3_Flink CDC - 技术栈

Flink CDC讲解

1、何为CDC？

CDC全称是Chanage Data Capture（变动数据获取 ）。其核心原理就是监测并捕获数据库的DML变动（例如增删改） ，将这些变更按照发生顺序捕获，并将**【捕获到的数据】**写入到消息中间件中。如mysql、kakfa(最为典型)等都能实现CDC的功能。

在实时数仓 中，通常使用**Flume（面向文件系统）以及 CDC工具（面向关系型数据库组件）**这两个来实现数据采集和ETL功能。

2、CDC分类与对比

	基于查询的 CDC（历史数据）	基于 Binlog(日志) 的 CDC（新数据）
开源产品	Sqoop	Canal、Maxwell、Debezium(内置默认)
捕获所有数据变化	false	true
延迟特性	high	low
提升数据库压力	true	false
执行模式	Batch	Streaming

Binlog认知：Binlog是二进制日志文件 ，主要是用来记录DML和DDL操作 的，存放未持久化的数据。Binlog类似于HBase中的WAL机制（数据先记录到日志中，然后进行数据持久化），数据先进入Binlog（二进制日志）中，然后进入数据库进行持久化。

主从复制 ：在MySQL中，Binlog可以用于实现【读写分离 】。主数据库（主库）记录所有的更改操作先存放于Binlog，从数据库（从库）通过读取主库的binlog来同步这些更改 ，等到Binlog中更改的数据进入主库中进行持久化前，从库就已经读到数据了，这样，从库可以保持与主库数据的一致性。读操作可以在从库上进行 ，以减轻主库的负担【主库负责写操作，从库负责读操作】。
CDC的作用：

历史数据获取 ：CDC可以通过定期执行查询操作来获取数据库中的历史数据，同时建立数据的初始快照。

实时数据捕捉 【✔】：CDC可以从Binlog中捕捉到数据库中的新数据变更，支持实时数据同步和处理。

3、Flink CDC概念

Flink CDC是基于Apache Flink的流式数据集成框架，专注于实时捕获和处理数据库中的变更数据，其工作原理主要基于日志的CDC技术。

选择Flink来实现CDC原因：

Debezium 官方架构图中，是通过 Kafka Streams 直接实现的 CDC 功能。但我们更建议使用 Flink CDC 模块，因为 Flink 相对 Kafka Streams 而言，有如下优势：

强大的流处理引擎：Flink作为一个高吞吐量、低延迟的流处理引擎，为Flink CDC提供了坚实的支撑。Flink通过基于事件时间的处理模型，支持准确和有序的数据处理，确保了CDC数据的实时性和准确性。
内置的CDC功能：Flink CDC提供了内置的CDC功能，可以直接连接到各种数据源（如MySQL、PostgreSQL等），捕获数据变化，并将其作为数据流进行处理。这消除了用户自行开发或集成CDC解决方案的需要，降低了实施成本。
多种数据源的支持：Flink CDC支持与多种数据源进行集成，包括关系型数据库、消息队列、文件系统等。这意味着无论数据存储在何处，Flink CDC都能够轻松地捕获其中的数据变化。
灵活的数据处理能力：Flink CDC提供了灵活且强大的数据处理能力，用户可以通过编写自定义的转换函数、处理函数等来对CDC数据进行各种实时计算和分析。同时，Flink还集成了SQL和Table API，为用户提供了使用SQL查询语句或Table API进行简单查询和分析的方式。
完善的生态系统：Flink拥有活跃的社区和庞大的生态系统，用户可以轻松地获取到丰富的文档、教程、示例代码和解决方案。此外，Flink还与其他流行的开源项目（如Apache Kafka、Elasticsearch等）深度集成，提供了更多的功能和灵活性。

4、Flink CDC实际演示

4.1.依赖组件

flink-cdc-connectors是一个可以从RDB直接读取全量和增量数据的组件，包含以下组件：

flink-connector-mysql-cdc
flink-connector-kafka-cdc

xml 复制代码

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>org.example</groupId>
    <artifactId>livewarehouse</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>

