Flink CDC

一 CDC简介

1.1 CDC定义

CDC 的全称是 Change Data Capture ，在广义的概念上，只要是能捕获数据变更的技术，我们都可以称之为 CDC 。目前通常描述的 CDC 技术主要面向数据库的变更，是一种用于捕获数据库中数据变更的技术。

1.2 CDC应用场景

• **数据同步：**用于备份，容灾；

• **数据分发：**一个数据源分发给多个下游系统；

• **数据采集：**面向数据仓库 / 数据湖的 ETL 数据集成，是非常重要的数据源。

1.3 CDC实现机制

• 基于查询的 CDC机制：

  • 离线调度查询作业，批处理。把一张表同步到其他系统，每次通过查询去获取表中最新的数据；
  • 无法保障数据一致性，查的过程中有可能数据已经发生了多次变更；
  • 不保障实时性，基于离线调度存在天然的延迟。

• 基于日志的 CDC机制：

  • 实时消费日志，流处理，例如 MySQL 的 binlog 日志完整记录了数据库中的变更，可以把 binlog 文件当作流的数据源；
  • 保障数据一致性，因为 binlog 文件包含了所有历史变更明细；
  • 保障实时性，因为类似 binlog 的日志文件是可以流式消费的，提供的是实时数据。

1.4 开源CDC工具对比

从上图可知：

• 基于日志的CDC机制，除Canal都可以很好的做到增量同步。

• 基于查询的CDC机制，增量和断点几乎都不支持，除Sqoop支持增量方式。

• 从全量同步维度看，除Canal不支持全量同步，其它的CDC都支持。

• 从全量+增量角度看，基于日志方式的CDC都是支持的。

• 从架构角度去看，该表将架构分为单机和分布式，这里的分布式架构不单纯体现在数据读取能力的水平扩展上，更重要的是在大数据场景下分布式系统接入能力。例如 Flink CDC 的数据入湖或者入仓的时候，下游通常是分布式的系统，如 Hive、HDFS、Iceberg、Hudi 等，那么从对接入分布式系统能力上看，Flink CDC 的架构能够很好地接入此类系统。

• 在数据转换 / 数据清洗能力上，当数据进入到 CDC 工具的时候是否能较方便的对数据做一些过滤或者清洗，甚至聚合？

  • 在 Flink CDC 上操作相当简单，可以通过 Flink SQL 去操作这些数据；
  • 像 DataX、Debezium 等则需要通过脚本或者模板去做，所以用户的使用门槛会比较高。

• 在生态方面，这里指的是下游的一些数据库或者数据源的支持。Flink CDC 下游有丰富的 Connector，例如写入到 TiDB、MySQL、Pg、HBase、Kafka、ClickHouse 等常见的一些系统，也支持各种自定义 connector。

二 Flink CDC简介

2.1 Flink CDC介绍

Flink CDC本质是一组数据源连接器，使用更改数据捕获(CDC)从不同的数据库中摄取更改。Apache Flink®的CDC连接器集成了Debezium作为捕获数据更改的引擎，所以它可以充分利用Debezium的能力。

2.2 Flink CDC Connector(连接器)

Connector	Database	Driver
mongodb-cdc	MongoDB: 3.6, 4.x, 5.0	MongoDB Driver: 4.3.1
mysql-cdc	MySQL: 5.6, 5.7, 8.0.xRDS MySQL: 5.6, 5.7, 8.0.xPolarDB MySQL: 5.6, 5.7, 8.0.xAurora MySQL: 5.6, 5.7, 8.0.xMariaDB: 10.xPolarDB X: 2.0.1	JDBC Driver: 8.0.27
oceanbase-cdc	OceanBase CE: 3.1.xOceanBase EE (MySQL mode): 2.x, 3.x	JDBC Driver: 5.1.4x
oracle-cdc	Oracle: 11, 12, 19	Oracle Driver: 19.3.0.0
postgres-cdc	PostgreSQL: 9.6, 10, 11, 12	JDBC Driver: 42.2.12
sqlserver-cdc	Sqlserver: 2012, 2014, 2016, 2017, 2019	JDBC Driver: 7.2.2.jre8
tidb-cdc	TiDB: 5.1.x, 5.2.x, 5.3.x, 5.4.x, 6.0.0	JDBC Driver: 8.0.27
db2-cdc	Db2: 11.5	DB2 Driver: 11.5.0.0

2.3 Flink CDC && Flink版本

Flink®CDC Connectors与Flink®的版本配套关系如下表所示:

Flink® CDC Version	Flink® Version
1.0.0	1.11.*
1.1.0	1.11.*
1.2.0	1.12.*
1.3.0	1.12.*
1.4.0	1.13.*
2.0.*	1.13.*
2.1.*	1.13.*
2.2.*	1.13., 1.14.
2.3.*	1.13., 1.14., 1.15.*, 1.16.0

