从 MySQL 到 ClickHouse 实时数据同步 —— Debezium + Kafka 表引擎

wzy06232024-04-26 15:22

目录

一、总体架构

[二、安装配置 MySQL 主从复制](#二、安装配置 MySQL 主从复制)

[三、安装配置 ClickHouse 集群](#三、安装配置 ClickHouse 集群)

[四、安装 JDK](#四、安装 JDK)

[五、安装配置 Zookeeper 集群](#五、安装配置 Zookeeper 集群)

[六、安装配置 Kafaka 集群](#六、安装配置 Kafaka 集群)

[七、安装配置 Debezium-Connector-MySQL 插件](#七、安装配置 Debezium-Connector-MySQL 插件)

[1. 创建插件目录](#1. 创建插件目录)

[2. 解压文件到插件目录](#2. 解压文件到插件目录)

[3. 配置 Kafka Connector](#3. 配置 Kafka Connector)

（1）配置属性文件

（2）分发到其它节点

[（3）以 distributed 方式启动 Kafka connect](#（3）以 distributed 方式启动 Kafka connect)

[（4）确认 connector 插件和自动生成的 topic](#（4）确认 connector 插件和自动生成的 topic)

[4. 创建 source connector](#4. 创建 source connector)

[（1）Debezium 三个必要的配置说明](#（1）Debezium 三个必要的配置说明)

[（2）创建源 mysql 配置文件](#（2）创建源 mysql 配置文件)

[（3）创建 mysql source connector](#（3）创建 mysql source connector)

[八、在 ClickHouse 中创建库表、物化视图和视图](#八、在 ClickHouse 中创建库表、物化视图和视图)

[1. 建库](#1. 建库)

[2. 创建 Kafka 表](#2. 创建 Kafka 表)

[3. 创建主表](#3. 创建主表)

[4. 创建消费者物化视图](#4. 创建消费者物化视图)

[5. 创建视图](#5. 创建视图)

[6. 验证](#6. 验证)

参考：

本文介绍从 MySQL 作为源到 ClickHouse 作为目标的整个过程。MySQL 数据库更改通过 Debezium 捕获，并作为事件发布在到 Kafka 上。ClickHouse 通过 Kafka 表引擎按部分顺序应用这些更改，实时并保持最终一致性。相关软件版本如下：

  • MySQL：8.0.16
  • ClickHouse：24.1.8
  • JDK：11.0.22
  • zookeeper：3.9.1
  • Kafka：3.7.0
  • debezium-connector-mysql：2.4.2

这种方案的优点之一是可以做到 ClickHouse 与 MySQL 的数据最终严格一致。

一、总体架构

总体结构如下图所示。

ClickHouse 是由四个实例构成的两分片、每分片两副本集群，票选和协调器使用 ClickHouse 自带的 keeper 组件。分片、副本、keeper 节点、Zookeeper集群、Kafaka集群、Debezium-Connector-MySQL 插件的部署如下表所示。

|--------------|---------|----------|---------------------------|---------------|-----------|--------------------------------------|
| IP | 主机名 | 实例角色 | ClickHouse Keeper | Zookeeper | Kafka | Debezium Connector MySQL |
| 172.18.4.126 | node1 | 分片1副本1 | * | | | |
| 172.18.4.188 | node2 | 分片1副本2 | * | * | * | * |
| 172.18.4.71 | node3 | 分片2副本1 | * | * | * | * |
| 172.18.4.86 | node4 | 分片2副本2 | | * | * | * |

二、安装配置 MySQL 主从复制

配置好主从复制后，在主库创建测试库表及数据：

sql 复制代码 
-- 建库
create database test;

-- 建表
create table test.t1 (
  id bigint(20) not null auto_increment,
  remark varchar(32) default null comment '备注',
  createtime timestamp not null default current_timestamp comment '创建时间',
  primary key (id));

