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大数据时代,数据实时同步解决方案的思考—最全的数据同步总结

 

1、 早期关系型数据库之间的数据同步

1)、全量同步

比如从oracle数据库中同步一张表的数据到Mysql中,通常的做法就是 分页查询源端的表,然后通过 jdbc的batch 方式插入到目标表,这个地方需要注意的是,分页查询时,一定要按照主键id来排序分页,避免重复插入。

2)、基于数据文件导出和导入的全量同步,这种同步方式一般只适用于同种数据库之间的同步,如果是不同的数据库,这种方式可能会存在问题。

3)、基于触发器的增量同步

增量同步一般是做实时的同步,早期很多数据同步都是基于关系型数据库的触发器trigger来做的。

使用触发器实时同步数据的步骤:

A、 基于原表创触发器,触发器包含insert,modify,delete 三种类型的操作,数据库的触发器分Before和After两种情况,一种是在insert,modify,delete 三种类型的操作发生之前触发(比如记录日志操作,一般是Before),一种是在insert,modify,delete 三种类型的操作之后触发。

B、 创建增量表,增量表中的字段和原表中的字段完全一样,但是需要多一个操作类型字段(分表代表insert,modify,delete 三种类型的操作),并且需要一个唯一自增ID,代表数据原表中数据操作的顺序,这个自增id非常重要,不然数据同步就会错乱。

C、 原表中出现insert,modify,delete 三种类型的操作时,通过触发器自动产生增量数据,插入增量表中。

D、处理增量表中的数据,处理时,一定是按照自增id的顺序来处理,这种效率会非常低,没办法做批量操作,不然数据会错乱。  有人可能会说,是不是可以把insert操作合并在一起,modify合并在一起,delete操作合并在一起,然后批量处理,我给的答案是不行,因为数据的增删改是有顺序的,合并后,就没有顺序了,同一条数据的增删改顺序一旦错了,那数据同步就肯定错了。

市面上很多数据etl数据交换产品都是基于这种思想来做的。

E、 这种思想使用kettle 很容易就可以实现,笔者曾经在自己的博客中写过 kettle的文章,https://www.cnblogs.com/laoqing/p/7360673.html

4)、基于时间戳的增量同步

A、首先我们需要一张临时temp表,用来存取每次读取的待同步的数据,也就是把每次从原表中根据时间戳读取到数据先插入到临时表中,每次在插入前,先清空临时表的数据

B、我们还需要创建一个时间戳配置表,用于存放每次读取的处理完的数据的最后的时间戳。

C、每次从原表中读取数据时,先查询时间戳配置表,然后就知道了查询原表时的开始时间戳。

D、根据时间戳读取到原表的数据,插入到临时表中,然后再将临时表中的数据插入到目标表中。

E、从缓存表中读取出数据的最大时间戳,并且更新到时间戳配置表中。缓存表的作用就是使用sql获取每次读取到的数据的最大的时间戳,当然这些都是完全基于sql语句在kettle中来配置,才需要这样的一张临时表。

2、    大数据时代下的数据同步

1)、基于数据库日志(比如mysql的binlog)的同步

我们都知道很多数据库都支持了主从自动同步,尤其是mysql,可以支持多主多从的模式。那么我们是不是可以利用这种思想呢,答案当然是肯定的,mysql的主从同步的过程是这样的。

  A、master将改变记录到二进制日志(binary log)中(这些记录叫做二进制日志事件,binary log events,可以通过show binlog events进行查看);

  B、slave将master的binary log events拷贝到它的中继日志(relay log);

  C、slave重做中继日志中的事件,将改变反映它自己的数据。

阿里巴巴开源的canal就完美的使用这种方式,canal 伪装了一个Slave 去喝Master进行同步。

A、 canal模拟mysql slave的交互协议,伪装自己为mysql slave,向mysql master发送dump协议

 

B、 mysql master收到dump请求,开始推送binary log给slave(也就是canal)

C、 canal解析binary log对象(原始为byte流)

另外canal 在设计时,特别设计了 client-server 模式,交互协议使用 protobuf 3.0 , client 端可采用不同语言实现不同的消费逻辑。

canal java 客户端: https://github.com/alibaba/canal/wiki/ClientExample

canal c# 客户端: https://github.com/dotnetcore/CanalSharp

canal go客户端: https://github.com/CanalClient/canal-go

canal php客户端: https://github.com/xingwenge/canal-php、

github的地址:https://github.com/alibaba/canal/

另外canal 1.1.1版本之后, 默认支持将canal server接收到的binlog数据直接投递到MQ   https://github.com/alibaba/canal/wiki/Canal-Kafka-RocketMQ-QuickStart