2.4 Flink CDC特点

• 支持读取数据库快照，即使发生故障，也可以只读取一次binlog。

• CDC连接器用于DataStream API，用户可以在一个作业中对多个数据库和表进行更改，而无需部署Debezium和Kafka。

• 用于表/SQL API的CDC连接器，用户可以使用SQL DDL创建CDC源来监视单个表上的更改。

三 Flink CDC发展

3.1 发展历程

• 2020 年 7 月由云邪提交了第一个 commit，这是基于个人兴趣孵化的项目；

• 2020 年 7 中旬支持了 MySQL-CDC；

• 2020 年 7 月末支持了 Postgres-CDC；

• 2021年2月27，release-1.2.0发布，支持Flink version to 1.12.1，同时支持Debezium version to 1.4.1.Final版本。

• 2021年5月12，release-1.4.0发布，支持Flink version to 1.13.0。

• 2021年8月11，release-2.0.0发布，支持Flink version to 1.13.1，支持MySQL-CDC 2.0，提供并行读取，无锁和检查点功能。

• 2021年11月15，release-2.1.0发布，新增MongoDB-CDC和Oracle-CDC，同时吸引一大堆贡献者。

• 2022年3月27，release-2.2.0发布，兼容Flink version to 1.14，同时新增TiDB-CDC，SQL-Server CDC，oceanbase CDC等。

• 2022年11月10，release-2.3.0发布，当前最新稳定版本。

3.2 背景

Dynamic Table & ChangeLog Stream

大家都知道 Flink 有两个基础概念：Dynamic Table 和 Changelog Stream。

• Dynamic Table 就是 Flink SQL 定义的动态表，动态表和流的概念是对等的。参照上图，流可以转换成动态表，动态表也可以转换成流。
• 在 Flink SQL中，数据在从一个算子流向另外一个算子时都是以 Changelog Stream 的形式，任意时刻的 Changelog Stream 可以翻译为一个表，也可以翻译为一个流。

联想下 MySQL 中的表和 binlog 日志，就会发现：MySQL 数据库的一张表所有的变更都记录在 binlog 日志中，如果一直对表进行更新，binlog 日志流也一直会追加，数据库中的表就相当于 binlog 日志流在某个时刻点物化的结果；日志流就是将表的变更数据持续捕获的结果。这说明 Flink SQL 的 Dynamic Table 是可以非常自然地表示一张不断变化的 MySQL 数据库表。

在此基础上，我们调研了一些 CDC 技术，最终选择了 Debezium 作为 Flink CDC 的底层采集工具。Debezium 支持全量同步，也支持增量同步，也支持全量 + 增量的同步，非常灵活，同时基于日志的 CDC 技术使得提供 Exactly-Once 成为可能。

将 Flink SQL 的内部数据结构 RowData 和 Debezium 的数据结构进行对比，可以发现两者是非常相似的。

• 每条 RowData 都有一个元数据 RowKind，包括 4 种类型， 分别是插入 (INSERT)、更新前镜像 (UPDATE_BEFORE)、更新后镜像 (UPDATE_AFTER)、删除 (DELETE)，这四种类型和数据库里面的 binlog 概念保持一致。
• 而 Debezium 的数据结构，也有一个类似的元数据 op 字段， op 字段的取值也有四种，分别是 c、u、d、r，各自对应 create、update、delete、read。对于代表更新操作的 u，其数据部分同时包含了前镜像 (before) 和后镜像 (after)。

通过分析两种数据结构，Flink 和 Debezium 两者的底层数据是可以非常方便地对接起来的，大家可以发现 Flink 做 CDC 从技术上是非常合适的。

3.3 传统 CDC ETL 分析

我们来看下传统 CDC 的 ETL 分析链路，如下图所示：

传统的基于 CDC 的 ETL 分析中，数据采集工具是必须的，国外用户常用 Debezium，国内用户常用阿里开源的 Canal，采集工具负责采集数据库的增量数据，一些采集工具也支持同步全量数据。采集到的数据一般输出到消息中间件如 Kafka，然后 Flink 计算引擎再去消费这一部分数据写入到目的端，目的端可以是各种 DB，数据湖，实时数仓和离线数仓。

注意

• Flink 提供了 changelog-json format，可以将 changelog 数据写入离线数仓如 Hive / HDFS；对于实时数仓，Flink 支持将 changelog 通过 upsert-kafka connector 直接写入 Kafka。
• 实时通常讲究效率，缩短链路通常是效率提升的一种方式，于是将上图中虚线框中的内容合二为一，则变成了Flink CDC的最佳实现。

3.4 基于 Flink CDC 的 ETL 分析

在使用了 Flink CDC 之后，除了组件更少，维护更方便外，另一个优势是通过 Flink SQL 极大地降低了用户使用门槛，可以看下面的例子：

该例子是通过 Flink CDC 去同步数据库数据并写入到 TiDB，用户直接使用 Flink SQL 创建了产品和订单的 MySQL-CDC 表，然后对数据流进行 JOIN 加工，加工后直接写入到下游数据库。通过一个 Flink SQL 作业就完成了 CDC 的数据分析，加工和同步。

