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TiCDC 简介

TiCDC 是一款 TiDB 增量数据同步工具，通过拉取上游 TiKV 的数据变更日志，TiCDC 可以将数据解析为有序的行级变更数据输出到下游。

TiCDC 适用场景

TiCDC 适用于以下场景：

  • 提供多 TiDB 集群，跨区域数据高可用和容灾方案，保证在灾难发生时保证主备集群数据的最终一致性。
  • 提供同步实时变更数据到异构系统的服务，为监控、缓存、全文索引、数据分析、异构数据库使用等场景提供数据源。

TiCDC 主要特性

核心能力

TiCDC 提供了以下核心能力：

  • 提供 TiDB -> TiDB 之间数据容灾复制的能力，实现秒级别 RPO 和分钟级别 RTO
  • 提供 TiDB 之间双向复制的能力，支持通过 TiCDC 构建多写多活的 TiDB 集群
  • 提供 TiDB -> MySQL（或其他兼容 MySQL 协议的数据库）的低延迟的增量数据同步能力
  • 提供 TiDB -> Kafka 增量数据同步能力，推荐的数据格式包含 Canal-JSON，Avro，Debezium 等
  • 提供 TiDB -> 存储服务（如：Amazon S3、GCS、Azure Blob Storage 和 NFS）增量数据同步能力
  • 提供表级别数据同步能力，支持同步过程中过滤数据库、表、DML、DDL 的能力
  • 高可用架构，无单点故障；支持动态添加、删除 TiCDC 节点
  • 支持通过 Open API 进行集群管理，包括查询任务状态；动态修改任务配置；动态创建、删除任务等

数据同步顺序性

  • TiCDC 对于所有的 DDL/DML 都能对外输出至少一次。
  • TiCDC 在 TiKV/TiCDC 集群故障期间可能会重复发相同的 DDL/DML。对于重复的 DDL/DML：
    • MySQL sink 可以重复执行 DDL，对于在下游可重入的 DDL（譬如 TRUNCATE TABLE）直接执行成功；对于在下游不可重入的 DDL（譬如 CREATE TABLE），执行失败，TiCDC 会忽略错误继续同步。
    • Kafka sink 提供不同的数据分发策略：
      • 可以按照表、主键或 ts 等策略分发数据到不同 Kafka partition。使用表、主键分发策略，可以保证某一行的更新数据被顺序的发送到相同 partition。
      • 对所有的分发策略，TiCDC 都会定期发送 Resolved TS 消息到所有的 topic/partition，表示早于该 Resolved TS 的消息都已经发送到 topic/partition，消费程序可以利用 Resolved TS 对多个 topic/partition 的消息进行排序。
      • Kafka sink 会发送重复的消息，但重复消息不会破坏 Resolved TS 的约束，比如在 changefeed 暂停重启后，可能会按顺序发送 msg1、msg2、msg3、msg2、msg3。你可以在 Kafka 消费端进行过滤。

数据同步一致性

  • MySQL sink

    • TiCDC 开启 redo log 后保证数据复制的最终一致性
    • TiCDC 保证单行的更新与上游更新顺序一致。
    • TiCDC 不保证下游事务的执行顺序和上游完全一致。

TiCDC 架构

TiCDC 作为 TiDB 的增量数据同步工具，通过 PD 内部的 etcd 实现高可用，通过多个 TiCDC 进程获取 TiKV 节点上的数据改变，在内部进行排序、合并等处理之后，通过多个同步任务 (Changefeed)，同时向多个下游系统进行数据同步。

TiCDC architecture

在以上架构图中：

  • TiKV Server：代表 TiDB 集群中的 TiKV 节点，当数据发生改变时 TiKV 节点会主动将发生的数据改变以变更日志（KV change logs，简称 change logs）的方式发送给 TiCDC 节点。当然，当 TiCDC 节点发现收到的 change logs 并不是连续的，也会主动发起请求，获得需要的 change logs。
  • TiCDC：代表运行了 TiCDC 进程的各个节点。每个节点都运行一个 TiCDC 进程，每个进程会从 TiKV 节点中拉取一个或者多个表中的数据改变，并通过 Sink 模块同步到下游系统。
  • PD：代表 TiDB 集群中的调度模块，负责集群数据的事实调度，这个模块通常是由 3 个 PD 节点构成的，内部通过 etcd 集群来实现选举等高可用相关的能力。 TiCDC 集群使用了 PD 集群内置的 etcd 集群来保存自己的元数据信息，例如：节点的状态信息，changefeed 配置信息等。