D、在使用canal时,mysql需要开启binlog,并且binlog-format必须为row,可以在mysql的my.cnf文件中增加如下配置

log-bin=E:/mysql5.5/bin_log/mysql-bin.log

binlog-format=ROW

server-id=123、

E、 部署canal的服务端,配置canal.properties文件,然后 启动 bin/startup.sh 或bin/startup.bat

#设置要监听的mysql服务器的地址和端口

canal.instance.master.address = 127.0.0.1:3306

#设置一个可访问mysql的用户名和密码并具有相应的权限,本示例用户名、密码都为canal

canal.instance.dbUsername = canal

canal.instance.dbPassword = canal

#连接的数据库

canal.instance.defaultDatabaseName =test

#订阅实例中所有的数据库和表

canal.instance.filter.regex = .*\\..*

#连接canal的端口

canal.port= 11111

#监听到的数据变更发送的队列

canal.destinations= example

F、 客户端开发,在maven中引入canal的依赖

   <dependency>
         <groupId>com.alibaba.otter</groupId>
          <artifactId>canal.client</artifactId>
          <version>1.0.21</version>
      </dependency>

代码示例:

 

package com.example;

import com.alibaba.otter.canal.client.CanalConnector;
import com.alibaba.otter.canal.client.CanalConnectors;
import com.alibaba.otter.canal.common.utils.AddressUtils;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.Message;
import com.google.protobuf.InvalidProtocolBufferException;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

 
public class CanalClientExample {

    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            //连接canal
            CanalConnector connector = CanalConnectors.newSingleConnector(new InetSocketAddress(AddressUtils.getHostIp(), 11111), "example", "canal", "canal");
            connector.connect();
            //订阅 监控的 数据库.表
            connector.subscribe("demo_db.user_tab");
            //一次取10条
            Message msg = connector.getWithoutAck(10);

            long batchId = msg.getId();
            int size = msg.getEntries().size();
            if (batchId < 0 || size == 0) {
                System.out.println("没有消息,休眠5秒");
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            } else {
                //
                CanalEntry.RowChange row = null;
                for (CanalEntry.Entry entry : msg.getEntries()) {
                    try {
                        row = CanalEntry.RowChange.parseFrom(entry.getStoreValue());
                        List<CanalEntry.RowData> rowDatasList = row.getRowDatasList();
                        for (CanalEntry.RowData rowdata : rowDatasList) {
                            List<CanalEntry.Column> afterColumnsList = rowdata.getAfterColumnsList();
                            Map<String, Object> dataMap = transforListToMap(afterColumnsList);
                            if (row.getEventType() == CanalEntry.EventType.INSERT) {
                                //具体业务操作
                                System.out.println(dataMap);
                            } else if (row.getEventType() == CanalEntry.EventType.UPDATE) {
                                //具体业务操作
                                System.out.println(dataMap);
                            } else if (row.getEventType() == CanalEntry.EventType.DELETE) {
                                List<CanalEntry.Column> beforeColumnsList = rowdata.getBeforeColumnsList();
                                for (CanalEntry.Column column : beforeColumnsList) {
                                    if ("id".equals(column.getName())) {
                                        //具体业务操作
                                        System.out.println("删除的id:" + column.getValue());
                                    }
                                }
                            } else {
                                System.out.println("其他操作类型不做处理");
                            }

                        }

                    } catch (InvalidProtocolBufferException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //确认消息
                connector.ack(batchId);
            }


        }
    }

    public static Map<String, Object> transforListToMap(List<CanalEntry.Column> afterColumnsList) {
        Map map = new HashMap();
        if (afterColumnsList != null && afterColumnsList.size() > 0) {
            for (CanalEntry.Column column : afterColumnsList) {
                map.put(column.getName(), column.getValue());
            }
        }
        return map;
    }


}

  

2)、基于BulkLoad的数据同步,比如从hive同步数据到hbase

 

我们有两种方式可以实现,

A、 使用spark任务,通过HQl读取数据,然后再通过hbase的Api插入到hbase中。

但是这种做法,效率很低,而且大批量的数据同时插入Hbase,对Hbase的性能影响很大。

在大数据量的情况下,使用BulkLoad可以快速导入,BulkLoad主要是借用了hbase的存储设计思想,因为hbase本质是存储在hdfs上的一个文件夹,然后底层是以一个个的Hfile存在的。HFile的形式存在。Hfile的路径格式一般是这样的:

/hbase/data/default(默认是这个,如果hbase的表没有指定命名空间的话,如果指定了,这个就是命名空间的名字)/<tbl_name>/<region_id>/<cf>/<hfile_id>