-- 插入三条测试数据
insert into test.t1 (remark) values ('第一行：row1'),('第二行：row2'),('第三行：row3');
commit;

三、安装配置 ClickHouse 集群

四、安装 JDK

五、安装配置 Zookeeper 集群

六、安装配置 Kafaka 集群

七、安装配置 Debezium-Connector-MySQL 插件

在 node2 上执行以下步骤。

1. 创建插件目录

sql 复制代码 
mkdir $KAFKA_HOME/plugins

2. 解压文件到插件目录

sql 复制代码 
cd ~
# debezium-connector-mysql
unzip debezium-debezium-connector-mysql-2.4.2.zip -d $KAFKA_HOME/plugins/

3. 配置 Kafka Connector

（1）配置属性文件

sql 复制代码 
# 先备份
cp $KAFKA_HOME/config/connect-distributed.properties $KAFKA_HOME/config/connect-distributed.properties.bak
# 编辑 connect-distributed.properties 文件
vim $KAFKA_HOME/config/connect-distributed.properties

内容如下：

sql 复制代码 
bootstrap.servers=node2:9092,node3:9092,node4:9092
group.id=connect-cluster
key.converter=org.apache.kafka.connect.json.JsonConverter
value.converter=org.apache.kafka.connect.json.JsonConverter
key.converter.schemas.enable=false
value.converter.schemas.enable=false
offset.storage.topic=connect-offsets
offset.storage.replication.factor=3
offset.storage.partitions=3
config.storage.topic=connect-configs
config.storage.replication.factor=3
status.storage.topic=connect-status
status.storage.replication.factor=3
status.storage.partitions=3
offset.flush.interval.ms=10000
plugin.path=/root/kafka_2.13-3.7.0/plugins

（2）分发到其它节点

sql 复制代码 
scp $KAFKA_HOME/config/connect-distributed.properties node3:$KAFKA_HOME/config/
scp $KAFKA_HOME/config/connect-distributed.properties node4:$KAFKA_HOME/config/
scp -r $KAFKA_HOME/plugins node3:$KAFKA_HOME/
scp -r $KAFKA_HOME/plugins node4:$KAFKA_HOME/

（3）以 distributed 方式启动 Kafka connect

sql 复制代码 
connect-distributed.sh -daemon $KAFKA_HOME/config/connect-distributed.properties 
# 确认日志是否有 ERROR
grep ERROR ~/kafka_2.13-3.7.0/logs/connectDistributed.out

（4）确认 connector 插件和自动生成的 topic

查看连接器插件：

sql 复制代码 
curl -X GET http://node2:8083/connector-plugins | jq

从输出中可以看到，Kafka connect 已经识别到了 MySqlConnector source 插件：

sql 复制代码 
[root@vvml-yz-hbase-test~]#curl -X GET http://node2:8083/connector-plugins | jq
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100   403  100   403    0     0   3820      0 --:--:-- --:--:-- --:--:--  3838
[
  {
    "class": "io.debezium.connector.mysql.MySqlConnector",
    "type": "source",
    "version": "2.4.2.Final"
  },
  {
    "class": "org.apache.kafka.connect.mirror.MirrorCheckpointConnector",
    "type": "source",
    "version": "3.7.0"
  },
  {
    "class": "org.apache.kafka.connect.mirror.MirrorHeartbeatConnector",
    "type": "source",
    "version": "3.7.0"
  },
  {
    "class": "org.apache.kafka.connect.mirror.MirrorSourceConnector",
    "type": "source",
    "version": "3.7.0"
  }
]
[root@vvml-yz-hbase-test~]#

查看 topic：

sql 复制代码 
kafka-topics.sh --list --bootstrap-server node2:9092,node3:9092,node4:9092

从输出中可以看到，Kafka connect 启动时自动创建了 connect-configs、connect-offsets、connect-status 三个 topic：

sql 复制代码 
[root@vvml-yz-hbase-test~]#kafka-topics.sh --list --bootstrap-server node2:9092,node3:9092,node4:9092
__consumer_offsets
connect-configs
connect-offsets
connect-status
[root@vvml-yz-hbase-test~]#