大家会发现这是一个纯 SQL 作业，这意味着只要会 SQL 的 BI，业务线同学都可以完成此类工作。与此同时，用户也可以利用 Flink SQL 提供的丰富语法进行数据清洗、分析、聚合。

此外，利用 Flink SQL 双流 JOIN、维表 JOIN、UDTF 语法可以非常容易地完成数据打宽，以及各种业务逻辑加工。

Flink CDC 1.x痛点

• 全量 + 增量读取的过程需要保证所有数据的一致性：因此需要通过加锁保证，但是加锁在数据库层面上是一个十分高危的操作。底层 Debezium 在保证数据一致性时，需要对读取的库或表加锁，全局锁可能导致数据库锁住，表级锁会锁住表的读，DBA 一般不给锁权限。

  Flink CDC 1.x 可以不加锁，能够满足大部分场景，但牺牲了一定的数据准确性。Flink CDC 1.x 默认加全局锁，虽然能保证数据一致性，加锁的时间不确定，但存在上述 hang 住数据的风险。

• 不支持水平扩展：因为 Flink CDC 底层是基于 Debezium，起架构是单节点，所以Flink CDC 只支持单并发。在全量阶段读取阶段，如果表非常大 (亿级别)，读取时间在小时甚至天级别，用户不能通过增加资源去提升作业速度。

• 全量读取阶段不支持 checkpoint：CDC 读取分为两个阶段，全量读取和增量读取，目前全量读取阶段是不支持 checkpoint 的，因此会存在一个问题：当我们同步全量数据时，假设需要 5 个小时，当我们同步了 4 小时的时候作业失败，这时候就需要重新开始，再读取 5 个小时。

Flink CDC 2.0设计

2.0 的设计方案，核心要解决上述的三个问题，即支持无锁、水平扩展和Checkpoint。

这篇论文里描述的无锁算法如下图所示：

左边是 Chunk 的切分算法描述，Chunk 的切分算法其实和很多数据库的分库分表原理类似，通过表的主键对表中的数据进行分片。假设每个 Chunk 的步长为 10，按照这个规则进行切分，只需要把这些 Chunk 的区间做成左开右闭或者左闭右开的区间，保证衔接后的区间能够等于表的主键区间即可。

右边是每个 Chunk 的无锁读算法描述，该算法的核心思想是在划分了 Chunk 后，对于每个 Chunk 的全量读取和增量读取，在不用锁的条件下完成一致性的合并。Chunk 的切分如下图所示：

因为每个 chunk 只负责自己主键范围内的数据，不难推导，只要能够保证每个 Chunk 读取的一致性，就能保证整张表读取的一致性，这便是无锁算法的基本原理。

Flink CDC未来规划

关于 CDC 项目的未来规划，我们希望围绕稳定性，进阶 feature 和生态集成三个方面展开。

• 稳定性

  • 通过社区的方式吸引更多的开发者，公司的开源力量提升 Flink CDC 的成熟度；
  • 支持 Lazy Assigning。Lazy Assigning 的思路是将 chunk 先划分一批，而不是一次性进行全部划分。当前 Source Reader 对数据读取进行分片是一次性全部划分好所有 chunk，例如有 1 万个 chunk，可以先划分 1 千个 chunk，而不是一次性全部划分，在 SourceReader 读取完 1 千 chunk 后再继续划分，节约划分 chunk 的时间。

• 进阶 Feature

  • 支持 Schema Evolution。这个场景是：当同步数据库的过程中，突然在表中添加了一个字段，并且希望后续同步下游系统的时候能够自动加入这个字段；
  • 支持 Watermark Pushdown 通过 CDC 的 binlog 获取到一些心跳信息，这些心跳的信息可以作为一个 Watermark，通过这个心跳信息可以知道到这个流当前消费的一些进度；
  • 支持 META 数据，分库分表的场景下，有可能需要元数据知道这条数据来源哪个库哪个表，在下游系统入湖入仓可以有更多的灵活操作；
  • 整库同步：用户要同步整个数据库只需一行 SQL 语法即可完成，而不用每张表定义一个 DDL 和 query。

• 生态集成

  • 集成更多上游数据库，如 Oracle，MS SqlServer。Cloudera 目前正在积极贡献 oracle-cdc connector；
  • 在入湖层面，Hudi 和 Iceberg 写入上有一定的优化空间，例如在高 QPS 入湖的时候，数据分布有比较大的性能影响，这一点可以通过与生态打通和集成继续优化。

四 Table & SQL API应用

使用提供的连接器设置Flink集群需要几个步骤。

1. 使用1.12+版本和Java 8+安装Flink集群。
2. 从下载页面下载连接器SQL jar(或者自己构建)。
3. 将下载的jar放在FLINK_HOME/lib/目录下。
4. 重新启动Flink集群。