B、 BulkLoad实现的原理就是按照HFile格式存储数据到HDFS上,生成Hfile可以使用hadoop的MapReduce来实现。如果不是hive中的数据,比如外部的数据,那么我们可以将外部的数据生成文件,然后上传到hdfs中,组装RowKey,然后将封装后的数据在回写到HDFS上,以HFile的形式存储到HDFS指定的目录中。

 

 

当然我们也可以不事先生成hfile,可以使用spark任务直接从hive中读取数据转换成RDD,然后使用HbaseContext的自动生成Hfile文件,部分关键代码如下:

…
//将DataFrame转换bulkload需要的RDD格式
    val rddnew = datahiveDF.rdd.map(row => {
      val rowKey = row.getAs[String](rowKeyField)
 
      fields.map(field => {
        val fieldValue = row.getAs[String](field)
        (Bytes.toBytes(rowKey), Array((Bytes.toBytes("info"), Bytes.toBytes(field), Bytes.toBytes(fieldValue))))
      })
    }).flatMap(array => {
      (array)
    })
…
//使用HBaseContext的bulkload生成HFile文件
    hbaseContext.bulkLoad[Put](rddnew.map(record => {
      val put = new Put(record._1)
      record._2.foreach((putValue) => put.addColumn(putValue._1, putValue._2, putValue._3))
      put
    }), TableName.valueOf(hBaseTempTable), (t : Put) => putForLoad(t), "/tmp/bulkload")
 
    val conn = ConnectionFactory.createConnection(hBaseConf)
    val hbTableName = TableName.valueOf(hBaseTempTable.getBytes())
    val regionLocator = new HRegionLocator(hbTableName, classOf[ClusterConnection].cast(conn))
    val realTable = conn.getTable(hbTableName)
    HFileOutputFormat2.configureIncrementalLoad(Job.getInstance(), realTable, regionLocator)
 
    // bulk load start
    val loader = new LoadIncrementalHFiles(hBaseConf)
    val admin = conn.getAdmin()
    loader.doBulkLoad(new Path("/tmp/bulkload"),admin,realTable,regionLocator)
 
    sc.stop()
  }
…
  def putForLoad(put: Put): Iterator[(KeyFamilyQualifier, Array[Byte])] = {
    val ret: mutable.MutableList[(KeyFamilyQualifier, Array[Byte])] = mutable.MutableList()
    import scala.collection.JavaConversions._
    for (cells <- put.getFamilyCellMap.entrySet().iterator()) {
      val family = cells.getKey
      for (value <- cells.getValue) {
        val kfq = new KeyFamilyQualifier(CellUtil.cloneRow(value), family, CellUtil.cloneQualifier(value))
        ret.+=((kfq, CellUtil.cloneValue(value)))
      }
    }
    ret.iterator
  }
}

…

  

C、pg_bulkload的使用

这是一个支持pg库(PostgreSQL)批量导入的插件工具,它的思想也是通过外部文件加载的方式,这个工具笔者没有亲自去用过,详细的介绍可以参考:https://my.oschina.net/u/3317105/blog/852785   pg_bulkload项目的地址:http://pgfoundry.org/projects/pgbulkload/

3)、基于sqoop的全量导入

Sqoop 是hadoop生态中的一个工具,专门用于外部数据导入进入到hdfs中,外部数据导出时,支持很多常见的关系型数据库,也是在大数据中常用的一个数据导出导入的交换工具。

 

 

Sqoop从外部导入数据的流程图如下:

Sqoop将hdfs中的数据导出的流程如下:

本质都是用了大数据的数据分布式处理来快速的导入和导出数据。

 

4)、HBase中建表,然后Hive中建一个外部表,这样当Hive中写入数据后,HBase中也会同时更新,但是需要注意

A、hbase中的空cell在hive中会补null

B、hive和hbase中不匹配的字段会补null

我们可以在hbase的shell 交互模式下,创建一张hbse表

create 'bokeyuan','zhangyongqing'

使用这个命令,我们可以创建一张叫bokeyuan的表,并且里面有一个列族zhangyongqing,hbase创建表时,可以不用指定字段,但是需要指定表名以及列族

我们可以使用的hbase的put命令插入一些数据

put 'bokeyuan','001','zhangyongqing:name','robot'

put 'bokeyuan','001','zhangyongqing:age','20'

put 'bokeyuan','002','zhangyongqing:name','spring'

put 'bokeyuan','002','zhangyongqing:age','18'

可以通过hbase的scan 全表扫描的方式查看我们插入的数据

scan ' bokeyuan'