4. 创建 source connector

（1）Debezium 三个必要的配置说明

Debezium 是一个众所周知的用于读取和解析 MySQL Binlog 的工具。它将 KafkaConnect 作为一个连接器进行集成，并对 Kafka 主题进行每一次更改。

  • 只记录后状态

默认情况下，Debezium 会向 Kafka 发出每个操作的前状态和后状态的每条记录，这很难被 ClickHouse Kafka 表解析。此外，在执行删除操作的情况下（Clickhouse 同样无法解析），它会创建 tombstone 记录，即具有 Null 值的记录。下表展示了这个行为。

|--------|---------|---------|----------|
| 操作 | 操作前 | 操作后 | 附加记录 |
| Create | Null | 新纪录 | - |
| Update | 更新前的记录 | 更新后的记录 | - |
| Delete | 删除前的记录 | Null | 墓碑记录 |

在 Debezium 配置中使用 ExtractNewRecod 转换器来处理此问题。由于有了这个选项，Debezium 只为创建/更新操作保留 after 状态，而忽略 before 状态。但缺点是，它删除了包含先前状态的 Delete 记录和墓碑记录，换句话说就是不再捕获删除操作。紧接着说明如何解决这个问题。

sql 复制代码 
"transforms": "unwrap",
"transforms.unwrap.type": "io.debezium.transforms.ExtractNewRecordState"
  • 重写删除事件

要捕获删除操作，必须添加如下所示的重写配置：

sql 复制代码 
"transforms.unwrap.delete.handling.mode":"rewrite"

Debezium 使用此配置添加字段 __deleted，对于 delete 操作为 true，对于其他操作为 false。因此，删除将包含以前的状态以及 __deleted:true 字段。

  • 处理非主键更新

在提供上述配置的情况下，更新记录（主键除外的每一列）会发出一个具有新状态的简单记录。通常在关系数据库系统中，更新后的记录会替换前一个记录，但在 ClickHouse 不行。出于性能考虑，ClickHouse 将行级更新变为多版本插入。在本示例中，MySQL 中的 test.t1 表以 id 列为主键，如果更新了 remark 列，在 ClikHouse 中，最终会得到重复的记录，这意味着 id 相同，但 remark 不同！

幸运的是有办法应付这种情况。默认情况下，Debezium 会创建一个删除记录和一个创建记录，用于更新主键。因此，如果源更新 id，它会发出一个带有前一个 id 的删除记录和一个带有新 id 的创建记录。带有 __deleted=ture 字段的前一个记录将替换 CH 中的 stall 记录。然后，可以在视图中过滤暗示删除的记录。可以使用以下选项将此行为扩展到其他列：

sql 复制代码 
"message.key.columns": "test.t1:id;test.t1:remark;test.t1:createtime"

注意：

通过更改连接器的键列，Debezium 将这些列用作主键，而不是源表的默认主键。因此，与数据库的一条记录相关的不同操作可能最终会出现在 Kafka 中的其他分区。由于记录在不同分区中失去顺序，除非确保 ClickHouse 顺序键和 Debezium 消息键相同，否则可能会导致 Clikchouse 中的数据不一致。

经验法则如下：

  1. 根据想要的表结构来设计分区键和排序键。
  2. 提取分区和排序键的来源，假设它们是在物化过程中计算的。
  3. 合并所有这些列。
  4. 将步骤 3 的结果定义为 Debezium 连接器配置中的 message.column.keys。
  5. 检查 Clickhouse 排序键是否包含所有这些列。如果没有则添加它们。

