Flink新增特性 | CDC(Change Data Capture) 原理和实践应用

本文主要是介绍Flink新增特性 | CDC(Change Data Capture) 原理和实践应用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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CDC简介

CDC,Change Data Capture,变更数据获取的简称，使用CDC我们可以从数据库中获取已提交的更改并将这些更改发送到下游，供下游使用。这些变更可以包括INSERT,DELETE,UPDATE等。

用户可以在以下的场景下使用CDC：

使用flink sql进行数据同步,可以将数据从一个数据同步到其他的地方，比如mysql、elasticsearch等。
可以在源数据库上实时的物化一个聚合视图
因为只是增量同步，所以可以实时的低延迟的同步数据
使用EventTime join 一个temporal表以便可以获取准确的结果

Flink 1.11 将这些changelog提取并转化为Table API和SQL，目前支持两种格式：Debezium和Canal，这就意味着源表不仅仅是append操作，而且还有upsert、delete操作。

Flink CDC 功能适用的一些场景：

数据库之间的增量数据同步
审计日志
数据库之上的实时物化视图
基于CDC的维表join
…

Flink CDC使用方式

目前Flink支持两种内置的connector，PostgreSQL和mysql，接下来我们以mysql为例。

Flink 1.11仅支持Kafka作为现成的变更日志源和JSON编码的变更日志，而Avro（Debezium）和Protobuf（Canal）计划在将来的版本中使用。还计划支持MySQL二进制日志和Kafka压缩主题作为源，并将扩展日志支持扩展到批处理执行。

Flink CDC当作监听器获取增量变更

传统的实时链路如何实现业务数据的同步，我们以canal为例，传统业务数据实时同步会涉及到canal处理mysql的binlog然后同步到kafka，在通过计算引擎spark，flink或storm计算转化,再结果数据传输到第三方存储（hbase，es）如下图所示主要分为三个模块E(Extract) ,T(Transform), L(Load).可以看到涉及的组件很多，链路很长。

我们可以直接Flink CDC消费数据库的增量日志，替代了原来作为数据采集层的canal，然后直接进行计算，经过计算之后，将计算结果发送到下游。整体架构如下：

使用这种架构是好处有：

减少canal和kafka的维护成本，链路更短，延迟更低
flink提供了exactly once语义
可以从指定position读取
去掉了kafka，减少了消息的存储成本

我们需要引入相应的pom，mysql的pom如下：

<dependency><groupId>com.alibaba.ververica</groupId><artifactId>flink-connector-mysql-cdc</artifactId><version>1.1.0</version>
</dependency>

如果是sql客户端使用，需要下载 flink-sql-connector-mysql-cdc-1.1.0.jar 并且放到<FLINK_HOME>/lib/下面

连接mysql数据库的示例sql如下：

-- creates a mysql cdc table source
CREATE TABLE mysql_binlog (id INT NOT NULL,name STRING,description STRING,weight DECIMAL(10,3)
) WITH ('connector' = 'mysql-cdc','hostname' = 'localhost','port' = '3306','username' = 'flinkuser','password' = 'flinkpw','database-name' = 'inventory','table-name' = 'products'
);

使用API的方式：

import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.source.SourceFunction;
import com.alibaba.ververica.cdc.debezium.StringDebeziumDeserializationSchema;
import com.alibaba.ververica.cdc.connectors.mysql.MySQLSource;public class MySqlBinlogSourceExample {public static void main(String[] args) throws Exception {SourceFunction<String> sourceFunction = MySQLSource.<String>builder().hostname("localhost").port(3306).databaseList("inventory") // monitor all tables under inventory database.username("flinkuser").password("flinkpw").deserializer(new StringDebeziumDeserializationSchema()) // converts SourceRecord to String.build();StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();env.addSource(sourceFunction).print().setParallelism(1); // use parallelism 1 for sink to keep message orderingenv.execute();}
}

Flink CDC 当作转换工具

如果需要Flink承担的角色是计算层，那么目前Flink提供的format有两种格式：canal-json和debezium-json，下面我们简单的介绍下。

如果要使用Kafka的canal-json，对于程序而言，需要添加如下依赖:

<dependency><groupId>org.apache.flink</groupId><artifactId>flink-connector-kafka_2.11</artifactId><version>1.11.0</version>
</dependency>

我们可以直接消费canal-json数据：

CREATE TABLE topic_products (id BIGINT,name STRING,description STRING,weight DECIMAL(10, 2)
) WITH ('connector' = 'kafka','topic' = 'products_binlog','properties.bootstrap.servers' = 'localhost:9092','properties.group.id' = 'testGroup','format' = 'canal-json'  -- using canal-json as the format
)

changelog format

如果要使用Kafka的changelog-json Format，对于程序而言，需要添加如下依赖:

<dependency><groupId>com.alibaba.ververica</groupId><artifactId>flink-format-changelog-json</artifactId><version>1.0.0</version>
</dependency>

如果要使用Flink SQL Client，需要添加如下jar包：flink-format-changelog-json-1.0.0.jar，将该jar包放在Flink安装目录的lib文件夹下即可。

-- assuming we have a user_behavior logs
CREATE TABLE user_behavior (user_id BIGINT,item_id BIGINT,category_id BIGINT,behavior STRING,ts TIMESTAMP(3)
) WITH ('connector' = 'kafka',  -- using kafka connector'topic' = 'user_behavior',  -- kafka topic'scan.startup.mode' = 'earliest-offset',  -- reading from the beginning'properties.bootstrap.servers' = 'localhost:9092',  -- kafka broker address'format' = 'json'  -- the data format is json
);-- we want to store the the UV aggregation result in kafka using changelog-json format
create table day_uv (day_str STRING,uv BIGINT
) WITH ('connector' = 'kafka','topic' = 'day_uv','scan.startup.mode' = 'earliest-offset',  -- reading from the beginning'properties.bootstrap.servers' = 'localhost:9092',  -- kafka broker address'format' = 'changelog-json'  -- the data format is json
);-- write the UV results into kafka using changelog-json format
INSERT INTO day_uv
SELECT DATE_FORMAT(ts, 'yyyy-MM-dd') as date_str, count(distinct user_id) as uv
FROM user_behavior
GROUP BY DATE_FORMAT(ts, 'yyyy-MM-dd');-- reading the changelog back again
SELECT * FROM day_uv;