这个例子展示了如何在Flink SQL Client中创建MySQL CDC源并对其执行查询。

-- creates a mysql cdc table source
CREATE TABLE mysql_binlog (id INT NOT NULL,name STRING,description STRING,weight DECIMAL(10,3),PRIMARY KEY(id) NOT ENFORCED
) WITH ('connector' = 'mysql-cdc','hostname' = 'localhost','port' = '3306','username' = 'flinkuser','password' = 'flinkpw','database-name' = 'inventory','table-name' = 'products'
);-- read snapshot and binlog data from mysql, and do some transformation, and show on the client
SELECT id, UPPER(name), description, weight FROM mysql_binlog;

五 DataStream API应用

包括以下Maven依赖项(可通过Maven Central获得):

<dependency><groupId>com.ververica</groupId><!-- add the dependency matching your database --><artifactId>flink-connector-mysql-cdc</artifactId><!-- The dependency is available only for stable releases, SNAPSHOT dependency need build by yourself. --><version>2.4-SNAPSHOT</version>
</dependency>

import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import com.ververica.cdc.debezium.JsonDebeziumDeserializationSchema;
import com.ververica.cdc.connectors.mysql.source.MySqlSource;public class MySqlBinlogSourceExample {public static void main(String[] args) throws Exception {MySqlSource<String> mySqlSource = MySqlSource.<String>builder().hostname("yourHostname").port(yourPort).databaseList("yourDatabaseName") // set captured database.tableList("yourDatabaseName.yourTableName") // set captured table.username("yourUsername").password("yourPassword").deserializer(new JsonDebeziumDeserializationSchema()) // converts SourceRecord to JSON String.build();StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();// enable checkpointenv.enableCheckpointing(3000);env.fromSource(mySqlSource, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "MySQL Source")// set 4 parallel source tasks.setParallelism(4).print().setParallelism(1); // use parallelism 1 for sink to keep message orderingenv.execute("Print MySQL Snapshot + Binlog");}
}

六 Flink CDC Connector

• 基于 Flink CDC 构建 MySQL 和 Postgres 的 Streaming ETL

• 演示: MongoDB CDC 导入 Elasticsearch

• 演示: OceanBase CDC 导入 Elasticsearch

• 演示: Oracle CDC 导入 Elasticsearch

• 演示: PolarDB-X CDC 导入 Elasticsearch

• 演示: SqlServer CDC 导入 Elasticsearch

• 演示: TiDB CDC 导入 Elasticsearch

• 基于 Flink CDC 同步 MySQL 分库分表构建实时数据湖

6.1 MySQL CDC 连接器

MySQL CDC 连接器允许从 MySQL 数据库读取快照数据和增量数据。如下描述了如何设置 MySQL CDC 连接器来对 MySQL 数据库运行 SQL 查询。

支持的数据库

Connector	Database	Driver
mysql-cdc	MySQL: 5.6, 5.7, 8.0.xRDS MySQL: 5.6, 5.7, 8.0.xPolarDB MySQL: 5.6, 5.7, 8.0.xAurora MySQL: 5.6, 5.7, 8.0.xMariaDB: 10.xPolarDB X: 2.0.1	JDBC Driver: 8.0.21

为了设置 MySQL CDC 连接器，下表提供了使用构建自动化工具（如 Maven 或 SBT ）和带有 SQL JAR 包的 SQL 客户端的两个项目的依赖关系信息。

Maven dependency

<dependency><groupId>com.ververica</groupId><artifactId>flink-connector-mysql-cdc</artifactId><!-- 请使用已发布的版本依赖，snapshot版本的依赖需要本地自行编译。 --><version>2.2.1</version>
</dependency>

SQL Client JAR

下载链接仅在已发布版本可用，请在文档网站左下角选择浏览已发布的版本。

下载 flink-sql-connector-mysql-cdc-2.2.1.jar 到 <FLINK_HOME>/lib/ 目录下。

注意:

flink-sql-connector-mysql-cdc-XXX-SNAPSHOT 版本是开发分支release-XXX对应的快照版本，快照版本用户需要下载源代码并编译相应的 jar。用户应使用已经发布的版本，例如 flink-sql-connector-mysql-cdc-2.2.1.jar 当前已发布的所有版本都可以在 Maven 中央仓库获取。

为每个 Reader 设置不同的 Server id

每个用于读取 binlog 的 MySQL 数据库客户端都应该有一个唯一的 id，称为 Server id。 MySQL 服务器将使用此 id 来维护网络连接和 binlog 位置。 因此，如果不同的作业共享相同的 Server id， 则可能导致从错误的 binlog 位置读取数据。 因此，建议通过为每个 Reader 设置不同的 Server id SQL Hints, 假设 Source 并行度为 4, 我们可以使用 SELECT * FROM source_table /*+ OPTIONS('server-id'='5401-5404') */ ; 来为 4 个 Source readers 中的每一个分配唯一的 Server id。

设置 MySQL 会话超时时间

当为大型数据库创建初始一致快照时，你建立的连接可能会在读取表时碰到超时问题。你可以通过在 MySQL 侧配置 interactive_timeout 和 wait_timeout 来缓解此类问题。

• interactive_timeout: 服务器在关闭交互连接之前等待活动的秒数。 更多信息请参考 MySQL documentations.
• wait_timeout: 服务器在关闭非交互连接之前等待活动的秒数。 更多信息请参考 MySQL documentations.