我们继续创建一张hive外部表

create external table bokeyuan (id int, name string, age int) 

STORED BY 'org.apache.hadoop.hive.hbase.HBaseStorageHandler' 

WITH SERDEPROPERTIES ("hbase.columns.mapping" = ":key,user:name,user:age") 

TBLPROPERTIES("hbase.table.name" = " bokeyuan");

外部表创建好了后,我们可以使用HQL语句来查询hive中的数据了

select * from classes;

OK

1 robot 20

2 spring 18

5)、Debezium+bireme:Debezium for PostgreSQL to Kafka  Debezium也是一个通过监控数据库的日志变化,通过对行级日志的处理来达到数据同步,而且Debezium 可以通过把数据放入到kafka,这样就可以通过消费kafka的数据来达到数据同步的目的。而且还可以给多个地方进行消费使用。

 

Debezium是一个开源项目,为捕获数据更改(change data capture,CDC)提供了一个低延迟的流式处理平台。你可以安装并且配置Debezium去监控你的数据库,然后你的应用就可以消费对数据库的每一个行级别(row-level)的更改。只有已提交的更改才是可见的,所以你的应用不用担心事务(transaction)或者更改被回滚(roll back)。Debezium为所有的数据库更改事件提供了一个统一的模型,所以你的应用不用担心每一种数据库管理系统的错综复杂性。另外,由于Debezium用持久化的、有副本备份的日志来记录数据库数据变化的历史,因此,你的应用可以随时停止再重启,而不会错过它停止运行时发生的事件,保证了所有的事件都能被正确地、完全地处理掉。

 

 

 

 

该项目的GitHub地址为:https://github.com/debezium/debezium   这是一个开源的项目。

 

 

 

 

  本来监控数据库,并且在数据变动的时候获得通知其实一直是一件很复杂的事情。关系型数据库的触发器可以做到,但是只对特定的数据库有效,而且通常只能更新数据库内的状态(无法和外部的进程通信)。一些数据库提供了监控数据变动的API或者框架,但是没有一个标准,每种数据库的实现方式都是不同的,并且需要大量特定的知识和理解特定的代码才能运用。确保以相同的顺序查看和处理所有更改,同时最小化影响数据库仍然非常具有挑战性。

 

       Debezium正好提供了模块为你做这些复杂的工作。一些模块是通用的,并且能够适用多种数据库管理系统,但在功能和性能方面仍有一些限制。另一些模块是为特定的数据库管理系统定制的,所以他们通常可以更多地利用数据库系统本身的特性来提供更多功能,Debezium提供了对MongoDB,mysql,pg,sqlserver的支持。

Debezium是一个捕获数据更改(CDC)平台,并且利用Kafka和Kafka Connect实现了自己的持久性、可靠性和容错性。每一个部署在Kafka Connect分布式的、可扩展的、容错性的服务中的connector监控一个上游数据库服务器,捕获所有的数据库更改,然后记录到一个或者多个Kafka topic(通常一个数据库表对应一个kafka topic)。Kafka确保所有这些数据更改事件都能够多副本并且总体上有序(Kafka只能保证一个topic的单个分区内有序),这样,更多的客户端可以独立消费同样的数据更改事件而对上游数据库系统造成的影响降到很小(如果N个应用都直接去监控数据库更改,对数据库的压力为N,而用debezium汇报数据库更改事件到kafka,所有的应用都去消费kafka中的消息,可以把对数据库的压力降到1)。另外,客户端可以随时停止消费,然后重启,从上次停止消费的地方接着消费。每个客户端可以自行决定他们是否需要exactly-once或者at-least-once消息交付语义保证,并且所有的数据库或者表的更改事件是按照上游数据库发生的顺序被交付的。

       对于不需要或者不想要这种容错级别、性能、可扩展性、可靠性的应用,他们可以使用内嵌的Debezium connector引擎来直接在应用内部运行connector。这种应用仍需要消费数据库更改事件,但更希望connector直接传递给它,而不是持久化到Kafka里。

更详细的介绍可以参考:https://www.jianshu.com/p/f86219b1ab98

 

bireme 的github 地址  https://github.com/HashDataInc/bireme

bireme 的介绍:https://github.com/HashDataInc/bireme/blob/master/README_zh-cn.md

另外Maxwell也是可以实现MySQL到Kafka的消息中间件,消息格式采用Json:

Download:
https://github.com/zendesk/maxwell/releases/download/v1.22.5/maxwell-1.22.5.tar.gz 
Source:
https://github.com/zendesk/maxwell 

 

