TiDB 异构数据库复制最佳实践

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class="index-module--tag--W+vWQ">数据复制</span></div><h1>TiDB 异构数据库复制最佳实践</h1><div class="index-module--tagContainer--iTCKP"><span class="mt-5">迁移流程</span><span class="mt-5">数据库复制方式</span></div><a class="index-module--normalReturnBtn--FtWDS" href="/practice?tag=false"><i class="iconfont icon-arrow-right"/><label>返回全部</label></a></div></div><div class="container px-4 "><div class="columns index-module--content--OavEP"><div class="column is-8 px-4"><div class="index-module--markdown--RI+u5"><p>纵观现有业务系统的分布式改造，其中一个难点在于数据库的迁移：</p> <li>迁移使用全量还是增量？</li> <li>在线还是离线？</li> <li>使用现成的工具还是开发作业？</li> <p>用户往往面对多种选择。下面将为大家分享 PingCAP 团队在多年的实践中积攒的大量异构平台迁移经验，以及数据库复制技术的更多应用场景。</p> <h2 id="典型的数据库迁移流程">典型的数据库迁移流程</h2><p>说到异构数据库复制，没办法避开的一个话题就是异构数据库的迁移，我们先看一下典型的异构数据库迁移的流程：</p> <p>典型的数据库迁移有以下流程：</p> <h3 id="1.-应用适配开发">1. 应用适配开发</h3><p>早期的 TiDB 用户或多或少都经历过这个过程，比如 TiDB 在比较早期的版本是仅有乐观锁，仅有 RR 隔离级别，事务大小限制大约是 100MB ，在应用适配这方面确实要有一些投入，但是在 <a href="https://pingcap.com/blog-cn/tidb-4.0-the-leading-real-time-htap-database-is-ready-for-cloud/"> TiDB 4.0 版本 </a> 中悲观锁也走向了成熟，另外配合 RC 隔离级别的支持，还有大事务的加持，事务量有了 100 倍的扩大，应用适配方面会让用户投入的成本变得更低。</p> <h3 id="2.-业务验证测试">2. 业务验证测试</h3><p>先介绍第一个维度，用生产的数据进行测试。这里需要先用数据库复制的技术（后文会详细介绍）把生产库复制到 TiDB 中之后，在上面加一个测试的应用就可以做一些压测，甚至可以做高于真正的生产流量 10 倍、20 倍的压力对 TiDB 进行压力测试，来确保你上线的时候 TiDB 是稳定的。为什么要一定复制一份到 TiDB 里呢？原因相信很多朋友也碰到过，比如有一条 SQL，在测试环境的时候我把这条 SQL 已经调的非常优化了，但是业务上了线，偏偏这条 SQL 成为了「慢 SQL」，<strong>这是由于测试数据跟生产数据偏差太大所导致的，所以这里我们必须用数据库复制的技术来做。</strong></p> <p>第二个维度是使用生产的流量来测，这里就要借助一种类似于银行的 ESB 这种服务总线或者像 MQ 技术，比如使用 Kafka 这样的消息队列的机制来实现生产流量的多路复制，也就是说生产环境的一笔业务的成功与失败，是取决于你现有的生产库，这个我们就叫做生产业务的主路；还有一个生产业务的旁路，我们在旁路上加载了一个适配过 TiDB 的应用，下面挂着 TiDB 来做一个旁路的验证工作。以上两种方式相结合，就可以做一个比较充分的业务验证。</p> <h3 id="3.-迁移测试">3. 迁移测试</h3><p>这部分可能是更多的验证在停机窗口这段时间里面做的一些操作，要提前走一遍流程来验证一下你的迁移手册是不是可行的、迁移窗口是不是足够，比如迁移的回退测试，假如这次上线由于什么原因失败了，你可能要回退到之前的数据库，这部分也需要做充分的测试准备。</p> <h3 id="4.-数据迁移、切换数据库上线">4. 