Flink + Debezium CDC 实现原理及代码实战

问题导读
1.Debezium和kafka是什么关系？
2.Debezium有哪三种方式实现变化数据库捕获？
3.如何实现注册Connector 去检测 mysql 数据库的变化？


一、Debezium 介绍
Debezium 是一个分布式平台，它将现有的数据库转换为事件流，应用程序消费事件流，就可以知道数据库中的每一个行级更改，并立即做出响应。

Debezium 构建在 Apache Kafka 之上，并提供 Kafka 连接器来监视特定的数据库。在介绍 Debezium 之前，我们要先了解一下什么是 Kafka Connect。

二、Kafka Connect 介绍
Kafka 相信大家都很熟悉，是一款分布式，高性能的消息队列框架。

一般情况下，读写 Kafka 数据，都是用 Consumer 和 Producer  Api 来完成，但是自己实现这些需要去考虑很多额外的东西，比如管理 Schema，容错，并行化，数据延迟，监控等等问题。

而在 0.9.0.0 版本之后，官方推出了 Kafka Connect ，大大减少了程序员的工作量，它有下面的特性：

• 统一而通用的框架；
• 支持分布式模式和单机模式；
• REST 接口，用来查看和管理Kafka connectors；
• 自动化的offset管理，开发人员不必担心错误处理的影响；
• 分布式、可扩展；
• 流/批处理集成。
  

Kafka Connect 有两个核心的概念：Source 和 Sink，Source 负责导入数据到 Kafka，Sink 负责从 Kafka 导出数据，它们都被称为是 Connector。

如下图，左边的 Source 负责从源数据（RDBMS，File等）读数据到 Kafka，右边的 Sinks 负责从 Kafka 消费到其他系统。




三、Debezium 架构和实现原理
Debezium 有三种方式可以实现变化数据的捕获

1.以插件的形式，部署在 Kafka Connect 上




在上图中，中间的部分是 Kafka Broker，而 Kafka Connect 是单独的服务，需要下载  debezium-connector-mysql  连接器，解压到服务器指定的地方，然后在 connect-distribute.properties 中指定连接器的根路径，即可使用。

2.Debezium Server




这种模式中，需要配置不同的连接器，从源头处捕获数据的变化，序列化成指定的格式，发送到指定的系统中。


3.内嵌在应用程序里

内嵌模式，既不依赖 Kafka，也不依赖 Debezium Server，用户可以在自己的应用程序中，依赖 Debezium 的 api 自行处理获取到的数据，并同步到其他源上。


四、使用 Docker 来安装 Debezium Kafka Mysql
这里我们使用官网提供的 Docker 方式快速的搭建一个演示环境。

Docker 的安装和基本命令，可以参考我之前的文章或者在网上找相关的教程。

1. 首先获取一个 zk 的镜像

docker pull debezium/zookeeper
复制代码

以 demo 的方式运行镜像，并且暴露 2181，2888，3888 端口

docker run -d -it --rm --name zookeeper -p 2181:2181 -p 2888:2888 -p 3888:3888 debezium/zookeeper
复制代码

--rm 表示容器停止后删除本地数据 -d 表示在后台运行容器



2. 获取一个 kafka 的镜像

docker pull debezium/kafka
复制代码

在后台运行 kafka

docker run -d -it --rm --name kafka -p 9092:9092 -e KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS=PLAINTEXT://192.168.56.10:9092 -e KAFKA_LISTENERS=PLAINTEXT://0.0.0.0:9092 --link zookeeper:zookeeper debezium/kafka
复制代码

--link 表示可以和 zookeeper 容器互相通信

3. 拉取一个 mysql 的镜像

docker pull debezium/example-mysql
复制代码

在后台执行 mysql 的镜像

docker run -d -it --rm --name mysql -p 3306:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=debezium -e MYSQL_USER=mysqluser -e MYSQL_PASSWORD=mysqlpw debezium/example-mysql
复制代码

4. 单独开一个 shell 进入 mysql 的命令行中

docker run -it --rm --name mysqlterm --link mysql --rm debezium/example-mysql sh -c 'exec mysql -h"$MYSQL_PORT_3306_TCP_ADDR" -P"$MYSQL_PORT_3306_TCP_PORT" -uroot -p"$MYSQL_ENV_MYSQL_ROOT_PASSWORD"'
复制代码

5 拉取一个 debezium/connect 的镜像

docker pull debezium/connect
复制代码

启动 kafka connect 服务

docker run -d -it --rm --name connect -p 8083:8083 -e GROUP_ID=1 -e CONFIG_STORAGE_TOPIC=my_connect_configs -e OFFSET_STORAGE_TOPIC=my_connect_offsets -e STATUS_STORAGE_TOPIC=my_connect_statuses --link zookeeper:zookeeper --link kafka:kafka --link mysql:mysql debezium/connect
复制代码

启动之后，我们可以使用 rest api 来检查 Kafka Connect 的服务状态

curl -H "Accept:application/json" localhost:8083/
复制代码

{"version":"2.6.0","commit":"62abe01bee039651","kafka_cluster_id":"vkx8c6lhT1emLtPSi-ge6w"}