    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <hadoop.version>3.1.3</hadoop.version>
        <scala.version>2.12.10</scala.version>
        <scala.binary.version>2.12</scala.binary.version>
        <flink.version>1.13.2</flink.version>
        <play.json.version>2.9.2</play.json.version>
    </properties>

    <repositories>
        <repository>
            <id>scala-tools.org</id>
            <name>Scala-Tools Maven2 Repository</name>
            <url>http://scala-tools.org/repo-releases</url>
        </repository>
    </repositories>

    <pluginRepositories>
        <pluginRepository>
            <id>scala-tools.org</id>
            <name>Scala-Tools Maven2 Repository</name>
            <url>http://scala-tools.org/repo-releases</url>
        </pluginRepository>
    </pluginRepositories>

    <dependencies>
        <!-- flink -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.flink</groupId>
            <artifactId>flink-java</artifactId>
            <version>${flink.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.flink</groupId>
            <artifactId>flink-streaming-java_${scala.binary.version}</artifactId>
            <version>${flink.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.flink</groupId>
            <artifactId>flink-clients_${scala.binary.version}</artifactId>
            <version>${flink.version}</version>
        </dependency>
        <!-- flink-connector-kafka-cdc -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.flink</groupId>
            <artifactId>flink-connector-kafka_${scala.binary.version}</artifactId>
            <version>${flink.version}</version>
        </dependency>


        <!-- flink-connector-mysql-cdc -->
        <dependency>
            <groupId>com.ververica</groupId>
            <artifactId>flink-connector-mysql-cdc</artifactId>
            <version>2.0.0</version>
        </dependency>
        <!-- mysql-connector-java -->
        <dependency>
            <groupId>mysql</groupId>
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
            <version>8.0.25</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.flink</groupId>
            <artifactId>flink-table-api-java-bridge_2.12</artifactId>
            <version>${flink.version}</version>
        </dependency>

        <!-- 供状态后端数据写入用的 -->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
            <artifactId>hadoop-client</artifactId>
            <version>${hadoop.version}</version>
        </dependency>


        <!-- play-json：用于序列化与反序列化 -->
        <dependency>
            <groupId>com.typesafe.play</groupId>
            <artifactId>play-json_${scala.binary.version}</artifactId>
            <version>2.9.2</version>
        </dependency>
    </dependencies>

</project>

4.2.Flink CDC读取Mysql数据

步骤一：开启Mysql的Binlog

在master01机器进行操作

shell 复制代码

# 建库
create database if not exists flink_cdc;

# binlog监控flink_cdc库
vim /etc/my.cnf
----------------------------------
[mysqld]
# 开启 binlog 并指定二进制日志文件前缀
log-bin=mysql-bin
# 集群备份恢复需要每台机器有唯一的 ID
server-id=1
# 执行哪些库开启 binlog【库名DATABASE_NAME】 👈
binlog-do-db=flink_cdc
----------------------------------

# 重启mysql服务
systemctl restart mysqld

检验Binlog是否开启，可以进行一下操作：

shell 复制代码

# 查看 /etc/my.cnf中的datadir，可以看到binlog
ll /var/lib/mysql

通过插入数据，查看binlog是否发生变化【发生变化则表示成功】

shell 复制代码

# 插入数据
insert into test(id,name) values
(4,'jack101'),
(5,'mike102'),
(6,'cheng103');

# 再次查看 /etc/my.cnf中的datadir，查看binlog变化，若有所改变，则表示配置成功。
ll /var/lib/mysql

步骤二：准备工作

配置mysql数据源（flink来监听变动数据）

scala 复制代码

import com.ververica.cdc.connectors.mysql.MySqlSource
import com.ververica.cdc.connectors.mysql.table.StartupOptions
import com.ververica.cdc.debezium.{DebeziumDeserializationSchema, DebeziumSourceFunction}

