并,最后写入到快照表中,确保了
2023-06-02
分区的数据是完整的全量数据。若想详细剖析此sql的运算逻辑可参考笔者另一篇文章:数仓日常维护:剖析每日增量同步的内部机制
id | dt | name | phone | gender | create_time | update_time |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2024-02-02 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | 2024-02-02 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | 2024-02-02 | tom | 333 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
1 | 2024-02-03 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
2 | 2024-02-03 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | 2024-02-03 | tom | 555 | 男 | 2023-06-02 13:00:00 | 2023-06-02 09:00:00 |
4 | 2024-02-03 | tony | 555 | 男 | 2023-06-02 10:00:00 | 2023-06-02 10:00:00 |
SELECT * FROM example_user_snapshot PARTITION p20230602;
1 | 2024-02-03 | jack | 111 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
---|---|---|---|---|---|---|
2 | 2024-02-03 | jason | 222 | 男 | 2023-06-01 13:00:00 | 2023-06-01 13:00:00 |
3 | 2024-02-03 | tom | 555 | 男 | 2023-06-02 13:00:00 | 2023-06-02 09:00:00 |
4 | 2024-02-03 | tony | 555 | 男 | 2023-06-02 10:00:00 | 2023-06-02 10:00:00 |
合并阶段的主要压力是Doris,Flink程序只是传递sql执行后获取结果即可;至此实时快照表同步逻辑结束。
在上述快照表同步过程中,如果Flink程序挂掉或者重启,是否会影响数据一致性?由于Flink程序是通过定时执行checkpoint且binlog可重读溯源,因此在数据获取阶段不会出现数据一致性问题。
需要考虑的地方在于合并阶段,如果触发了合并任务,而此时Flink程序还在不断消费业务变更数据,这里是异步还是阻塞?笔者建议使用异步:即Flink程序仍实时同步业务变更数据至流水表,而快照表的合并阶段主要是下沉到Doris库中执行。
需要注意的是如果在合并阶段时Flink程序挂掉,重启后该如何处理?笔者建议在Flink程序中采用有状态的计算,即Rich functions
富函数中的ValueState
,用于记录当前合并阶段是否成功,如下:
javaCopy codeimport org.apache.flink.api.common.functions.RichMapFunction;
import org.apache.flink.api.common.state.StateTtlConfig;
import org.apache.flink.api.common.state.ValueState;
import org.apache.flink.api.common.state.ValueStateDescriptor;
import org.apache.flink.api.common.time.Time;
import org.apache.flink.configuration.Configuration;
public class TestMapFunction extends RichMapFunction, Tuple2> {
// state 用于存放合并后的分区,例如: state=p20230601
private transient ValueState state;
@Override
public Tuple2 map(Tuple2 in) throws Exception {
// 业务逻辑
}
public void open(Configuration parameters) throws Exception {
// 初始化 state
}
}
通过这种方式,即便Flink在同步过程中宕掉,只要根据checkpoint重启后便可检测到上一个分区任务失败,即state != 20230602
,从而再次触发合并阶段!
关于flink有状态的计算可参考Flink官网介绍
此设计方式主要面向对数据准确性要求较高的场景。如果对数据准确性要求不高,完全可以考虑采用离线数仓 T+1 的方式构建快照表。
另外,此背景需求也可以通过拉链表实现。值得注意的是,拉链表能够支持更多的需求,例如实时数据查看。相比之下,本文介绍的快照表主要用于查看历史数据,不支持实时数据查看。