使用 rest api 来查看有多少 connect 服务注册到 Kafka Connect 上了

curl -H "Accept:application/json" localhost:8083/connectors/
复制代码

现在会返回一个空数组，表示还没有服务注册上去。

6 注册一个 Connector 去检测 mysql 数据库的变化

注册的话，需要往 Kafka Connect 的 rest api 发送一个 Post 请求，请求内容如下

其中：

1 是连接器的名字；
2 是连接器的配置；
3 task 最大数量，应该配置成 1，因为 Mysql 的 Connector 会读取 Mysql 的 binlog，使用单一的任务才能保证合理的顺序；
4 这里配置的是 mysql，其实是一个 host，如果非 docker 环境，则要配置成 ip 地址或者可以解析的域名；
5 唯一的 serverId，会被作为 Kafka Topic 的前缀；
6 是需要监听的数据库
7 存放所有历史变更的 topic
执行下面的命令发送一个 Post 请求，注册到 Kafka Connect 上：

curl -i -X POST -H "Accept:application/json" -H "Content-Type:application/json" localhost:8083/connectors/ -d '{ "name": "inventory-connector", "config": { "connector.class": "io.debezium.connector.mysql.MySqlConnector", "tasks.max": "1", "database.hostname": "mysql", "database.port": "3306", "database.user": "debezium", "database.password": "dbz", "database.server.id": "184054", "database.server.name": "dbserver1", "database.include.list": "inventory", "database.history.kafka.bootstrap.servers": "kafka:9092", "database.history.kafka.topic": "dbhistory.inventory" } }'
复制代码

7 新开一个 shell，启动一个 Kafka 的消费者，来查看 Debezium 发送过来的事件

docker run -it --rm --name watcher --link zookeeper:zookeeper --link kafka:kafka debezium/kafka watch-topic -a -k dbserver1.inventory.customers
复制代码

8 在 mysql 的命令行窗口上，修改一条数据

use inventory;
UPDATE customers SET first_name='Anne211' WHERE id=1004;
复制代码

9 观察 kafka 消费者窗口的变化
发现会发送过来两条 json，一条是更新的哪个主键，一条是具体的更新内容


五、Flink 集成 Debezium 同步数据
下面我们使用 Flink 来消费 Debezium 产生的数据，把变更的数据都同步到另外一张表中。主要步骤有：

搭建好上述的演示环境；
定义一个源表，从 Kafka 读取数据
定义一个目标表，往目标表写入数据
执行一个 insert into
执行程序

package com.hudsun.flink.cdc;

import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.table.api.EnvironmentSettings;
import org.apache.flink.table.api.SqlDialect;
import org.apache.flink.table.api.TableResult;
import org.apache.flink.table.api.bridge.java.StreamTableEnvironment;

/**
 * @Author wangkai
 * @Time 2020/12/22 23:11
 */
public class DebeziumCDC {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env =
                StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        EnvironmentSettings streamSettings = EnvironmentSettings.newInstance()
                .inStreamingMode().useBlinkPlanner().build();
        StreamTableEnvironment tableEnvironment =
                StreamTableEnvironment.create(env, streamSettings);
        tableEnvironment.getConfig().setSqlDialect(SqlDialect.DEFAULT);
        // debezium 捕获到变化的数据会写入到这个 topic 中
        String topicName = "dbserver1.inventory.customers";
        String bootStrpServers = "192.168.56.10:9092";
        String groupID = "testGroup";

        // 目标数据库地址
        String url = "jdbc:mysql://192.168.56.10:3306/inventory";
        String userName = "root";
        String password = "debezium";
        String mysqlSinkTable = "customers_copy";


        // 创建一个 Kafka 数据源的表
        tableEnvironment.executeSql("CREATE TABLE customers (\n" +
                " id int,\n" +
                " first_name STRING,\n" +
                " last_name STRING,\n" +
                " email STRING \n" +
                ") WITH (\n" +
                " 'connector' = 'kafka',\n" +
                " 'topic' = '" + topicName + "',\n" +
                " 'properties.bootstrap.servers' = '" + bootStrpServers + "',\n"
                +
                " 'debezium-json.schema-include' = 'true',\n" +
                " 'properties.group.id' = '" + groupID + "',\n" +
                " 'format' = 'debezium-json'\n" +
                ")");

        // 创建一个写入数据的 sink 表
        tableEnvironment.executeSql("CREATE TABLE customers_copy (\n" +
                " id int,\n" +
                " first_name STRING,\n" +
                " last_name STRING,\n" +
                " email STRING, \n" +
                " PRIMARY KEY (id) NOT ENFORCED\n" +
                ") WITH (\n" +
                " 'connector' = 'jdbc',\n" +
                " 'url' = '" + url + "',\n" +
                " 'username' = '" + userName + "',\n" +
                " 'password' = '" + password + "',\n" +
                " 'table-name' = '" + mysqlSinkTable + "'\n" +
                ")");
        String updateSQL = "insert into customers_copy select * from customers";
        TableResult result = tableEnvironment.executeSql(updateSQL);

        env.execute("sync-flink-cdc");
    }
}
复制代码

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