使用 Flink CDC 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。

准备阶段 #

准备一台已经安装了 Docker 的 Linux 或者 MacOS 电脑。

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:flink
    image: yuxialuo/flink-sql-client:1.13.2.v1 
    depends_on:
      - jobmanager
      - mysql
    environment:
      FLINK_JOBMANAGER_HOST: jobmanager
      MYSQL_HOST: mysql
    volumes:
      - shared-tmpfs:/tmp/iceberg
  jobmanager:
    user: flink:flink
    image: flink:1.13.2-scala_2.11
    ports:
      - "8081:8081"
    command: jobmanager
    environment:
      - |
        FLINK_PROPERTIES=
        jobmanager.rpc.address: jobmanager
    volumes:
      - shared-tmpfs:/tmp/iceberg
  taskmanager:
    user: flink:flink
    image: flink:1.13.2-scala_2.11
    depends_on:
      - jobmanager
    command: taskmanager
    environment:
      - |
        FLINK_PROPERTIES=
        jobmanager.rpc.address: jobmanager
        taskmanager.numberOfTaskSlots: 2
    volumes:
      - shared-tmpfs:/tmp/iceberg
  mysql:
    image: debezium/example-mysql:1.1
    ports:
      - "3306:3306"
    environment:
      - MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456
      - MYSQL_USER=mysqluser
      - MYSQL_PASSWORD=mysqlpw

volumes:
  shared-tmpfs:
    driver: local
    driver_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：

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
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。
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。

准备数据 #

进入 MySQL 容器中

docker-compose exec mysql mysql -uroot -p123456

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");

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：

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;
```

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]+'
  );

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'
  );

流式写入 Iceberg #

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。
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：
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。

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