6.2 如何创建 MySQL CDC 表

#	启动flink集群
start-cluster.sh
# 启动flink sql客户端
sql-client.sh

MySQL中表结构定义：

CREATE TABLE `orders` (`order_id` int NOT NULL,`order_date` datetime DEFAULT NULL,`customer_name` varchar(255) DEFAULT NULL,`price` decimal(10,5) DEFAULT NULL,`product_id` int DEFAULT NULL,`order_status` tinyint(1) DEFAULT NULL,PRIMARY KEY (`order_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

MySQL CDC 表可以定义如下：

-- 每 3 秒做一次 checkpoint，用于测试，生产配置建议5到10分钟                      
Flink SQL> SET 'execution.checkpointing.interval' = '3s';   
-- 在 Flink SQL中注册 MySQL 表 'orders'
Flink SQL> CREATE TABLE orders (order_id INT,order_date TIMESTAMP(0),customer_name STRING,price DECIMAL(10, 5),product_id INT,order_status BOOLEAN,PRIMARY KEY(order_id) NOT ENFORCED) WITH ('connector' = 'mysql-cdc','hostname' = 'qianfeng01','port' = '3306','username' = 'root','password' = '123456','database-name' = 'mydb','table-name' = 'orders');-- 从订单表读取全量数据(快照)和增量数据(binlog)
Flink SQL> SELECT * FROM orders;

6.3 支持的元数据

下表中的元数据可以在 DDL 中作为只读（虚拟）meta 列声明。

Key	DataType	Description
table_name	STRING NOT NULL	当前记录所属的表名称。
database_name	STRING NOT NULL	当前记录所属的库名称。
op_ts	TIMESTAMP_LTZ(3) NOT NULL	当前记录表在数据库中更新的时间。 如果从表的快照而不是 binlog 读取记录，该值将始终为0。

下述创建表示例展示元数据列的用法：

-- 在 Flink SQL中注册 MySQL 表 'products'
Flink SQL> CREATE TABLE products (db_name STRING METADATA FROM 'database_name' VIRTUAL,table_name STRING METADATA  FROM 'table_name' VIRTUAL,operation_ts TIMESTAMP_LTZ(3) METADATA FROM 'op_ts' VIRTUAL,order_id INT,order_date TIMESTAMP(0),customer_name STRING,price DECIMAL(10, 5),product_id INT,order_status BOOLEAN,PRIMARY KEY(order_id) NOT ENFORCED
) WITH ('connector' = 'mysql-cdc','hostname' = 'localhost','port' = '3306','username' = 'root','password' = '123456','database-name' = 'mydb','table-name' = 'orders'
);-- 订单状态实时分布
Flink SQL> select order_status,count(order_id) from products group by order_status;

6.4 动态加表

扫描新添加的表功能使你可以添加新表到正在运行的作业中，新添加的表将首先读取其快照数据，然后自动读取其变更日志。

想象一下这个场景：一开始， Flink 作业监控表 [product, user, address], 但几天后，我们希望这个作业还可以监控表 [order, custom]，这些表包含历史数据，我们需要作业仍然可以复用作业的已有状态，动态加表功能可以优雅地解决此问题。

以下操作显示了如何启用此功能来解决上述场景。 使用现有的 Flink CDC Source 作业，如下：

    MySqlSource<String> mySqlSource = MySqlSource.<String>builder().hostname("yourHostname").port(yourPort).scanNewlyAddedTableEnabled(true) // 启用扫描新添加的表功能.databaseList("db") // 设置捕获的数据库.tableList("db.product, db.user, db.address") // 设置捕获的表 [product, user, address].username("yourUsername").password("yourPassword").deserializer(new JsonDebeziumDeserializationSchema()) // 将 SourceRecord 转换为 JSON 字符串.build();// 你的业务代码

如果我们想添加新表 [order, custom] 对于现有的 Flink 作业，只需更新 tableList() 将新增表 [order, custom] 加入并从已有的 savepoint 恢复作业。

Step 1: 使用 savepoint 停止现有的 Flink 作业。

$ ./bin/flink stop $Existing_Flink_JOB_ID
Suspending job "cca7bc1061d61cf15238e92312c2fc20" with a savepoint.
Savepoint completed. Path: file:/tmp/flink-savepoints/savepoint-cca7bc-bb1e257f0dab