现在，通过将上述所有选项和常用选项放在一起，将拥有一个功能齐全的 Debezium 配置，能够处理 ClickHouse 所需的任何更改。

（2）创建源 mysql 配置文件

sql 复制代码 
# 编辑文件
vim $KAFKA_HOME/plugins/source-mysql.json

内容如下：

sql 复制代码 
{
 "name": "mysql-source-connector",
 "config": {
     "connector.class": "io.debezium.connector.mysql.MySqlConnector",
     "database.hostname": "172.18.16.156",
     "database.port": "3307",
     "database.user": "dba",
     "database.password": "123456",
     "database.server.id": "1563307",
     "database.server.name": "dbserver1",
     "database.include.list": "test",
     "table.include.list": "test.t1",
     "topic.prefix": "mysql-clickhouse-test",
     "schema.history.internal.kafka.bootstrap.servers": "node2:9092,node3:9092,node4:9092",
     "schema.history.internal.kafka.topic": "schemahistory.mysql-clickhouse-test",
     "message.key.columns": "test.t1:id;test.t1:remark;test.t1:createtime",
     "transforms":"unwrap",
     "transforms.unwrap.type": "io.debezium.transforms.ExtractNewRecordState",
     "transforms.unwrap.delete.handling.mode": "rewrite"
     }
 }

（3）创建 mysql source connector

sql 复制代码 
# 创建 connector
curl -X POST -H 'Content-Type: application/json' -i 'http://node2:8083/connectors' -d @"/root/kafka_2.13-3.7.0/plugins/source-mysql.json"; echo
# 查看 connector 状态
curl -X GET http://node2:8083/connectors/mysql-source-connector/status | jq
# 查看 topic
kafka-topics.sh --list --bootstrap-server node2:9092,node3:9092,node4:9092

从输出中可以看到，mysql-source-connector 状态为 RUNNING，并自动创建了三个 topic：

sql 复制代码 
[root@vvml-yz-hbase-test~]#curl -X POST -H 'Content-Type: application/json' -i 'http://node2:8083/connectors' -d @"/root/kafka_2.13-3.7.0/plugins/source-mysql.json"; echo
HTTP/1.1 201 Created
Date: Thu, 25 Apr 2024 03:47:26 GMT
Location: http://node2:8083/connectors/mysql-source-connector
Content-Type: application/json
Content-Length: 818
Server: Jetty(9.4.53.v20231009)

{"name":"mysql-source-connector","config":{"connector.class":"io.debezium.connector.mysql.MySqlConnector","database.hostname":"172.18.16.156","database.port":"3307","database.user":"dba","database.password":"123456","database.server.id":"1563307","database.server.name":"dbserver1","database.include.list":"test","table.include.list":"test.t1","topic.prefix":"mysql-clickhouse-test","schema.history.internal.kafka.bootstrap.servers":"node2:9092,node3:9092,node4:9092","schema.history.internal.kafka.topic":"schemahistory.mysql-clickhouse-test","message.key.columns":"test.t1:id;test.t1:remark;test.t1:createtime","transforms":"unwrap","transforms.unwrap.type":"io.debezium.transforms.ExtractNewRecordState","transforms.unwrap.delete.handling.mode":"rewrite","name":"mysql-source-connector"},"tasks":[],"type":"source"}
[root@vvml-yz-hbase-test~]#curl -X GET http://node2:8083/connectors/mysql-source-connector/status | jq
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100   182  100   182    0     0  24045      0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 26000
{
  "name": "mysql-source-connector",
  "connector": {
    "state": "RUNNING",
    "worker_id": "172.18.4.188:8083"
  },
  "tasks": [
    {
      "id": 0,
      "state": "RUNNING",
      "worker_id": "172.18.4.188:8083"
    }
  ],
  "type": "source"
}
[root@vvml-yz-hbase-test~]#kafka-topics.sh --list --bootstrap-server node2:9092,node3:9092,node4:9092
__consumer_offsets
connect-configs
connect-offsets
connect-status
mysql-clickhouse-test
mysql-clickhouse-test.test.t1
schemahistory.mysql-clickhouse-test
[root@vvml-yz-hbase-test~]#