数据迁移、切换数据库上线</h3><p>这两个步骤属于上线的阶段，我们很多用户的业务都是 24×7 运行，或者每年内只有一个很短的停机窗口来允许你进行切库的操作，所以我们的数据迁移要在停机窗口之前来完成，尽早开始来做数据迁移，这里也用到了异构数据库复制的技术。在停机窗口时间段内，我们只要把业务停下来，追平增量的数据，然后进行一个数据的比对，再经过一些测试业务的验证就可以进行切库上线的动作，一旦切库上线成功之后，就进入了一个把 TiDB 切为主库的生产的模式了。</p> <h2 id="数据库复制技术的应用场景">数据库复制技术的应用场景</h2><p>从上面的流程可以看到，异构数据库复制迁移的一个非常重要的场景。还有一些场景也可以用到异构数据库复制的技术，如下图所示：</p> <p><strong>比如创建一个异构的灾备库、逃生库</strong>，假设你的主库是 Oracle，然后你想用 TiDB 给这个 Oracle 做一个灾备库是完全可行的，“逃生库”更多的是指我们新上线了 TiDB，我对 TiDB 可能没有过多的验证，可能缺乏一些信心，所以想把 Oracle 接在 TiDB 后面做一个逃生库，就是说当 TiDB 万一由于什么原因崩溃了，我能及时的迁回之前的生产库。这个情况下也要用到异构数据库复制技术。</p> <p><strong>另外，就是创建归档库、只读库这种类型的场景</strong>，比如我们有一些银行客户，银行核心是运行在封闭系统，可能短期内是没办法迁移到开放平台、迁移到分布式数据库，但是有一些只读的业务，比如我在手机 App 上去查我个人的流水、个人账单，甚至月度的汇总这些操作，没必要去访问我的生产核心库（生产核心只接着那些真正的交易的流量），这些只读的流量可以通过数据库复制的技术同步到 TiDB 里面，然后在 TiDB 里做只读操作，这个场景也要用到异构数据库复制的技术。</p> <p><strong>另外有一些用户是生产库</strong>，由于是传统单机数据库容量是比较有限的，但是用户的业务增量又很大，用户判断短期内没办法迁移到分布式数据库里面，考虑一个方案就是：这么重要的业务，我能不能在我的生产库里只保存一段时间的数据（比如只保存 30 天、40 天），超期的数据就在生产库里面删掉，但是这些数据在后面挂着的 TiDB 里是可以查到的，换句话说，这些删除操作只在生产库中运行，而用 TiDB 来构建一个归档库。</p> <p><strong>除此之外，还有一些用户是把 TiDB 作为一个类似于数据中台的角色</strong>，用户可能很多业务的交易系统都是 OLTP 的，希望通过数据库复制的技术来把这些多元的数据汇聚到同一个 TiDB 里面，之后用户可以在 TiDB 的基础上做一些深度分析，或者一些只读查询，最主要是将数据汇聚到 TiDB 之后解决跨库查询的问题。这些数据库可能是异构的，没办法做像 Oracle 那样的 DBLink，因为 DBLink 只能做 Oracle 到 Oracle 的，把这些数据汇总到一起之后，有一种类似于我们传统的 ODS 这样一个角色。</p> <h2 id="异构数据库复制方式">异构数据库复制方式</h2><p>接下来我们看一下常见的异构数据库复制的方式。</p> <h3 id="1.-通过接口文件传输数据">1. 通过接口文件传输数据</h3><p><img src="https://img1.www.pingcap.com/prod/3_07c69fd98c.png" alt="3-复制方式.png"/></p> <p>通过接口文件传输数据被大量应用于 OLTP 跟 OLAP 之间的数据流转，也被大量的应用于不同的组织之间的数据传输。比如现在有一种模式，互联网可以作为一个流量的入口，承载了很多针对终端用户的比如贷款之类的应用，这个是批量生成一个文件的方式把这个文件通过定义好的规则，定义好的格式发送给真正承载这些贷款的银行，就是通过接口文件的方式来进行的。因为涉及两个不同的组织之间的数据传输，我们很难打通这两者之间的数据库的网络，而且数据库毕竟还是比较偏后台的系统，从安全上讲也不合适直接打通数据库之间的连接。</p> <p>CSV 就是一种典型的接口文件，但是我们这里说的并不是数据库本身的 CSV 导入导出功能，比如像 TiDB 4.0 里支持了 select into outfile 这种导出 CSV 的能力。这里面的接口文件实际上指的是通过应用，比如你的 java 代码通过 select 语句把数据读出来，满足按照定义好的格式、定义好的分隔符、定义好的换行来生成一个文件，在接收端因为大家已经协定好了文件的格式，接收端就是根据这个规则来解析这个文件，然后转成 insert 语句来导入到目标数据库里面，可以看出这个方案具有无视数据库的通用性，只要上下游数据库支持标准的 SQL 接口就可以使用接口文件来做数据的传输。