Step 2: 更新现有 Flink 作业的表列表选项。

1. 更新 tableList() 参数.
2. 编译更新后的作业，示例如下：

    MySqlSource<String> mySqlSource = MySqlSource.<String>builder().hostname("yourHostname").port(yourPort).scanNewlyAddedTableEnabled(true) .databaseList("db") .tableList("db.product, db.user, db.address, db.order, db.custom") // 设置捕获的表 [product, user, address ,order, custom].username("yourUsername").password("yourPassword").deserializer(new JsonDebeziumDeserializationSchema()) // 将 SourceRecord 转换为 JSON 字符串.build();// 你的业务代码

Step 3: 从 savepoint 还原更新后的 Flink 作业。

$ ./bin/flink run \--detached \ --fromSavepoint /tmp/flink-savepoints/savepoint-cca7bc-bb1e257f0dab \./FlinkCDCExample.jar

七 Flink CDC案例一

7.1 基于 Flink CDC 构建 MySQL 和 Postgres 的 Streaming ETL

这篇教程将展示如何基于 Flink CDC 快速构建 MySQL 和 Postgres 的流式 ETL。本教程的演示都将在 Flink SQL CLI 中进行，只涉及 SQL，无需一行 Java/Scala 代码，也无需安装 IDE。

假设我们正在经营电子商务业务，商品和订单的数据存储在 MySQL 中，订单对应的物流信息存储在 Postgres 中。 对于订单表，为了方便进行分析，我们希望让它关联上其对应的商品和物流信息，构成一张宽表，并且实时把它写到 ElasticSearch 中。

接下来的内容将介绍如何使用 Flink Mysql/Postgres CDC 来实现这个需求，系统的整体架构如下图所示：

7.2 在 Flink SQL CLI 中使用 Flink DDL 创建表

首先，开启 checkpoint，每隔3秒做一次 checkpoint

-- Flink SQL                   
Flink SQL> SET execution.checkpointing.interval = 3s;

然后, 对于数据库中的表 products, orders, shipments， 使用 Flink SQL CLI 创建对应的表，用于同步这些底层数据库表的数据

-- Flink SQL
Flink SQL> CREATE TABLE products (id INT,name STRING,description STRING,PRIMARY KEY (id) NOT ENFORCED) WITH ('connector' = 'mysql-cdc','hostname' = 'localhost','port' = '3306','username' = 'root','password' = '123456','database-name' = 'mydb','table-name' = 'products');Flink SQL> CREATE TABLE orders (order_id INT,order_date TIMESTAMP(0),customer_name STRING,price DECIMAL(10, 5),product_id INT,order_status BOOLEAN,PRIMARY KEY (order_id) NOT ENFORCED) WITH ('connector' = 'mysql-cdc','hostname' = 'localhost','port' = '3306','username' = 'root','password' = '123456','database-name' = 'mydb','table-name' = 'orders');Flink SQL> CREATE TABLE shipments (shipment_id INT,order_id INT,origin STRING,destination STRING,is_arrived BOOLEAN,PRIMARY KEY (shipment_id) NOT ENFORCED) WITH ('connector' = 'postgres-cdc','hostname' = 'localhost','port' = '5432','username' = 'postgres','password' = 'postgres','database-name' = 'postgres','schema-name' = 'public','table-name' = 'shipments');

最后，创建 enriched_orders 表， 用来将关联后的订单数据写入 Elasticsearch 中

-- Flink SQL
Flink SQL> CREATE TABLE enriched_orders (order_id INT,order_date TIMESTAMP(0),customer_name STRING,price DECIMAL(10, 5),product_id INT,order_status BOOLEAN,product_name STRING,product_description STRING,shipment_id INT,origin STRING,destination STRING,is_arrived BOOLEAN,PRIMARY KEY (order_id) NOT ENFORCED) WITH ('connector' = 'elasticsearch-7','hosts' = 'http://localhost:9200','index' = 'enriched_orders');

7.3 关联订单数据并且将其写入 Elasticsearch 中

使用 Flink SQL 将订单表 order 与 商品表 products，物流信息表 shipments 关联，并将关联后的订单信息写入 Elasticsearch 中

-- Flink SQL
Flink SQL> INSERT INTO enriched_ordersSELECT o.*, p.name, p.description, s.shipment_id, s.origin, s.destination, s.is_arrivedFROM orders AS oLEFT JOIN products AS p ON o.product_id = p.idLEFT JOIN shipments AS s ON o.order_id = s.order_id;

八 Flink CDC案例二

8.1 基于 Flink CDC 同步 MySQL 分库分表构建实时数据湖

在 OLTP 系统中，为了解决单表数据量大的问题，通常采用分库分表的方式将单个大表进行拆分以提高系统的吞吐量。 但是为了方便数据分析，通常需要将分库分表拆分出的表在同步到数据仓库、数据湖时，再合并成一个大表。

这篇教程将展示如何使用 Flink CDC 构建实时数据湖来应对这种场景，本教程的演示基于 Docker，只涉及 SQL，无需一行 Java/Scala 代码，也无需安装 IDE，你可以很方便地在自己的电脑上完成本教程的全部内容。