object DataSources {
   //配置mysql数据源(CDC)：监听数据变动，实现读写分离（数据进入mysql与数据从mysql中读出两个操作互不影响）
   def mysqlSource[T](serverId: Int = 1, hostname: String,
                      port: Int = 3306, db: String, table: String,
                      username: String = "root", password: String,
                      schema: DebeziumDeserializationSchema[T]): DebeziumSourceFunction[T] = {
	/**
	StartupOptions:
		initial()：首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()：永远不要在第一次启动时对受监视的数据库表执行快照，只需从binlog的开头读取即可。这应该谨慎使用，因为只有当binlog保证包含数据库的整个历史时，它才有效。
        latest()：永远不要在第一次启动时对受监视的数据库表执行快照，只需从binlog的末尾读取，这意味着只有自连接器启动以来的更改。
	*/
     MySqlSource
       .builder[T]()
       .serverId(serverId) // 单机默认为1
       .hostname(hostname)
       .port(port)
       .databaseList(db)
       .tableList(table)
       .username(username) // 远程连接用户为zhou，需要配置
       .password(password)
       .startupOptions(StartupOptions.initial()) // initail: 最新数据。earliest：
       .deserializer(schema)
       .build()
   }
}

工具类

scala 复制代码

object Util {
/**
   * 日期格式化工具
   */
  object TimeFormat {
    val sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS")
    // 功能长整数(Long) 转换为 时间格式(String)
    def parse(timestamp: Long): String = {
      sdf.format(new Date(timestamp))
    }
  }
}

步骤三：Flink读取Mysql实时数据

完整代码：

scala 复制代码

package cases

import com.ververica.cdc.debezium.{DebeziumSourceFunction, StringDebeziumDeserializationSchema}
import modules.env.Environments
import modules.sources.DataSources._
import modules.util.Util.TimeFormat.parse
import org.apache.flink.api.common.eventtime.{SerializableTimestampAssigner, WatermarkStrategy}
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment
import org.apache.flink.streaming.api.functions.windowing.ProcessAllWindowFunction
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.assigners.TumblingEventTimeWindows
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.windows.TimeWindow
import org.apache.flink.util.Collector

import java.lang
import java.time.Duration

// Mysql(CDC)
object CDCMySql {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    // 创建环境
    val see: StreamExecutionEnvironment = Environments()
      .build()
      // 指定状态后端路径
      .enableCheckpoint("file:///D:/phase/second_phase/Engineering/RealTimeDataWarehouse/flink_state_backend")
      .enableRetries()
      .enableStateBackend()
      .finish()

    // 数据源(通过Flink CDC来实时检测mysql中binlog，从而获取实时数据)
    val mysqlSourceFunc: DebeziumSourceFunction[String] = mysqlSource[String](
      hostname = "master01",
      port = 3306,
      db = "flink_cdc", // binlog监听的库
      table = "flink_cdc.test",
      username = "用户名",
      password = "远程密码",
      schema = new StringDebeziumDeserializationSchema()
    )

    // 水位线策略
    val watermark: WatermarkStrategy[String] = WatermarkStrategy
      .forMonotonousTimestamps()
      .withIdleness(Duration.ofSeconds(3))
      .withTimestampAssigner(new SerializableTimestampAssigner[String] {
        override def extractTimestamp(t: String, l: Long): Long = System.currentTimeMillis()
      })


    see.addSource(mysqlSourceFunc)
      // 对原生数据进行处理
      .assignTimestampsAndWatermarks(watermark)
      .windowAll(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(3)))
      .process(new ProcessAllWindowFunction[String,String,TimeWindow] {
        override def process(context: ProcessAllWindowFunction[String, String, TimeWindow]#Context, elements: lang.Iterable[String], out: Collector[String]): Unit = {
          elements.forEach(println)
          val window: TimeWindow = context.window()
          val winRange = s"${parse(window.getStart)} , ${parse(window.getEnd)}" // 窗口区间
          out.collect(winRange)
          elements.forEach(line=>{
            out.collect(line) // 往下游送数据
          })
        }
      })
      // 输出数据
      .print()

    see.execute("mysql-cdc")

  }
}

检验代码：

1、对Mysql中被Binlog监控的库进行数据插入操作
sql 复制代码
```
insert into test(id,name) values
(1,'jack4'),
(2,'mike5'),
(3,'cheng6');
```
2、查看控制台输出情况,表示成功！