八、在 ClickHouse 中创建库表、物化视图和视图

ClickHouse 可以利用 Kafka 表引擎将 Kafka 记录放入一个表中。需要定义三个对象：Kafka 表、主表和消费者物化视图。

1. 建库

sql 复制代码 
create database db2 on cluster cluster_2S_2R;

2. 创建 Kafka 表

sql 复制代码 
CREATE TABLE db2.kafka_t1 on cluster cluster_2S_2R
(
    `id` Int64,
    `remark` Nullable(String),
    `createtime` String,
    `__deleted` String
)
ENGINE = Kafka('node2:9092,node3:9092,node4:9092', 'mysql-clickhouse-test.test.t1', 'clickhouse', 'JSONEachRow');

3. 创建主表

主表具有源结构和 __deleted 字段。这里使用的是 ReplicatedReplacingMergeTree，因为需要用已删除或更新的记录替换 stall 记录。

sql 复制代码 
-- 创建本地表
CREATE TABLE db2.stream_t1 on cluster cluster_2S_2R
(
    `id` Int64,
    `remark` Nullable(String),
    `createtime` timestamp,
    `__deleted` String
)
ENGINE = ReplicatedReplacingMergeTree(
    '/clickhouse/tables/{shard}/db2/t1',
    '{replica}'
)
ORDER BY (id, createtime)
SETTINGS index_granularity = 8192;

-- 创建分布式表，以源表的主键 id 作为分片键，保证同一 id 的数据落在同一分片上
create table db2.t1_replica_all on cluster cluster_2S_2R
as db2.stream_t1
engine = Distributed(cluster_2S_2R, db2, stream_t1, id);

4. 创建消费者物化视图

在创建物化视图前，先停止MySQL从库的复制。从库停止复制，不影响主库的正常使用，也就不会影响业务。此时从库的数据处于静止状态，不会产生变化，这使得获取存量数据变得轻而易举。然后创建物化视图时会自动将数据写入 db2.t1_replica_all 对应的本地表中。之后在 ClickHouse 集群中的任一实例上，都能从物化视图中查询到一致的 MySQL 存量数据。

sql 复制代码 
-- MySQL 从库停止复制
stop slave;

Kafka 表的每一条记录只读取一次，因为它的消费者组会改变偏移量，不能读取两次。因此，需要定义一个主表，并通过物化视图将每个 Kafka 表记录具化到它：

sql 复制代码 
-- 注意时间戳的处理
CREATE MATERIALIZED VIEW db2.consumer_t1 on cluster cluster_2S_2R
TO db2.t1_replica_all
(
    `id` Int64,
    `remark` Nullable(String),
    `createtime` timestamp,
    `__deleted` String
) AS
SELECT id, remark, addHours(toDateTime(substring(createtime,1,length(createtime)-1)),8) createtime, __deleted FROM db2.kafka_t1;

5. 创建视图

最后需要过滤每个被删除的记录，并拥有最新的记录，以防不同的记录具有相同的排序键。可以定义一个简单的视图来隐式完成这项工作：

sql 复制代码 
CREATE VIEW db2.t1 on cluster cluster_2S_2R
(
    `id` Int64,
    `remark` Nullable(String),
    `createtime` String,
    `__deleted` String
) AS
SELECT *
FROM db2.consumer_t1
FINAL
WHERE __deleted = 'false';

6. 验证

从 clickhouse 视图查询存量数据：

sql 复制代码 
vvml-yz-hbase-test.172.18.4.126 :) select * from db2.t1;

SELECT *
FROM db2.t1

Query id: 2a51fd5e-6b4f-4b78-b522-62b7be32535b

┌─id─┬─remark───────┬─createtime──────────┬─__deleted─┐
│  2 │ 第二行：row2 │ 2024-04-25 11:51:07 │ false     │
└────┴──────────────┴─────────────────────┴───────────┘
┌─id─┬─remark───────┬─createtime──────────┬─__deleted─┐
│  1 │ 第一行：row1 │ 2024-04-25 11:51:07 │ false     │
│  3 │ 第三行：row3 │ 2024-04-25 11:51:07 │ false     │
└────┴──────────────┴─────────────────────┴───────────┘