接下来将以数据从 MySQL 同步到 Iceberg 为例展示整个流程，架构图如下所示：

你也可以使用不同的 source 比如 Oracle/Postgres 和 sink 比如 Hudi 来构建自己的 ETL 流程。

8.2 准备教程所需要的组件

接下来的教程将以 docker-compose 的方式准备所需要的组件。

使用下面的内容创建一个 docker-compose.yml 文件：

version: '2.1'
services:sql-client:user: flink:flinkimage: yuxialuo/flink-sql-client:1.13.2.v1 depends_on:- jobmanager- mysqlenvironment:FLINK_JOBMANAGER_HOST: jobmanagerMYSQL_HOST: mysqlvolumes:- shared-tmpfs:/tmp/icebergjobmanager:user: flink:flinkimage: flink:1.13.2-scala_2.11ports:- "8081:8081"command: jobmanagerenvironment:- |FLINK_PROPERTIES=jobmanager.rpc.address: jobmanagervolumes:- shared-tmpfs:/tmp/icebergtaskmanager:user: flink:flinkimage: flink:1.13.2-scala_2.11depends_on:- jobmanagercommand: taskmanagerenvironment:- |FLINK_PROPERTIES=jobmanager.rpc.address: jobmanagertaskmanager.numberOfTaskSlots: 2volumes:- shared-tmpfs:/tmp/icebergmysql:image: debezium/example-mysql:1.1ports:- "3306:3306"environment:- MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456- MYSQL_USER=mysqluser- MYSQL_PASSWORD=mysqlpwvolumes:shared-tmpfs:driver: localdriver_opts:type: "tmpfs"device: "tmpfs"

该 Docker Compose 中包含的容器有：

• SQL-Client: Flink SQL Client, 用来提交 SQL 查询和查看 SQL 的执行结果
• Flink Cluster：包含 Flink JobManager 和 Flink TaskManager，用来执行 Flink SQL
• MySQL：作为分库分表的数据源，存储本教程的 user 表

注意：

1. 为了简化整个教程，本教程需要的 jar 包都已经被打包进 SQL-Client 容器中了，镜像的构建脚本可以在 GitHub 上找到。 如果你想要在自己的 Flink 环境运行本教程，需要下载下面列出的包并且把它们放在 Flink 所在目录的 lib 目录下，即 FLINK_HOME/lib/。

   下载链接只对已发布的版本有效, SNAPSHOT 版本需要本地编译

   • flink-sql-connector-mysql-cdc-2.2.0.jar
   • flink-shaded-hadoop-2-uber-2.7.5-10.0.jar
   • iceberg-flink-1.13-runtime-0.13.0-SNAPSHOT.jar

   目前支持 Flink 1.13 的 iceberg-flink-runtime jar 包还没有发布，所以我们在这里提供了一个支持 Flink 1.13 的 iceberg-flink-runtime jar 包，这个 jar 包是基于 Iceberg 的 master 分支打包的。 当 Iceberg 0.13.0 版本发布后，你也可以在 apache official repository 下载到支持 Flink 1.13 的 iceberg-flink-runtime jar 包。

2. 本教程接下来用到的容器相关的命令都需要在 docker-compose.yml 所在目录下执行

在 docker-compose.yml 所在目录下执行下面的命令来启动本教程需要的组件：

docker-compose up -d

该命令将以 detached 模式自动启动 Docker Compose 配置中定义的所有容器。你可以通过 docker ps 来观察上述的容器是否正常启动了，也可以通过访问 http://localhost:8081/ 来查看 Flink 是否运行正常。

8.3 准备数据

1. 进入 MySQL 容器中

   docker-compose exec mysql mysql -uroot -p123456
   

2. 创建数据和表，并填充数据

   创建两个不同的数据库，并在每个数据库中创建两个表，作为 user 表分库分表下拆分出的表。

    CREATE DATABASE db_1;USE db_1;CREATE TABLE user_1 (id INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY,name VARCHAR(255) NOT NULL DEFAULT 'flink',address VARCHAR(1024),phone_number VARCHAR(512),email VARCHAR(255));INSERT INTO user_1 VALUES (110,"user_110","Shanghai","123567891234","user_110@foo.com");CREATE TABLE user_2 (id INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY,name VARCHAR(255) NOT NULL DEFAULT 'flink',address VARCHAR(1024),phone_number VARCHAR(512),email VARCHAR(255));
   INSERT INTO user_2 VALUES (120,"user_120","Shanghai","123567891234","user_120@foo.com");
   

   CREATE DATABASE db_2;
   USE db_2;
   CREATE TABLE user_1 (id INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY,name VARCHAR(255) NOT NULL DEFAULT 'flink',address VARCHAR(1024),phone_number VARCHAR(512),email VARCHAR(255)
   );
   INSERT INTO user_1 VALUES (110,"user_110","Shanghai","123567891234", NULL);CREATE TABLE user_2 (id INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY,name VARCHAR(255) NOT NULL DEFAULT 'flink',address VARCHAR(1024),phone_number VARCHAR(512),email VARCHAR(255)
   );
   INSERT INTO user_2 VALUES (220,"user_220","Shanghai","123567891234","user_220@foo.com");
   