</p> <p><strong>缺点也显而易见：</strong></p> <li>需要额外的开发，这个开发是需要一定的工作量在你的应用代码里面的，比如你之前是用 java 开发的，就要增加一部分逻辑，如果上游增加一部分生成这个文件的逻辑，下游就要增加一部分导入这个文件的逻辑，而且为了性能，可能还要考虑怎么去控制并发，以提升性能。</li> <li>接口文件的方式难以获取 update 和 delete 操作的变化，也就是说要不然是全量刷新，要不然就是追加的写操作，比如 append 写这种。</li> <li>时效性比较差，现今时代，尤其是 5G 也逐渐普及，大家的终端设备对于延迟的要求都很高，像我们了解到银行，逐渐从传统的 T+1 的分析方式再往 T+0 甚至准实时分析去靠拢，这种接口文件的方式很难去控制时效性，因为他是通过文件或者通过时间来触发的，频度包括效率都不是特别高。</li> <li>数据导出的时候由于走了 SQL 接口，所以要大范围的扫描上游的数据库造成一定的性能影响，因此一般的做法是上游会从从库上来开放 SQL 接口做只读导出文件传给下游。</li> <h3 id="2.-开发-etl-作业，定时调度作业进行数据传输">2. 开发 ETL 作业，定时调度作业进行数据传输</h3><p>第二种方式是 ETL，比如开发 ETL 作业，定时的调度这个作业来进行数据传输，这个也是普遍应用于 TP 跟 AP 系统之间的一个数据的流转及加工。</p> <p>如果是需要长时间运行的话，而不只是一次性的把数据库读出来写到一个目标库里，那么就可能需要长时间的去获取一些增量，写到目标库里面，这个时候就需要一个作业调度的能力了，会涉及一些额外的开发。这个方式的优点跟接口文件类似，因为都是 SQL 接口，所以这个方案也具有无视数据库的通用性，只要上下游数据库支持 SQL 就可以用 ETL 方式来开发。另外这个方式有一个独到的地方，因为 ETL 中间有一个 transform，就是说中间可以对这个数据做一些加工，假设你的上游跟你的下游表结构不一样，甚至有一些需要逻辑加工的东西在这里面，这时候可能 ETL 就是一个不二之选了。这个方案的缺点跟前面的接口文件的方式也比较类似：</p> <li><strong>首先是要额外开发</strong>，但大家需要注意的是这其中的开发并不是在你的应用代码里面，而是独立出一套单独的作业，这作业多是以 SQL 形式来体现的，然后要独立完成一个调度系统，相当于对你的系统做了一个外接的东西，架起来这一套外接的东西并让他同时能访问到上游、下游库，才可以运行起来。</li> <li><strong>使用 ETL 的方式也是难以获取 update 和 delete 的数据变化的，另外时效性比接口文件略好，但也不是特别好，这取决于你调度的频率</strong>。而调度的频率实际上也是依赖每一次调度之后这些作业处理的时间，比如这个作业每一次导入数据的时候，可能要处理五分钟，那延迟最高的时候可能要到达 5 分钟甚至 10 分钟。</li> <li><strong>另外通过 SQL 接口去访问数据，会大范围的扫描上游数据库来造成一定的性能影响。</strong></li> <h3 id="3.-cdc-工具">3. CDC 工具</h3><p>接下来再看看第三种方式，<strong>也是我们比较推荐的方式，就是 CDC 工具</strong>，它的全称是增量数据捕获工具，比如 Oracle OGG，IBM Inforsphere CDC，还有 <a href="https://pingcap.com/blog-cn/dm-1.0-ga/"> TiDB DM </a> 都是这类产品。</p> <p><strong>CDC 工具的原理是通过读取上游的 redo log 来生成 SQL 语句返给下游，他可以获取所有的 DML 的变化，像 delete、update 都是可以获取的，另外他的性能相对于前两种方式会比较高，因为只要上游生成了 redo log 下游就可以进行输出，延迟也是比较低的，具有准实时的特点</strong>。</p> <p>这种产品多为商业产品，需要额外的采购。另外这些产品大多数只支持单一的数据库作为上游，比如仅支持 Oracle 本身，仅支持 MySQL 或者支持开放平台的 Db2 作为上游，其他类型的数据库可能没办法用 OGG 来传输数据给 TiDB，当用户的上游的数据库种类特别多的时候，就需要引入多种 CDC 产品。</p> <h2 id="最佳实践">最佳实践</h2><p>最后再来分享一下最佳实践，如下图所示：</p>