3 rows in set. Elapsed: 0.007 sec. 

vvml-yz-hbase-test.172.18.4.126 :)

可以看到，存量数据已经与 MySQL 同步。

sql 复制代码 
-- MySQL 主库修改数据
insert into test.t1 (remark) values ('第四行：row4');
update test.t1 set remark = '第五行：row5' where id = 4;
delete from test.t1 where id =1;
insert into test.t1 (remark) values ('第六行：row6');
 
-- MySQL 从库启动复制
start slave;

此时 MySQL 的数据如下：

sql 复制代码 
mysql> select * from test.t1;
+----+------------------+---------------------+
| id | remark           | createtime          |
+----+------------------+---------------------+
|  2 | 第二行：row2     | 2024-04-25 11:51:07 |
|  3 | 第三行：row3     | 2024-04-25 11:51:07 |
|  4 | 第五行：row5     | 2024-04-25 11:56:29 |
|  5 | 第六行：row6     | 2024-04-25 11:56:29 |
+----+------------------+---------------------+
4 rows in set (0.00 sec)

从 clickhouse 视图查询增量数据：

sql 复制代码 
vvml-yz-hbase-test.172.18.4.126 :) select * from db2.t1;

SELECT *
FROM db2.t1

Query id: b34bb37b-091b-490e-b55b-a0e9eedf5573

┌─id─┬─remark───────┬─createtime──────────┬─__deleted─┐
│  2 │ 第二行：row2 │ 2024-04-25 11:51:07 │ false     │
└────┴──────────────┴─────────────────────┴───────────┘
┌─id─┬─remark───────┬─createtime──────────┬─__deleted─┐
│  4 │ 第五行：row5 │ 2024-04-25 11:56:29 │ false     │
└────┴──────────────┴─────────────────────┴───────────┘
┌─id─┬─remark───────┬─createtime──────────┬─__deleted─┐
│  3 │ 第三行：row3 │ 2024-04-25 11:51:07 │ false     │
└────┴──────────────┴─────────────────────┴───────────┘
┌─id─┬─remark───────┬─createtime──────────┬─__deleted─┐
│  5 │ 第六行：row6 │ 2024-04-25 11:56:29 │ false     │
└────┴──────────────┴─────────────────────┴───────────┘

4 rows in set. Elapsed: 0.008 sec. 

vvml-yz-hbase-test.172.18.4.126 :)

可以看到，增量数据已经与 MySQL 同步，现在从 ClickHouse 视图查询的数据与 MySQL 一致。

查看 Kafka 消费：

sql 复制代码 
kafka-consumer-groups.sh --bootstrap-server node2:9092,node3:9092,node4:9092 --describe --group clickhouse

输出如下：

sql 复制代码 
[root@vvml-yz-hbase-test~]#kafka-consumer-groups.sh --bootstrap-server node2:9092,node3:9092,node4:9092 --describe --group clickhouse

GROUP           TOPIC                         PARTITION  CURRENT-OFFSET  LOG-END-OFFSET  LAG             CONSUMER-ID                                                                                  HOST            CLIENT-ID
clickhouse      mysql-clickhouse-test.test.t1 0          8               8               0               ClickHouse-vvml-yz-hbase-test.172.18.4.126-db2-kafka_t1-26e6aa8e-1f08-4491-8af7-f1822f1a7e94 /172.18.4.126   ClickHouse-vvml-yz-hbase-test.172.18.4.126-db2-kafka_t1
[root@vvml-yz-hbase-test~]#

可以看到，最后被消费的消息偏移量是8，MySQL 的存量、增量数据都已经通过 Kafka 消息同步到了 ClickHouse。

参考：

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