8.4 在 Flink SQL CLI 中使用 Flink DDL 创建表

首先，使用如下的命令进入 Flink SQL CLI 容器中：

docker-compose exec sql-client ./sql-client

我们可以看到如下界面：

然后，进行如下步骤：

1. 开启 checkpoint，每隔3秒做一次 checkpoint

   Checkpoint 默认是不开启的，我们需要开启 Checkpoint 来让 Iceberg 可以提交事务。 并且，mysql-cdc 在 binlog 读取阶段开始前，需要等待一个完整的 checkpoint 来避免 binlog 记录乱序的情况。

   -- Flink SQL                   
   Flink SQL> SET execution.checkpointing.interval = 3s;
   

2. 创建 MySQL 分库分表 source 表

   创建 source 表 user_source 来捕获MySQL中所有 user 表的数据，在表的配置项 database-name , table-name 使用正则表达式来匹配这些表。 并且，user_source 表也定义了 metadata 列来区分数据是来自哪个数据库和表。

   -- Flink SQL
   Flink SQL> CREATE TABLE user_source (database_name STRING METADATA VIRTUAL,table_name STRING METADATA VIRTUAL,`id` DECIMAL(20, 0) NOT NULL,name STRING,address STRING,phone_number STRING,email STRING,PRIMARY KEY (`id`) NOT ENFORCED) WITH ('connector' = 'mysql-cdc','hostname' = 'mysql','port' = '3306','username' = 'root','password' = '123456','database-name' = 'db_[0-9]+','table-name' = 'user_[0-9]+');
   

3. 创建 Iceberg sink 表

   创建 sink 表 all_users_sink，用来将数据加载至 Iceberg 中。 在这个 sink 表，考虑到不同的 MySQL 数据库表的 id 字段的值可能相同，我们定义了复合主键 (database_name, table_name, id)。

   -- Flink SQL
   Flink SQL> CREATE TABLE all_users_sink (database_name STRING,table_name    STRING,`id`          DECIMAL(20, 0) NOT NULL,name          STRING,address       STRING,phone_number  STRING,email         STRING,PRIMARY KEY (database_name, table_name, `id`) NOT ENFORCED) WITH ('connector'='iceberg','catalog-name'='iceberg_catalog','catalog-type'='hadoop',  'warehouse'='file:///tmp/iceberg/warehouse','format-version'='2');
   

8.5 流式写入 Iceberg

1. 使用下面的 Flink SQL 语句将数据从 MySQL 写入 Iceberg 中

   -- Flink SQL
   Flink SQL> INSERT INTO all_users_sink select * from user_source;
   

   上述命令将会启动一个流式作业，源源不断将 MySQL 数据库中的全量和增量数据同步到 Iceberg 中。 在 Flink UI 上可以看到这个运行的作业：

   

   然后我们就可以使用如下的命令看到 Iceberg 中的写入的文件：

   docker-compose exec sql-client tree /tmp/iceberg/warehouse/default_database/
   

   如下所示：

   

   在你的运行环境中，实际的文件可能与上面的截图不相同，但是整体的目录结构应该相似。

2. 使用下面的 Flink SQL 语句查询表 all_users_sink 中的数据

   -- Flink SQL
   Flink SQL> SELECT * FROM all_users_sink;
   

   在 Flink SQL CLI 中我们可以看到如下查询结果：

   

3. 修改 MySQL 中表的数据，Iceberg 中的表 all_users_sink 中的数据也将实时更新：

   (3.1) 在 db_1.user_1 表中插入新的一行

   --- db_1
   INSERT INTO db_1.user_1 VALUES (111,"user_111","Shanghai","123567891234","user_111@foo.com");
   

   (3.2) 更新 db_1.user_2 表的数据

   --- db_1
   UPDATE db_1.user_2 SET address='Beijing' WHERE id=120;
   

   (3.3) 在 db_2.user_2 表中删除一行

   --- db_2
   DELETE FROM db_2.user_2 WHERE id=220;
   

   每执行一步，我们就可以在 Flink Client CLI 中使用 SELECT * FROM all_users_sink 查询表 all_users_sink 来看到数据的变化。

   最后的查询结果如下所示：

   

   从 Iceberg 的最新结果中可以看到新增了(db_1, user_1, 111)的记录，(db_1, user_2, 120)的地址更新成了 Beijing，且(db_2, user_2, 220)的记录被删除了，与我们在 MySQL 做的数据更新完全一致。

8.6 环境清理

本教程结束后，在 docker-compose.yml 文件所在的目录下执行如下命令停止所有容器：

docker-compose down

参考

阿里云云栖号：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1708018647118048692&wfr=spider&for=pc

Flink CDC官网：https://ververica.github.io/flink-cdc-connectors/release-2.2/content/about.html