6)、datax

datax 是阿里开源的etl 工具,实现包括 MySQL、Oracle、SqlServer、Postgre、HDFS、Hive、ADS、HBase、TableStore(OTS)、MaxCompute(ODPS)、DRDS 等各种异构数据源之间高效的数据同步功能,采用java+python进行开发,核心是java语言实现。

github地址:https://github.com/alibaba/DataX    

A、设计架构:

 

数据交换通过DataX进行中转,任何数据源只要和DataX连接上即可以和已实现的任意数据源同步

B、框架

 

 

 

 

核心模块介绍:

  1. DataX完成单个数据同步的作业,我们称之为Job,DataX接受到一个Job之后,将启动一个进程来完成整个作业同步过程。DataX Job模块是单个作业的中枢管理节点,承担了数据清理、子任务切分(将单一作业计算转化为多个子Task)、TaskGroup管理等功能。
  2. DataXJob启动后,会根据不同的源端切分策略,将Job切分成多个小的Task(子任务),以便于并发执行。Task便是DataX作业的最小单元,每一个Task都会负责一部分数据的同步工作。
  3. 切分多个Task之后,DataX Job会调用Scheduler模块,根据配置的并发数据量,将拆分成的Task重新组合,组装成TaskGroup(任务组)。每一个TaskGroup负责以一定的并发运行完毕分配好的所有Task,默认单个任务组的并发数量为5。
  4. 每一个Task都由TaskGroup负责启动,Task启动后,会固定启动Reader—>Channel—>Writer的线程来完成任务同步工作。
  5.  

    DataX作业运行起来之后, Job监控并等待多个TaskGroup模块任务完成,等待所有TaskGroup任务完成后Job成功退出。否则,异常退出,进程退出值非0

DataX调度流程:

举例来说,用户提交了一个DataX作业,并且配置了20个并发,目的是将一个100张分表的mysql数据同步到odps里面。 DataX的调度决策思路是:

  1. DataXJob根据分库分表切分成了100个Task。
  2. 根据20个并发,DataX计算共需要分配4个TaskGroup。
  3. 4个TaskGroup平分切分好的100个Task,每一个TaskGroup负责以5个并发共计运行25个Task。

 

优势:

  • 每种插件都有自己的数据转换策略,放置数据失真;
  • 提供作业全链路的流量以及数据量运行时监控,包括作业本身状态、数据流量、数据速度、执行进度等。
  • 由于各种原因导致传输报错的脏数据,DataX可以实现精确的过滤、识别、采集、展示,为用户提过多种脏数据处理模式;
  • 精确的速度控制
  • 健壮的容错机制,包括线程内部重试、线程级别重试;

 

从插件视角看框架

  • Job:是DataX用来描述从一个源头到目的的同步作业,是DataX数据同步的最小业务单元;
  • Task:为最大化而把Job拆分得到最小的执行单元,进行并发执行;
  • TaskGroup:一组Task集合,在同一个TaskGroupContainer执行下的Task集合称为TaskGroup;
  • JobContainer:Job执行器,负责Job全局拆分、调度、前置语句和后置语句等工作的工作单元。类似Yarn中的JobTracker;
  • TaskGroupContainer:TaskGroup执行器,负责执行一组Task的工作单元,类似Yarn中的TAskTacker。

    总之,Job拆分为Task,分别在框架提供的容器中执行,插件只需要实现Job和Task两部分逻辑。

    物理执行有三种运行模式:

  • Standalone:单进程运行,没有外部依赖;
  • Local:单进程运行,统计信息,错误信息汇报到集中存储;
  • Distrubuted:分布式多线程运行,依赖DataX Service服务;

    总体来说,当JobContainer和TaskGroupContainer运行在同一个进程内的时候就是单机模式,在不同进程执行就是分布式模式。

如果需要开发插件,可以看zhege这个插件开发指南:   https://github.com/alibaba/DataX/blob/master/dataxPluginDev.md 

数据源支持情况:

类型数据源Reader(读)Writer(写)文档
RDBMS 关系型数据库 MySQL  、
            Oracle         √         √      、
  SQLServer  、
  PostgreSQL  、
  DRDS  、
  通用RDBMS(支持所有关系型数据库)  、
阿里云数仓数据存储 ODPS  、
  ADS  
  OSS  、
  OCS  、
NoSQL数据存储 OTS  、
  Hbase0.94  、
  Hbase1.1  、
  Phoenix4.x  、
  Phoenix5.x  、
  MongoDB  、
  Hive  、
无结构化数据存储 TxtFile  、
  FTP  、
  HDFS  、
  Elasticsearch  
时间序列数据库 OpenTSDB  
  TSDB  
posted @ 2019-08-15 17:12 张永清 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏
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