另外，从上面的架构图中也可以看到，目前 TiCDC 支持将数据同步到 TiDB、MySQL 数据库、Kafka 以及存储服务等。

最佳实践

  • 使用 TiCDC 在两个 TiDB 集群间同步数据时，如果上下游的延迟超过 100 ms：

    • 对于 v6.5.2 之前的版本，推荐将 TiCDC 部署在下游 TiDB 集群所在的区域 (IDC, region)
    • 经过优化后，对于 v6.5.2 及之后的版本，推荐将 TiCDC 部署在上游集群所在的区域 (IDC, region)。

  • TiCDC 同步的表需要至少存在一个有效索引的表，有效索引的定义如下：

    • 主键 (PRIMARY KEY) 为有效索引。
    • 唯一索引 (UNIQUE INDEX) 中每一列在表结构中明确定义非空 (NOT NULL) 且不存在虚拟生成列 (VIRTUAL GENERATED COLUMNS)。

  • 在使用 TiCDC 实现容灾的场景下，为实现最终一致性，需要配置 redo log 并确保 redo log 写入的存储系统在上游发生灾难时可以正常读取。

TiCDC 处理数据变更的实现原理

本小节主要描述 TiCDC 如何处理上游 DML 产生的数据变更。对于上游 DDL 产生的数据变更，TiCDC 会获取到完整的 DDL SQL 语句，根据下游的 Sink 类型，转换成对应的格式发送给下游，本小节不再赘述。

MySQL binlog 直接记录了上游执行的所有 DML 操作的 SQL 语句。与 MySQL 不同，TiCDC 则实时监听上游 TiKV 各个 Region Raft Log 的信息，并根据每个事务前后数据的差异生成对应多条 SQL 语句的数据变更信息。TiCDC 只保证输出的变更事件和上游 TiDB 的变更是等价的，不保证能准确还原上游 TiDB 引起数据变更的 SQL 语句。

数据变更信息会包含数据变更类型，以及变更前后的数值。事务前后数据的差异一共可能产生三种事件：

  1. DELETE 事件：对应会收到一条 DELETE 类型的数据变更信息，包含变更前的数据。

  2. INSERT 事件：对应会收到一条 PUT 类型的数据变更信息，包含变更后的数据。

  3. UPDATE 事件：对应会收到一条 PUT 类型的数据变更信息，包含变更前与变更后的数据。

TiCDC 会根据收到的这些数据变更信息，适配各个类型的下游来生成合适格式的数据传输给下游。例如，生成 Canal-JSON、Avro 等格式的数据写入 Kafka 中，或者重新转换成 SQL 语句发送给下游的 MySQL 或者 TiDB。

目前 TiCDC 将数据变更信息适配对应的协议时，对于特定的 UPDATE 事件，可能会将其拆成一条 DELETE 事件和一条 INSERT 事件。详见 MySQL Sink 拆分 UPDATE 事件行为说明及非 MySQL Sink 拆分主键或唯一键 UPDATE 事件。

当下游是 MySQL 或者 TiDB 时，因为 TiCDC 并非直接获取原生上游执行的 DML 语句，而是重新根据数据变更信息来生成 SQL 语句，因此不能保证写入下游的 SQL 语句和上游执行的 SQL 语句完全相同，但会保证最终结果的一致性。

例如上游执行了以下 SQL 语句：

Create Table t1 (A int Primary Key, B int);

BEGIN;
Insert Into t1 values(1,2);
Insert Into t1 values(2,2);
Insert Into t1 values(3,3);
Commit;

Update t1 set b = 4 where b = 2;

TiCDC 将根据数据变更信息重新生成 SQL 语句，向下游写以下两条 SQL 语句：

INSERT INTO `test.t1` (`A`,`B`) VALUES (1,2),(2,2),(3,3);
UPDATE `test`.`t1`
SET `A` = CASE
        WHEN `A` = 1 THEN 1
        WHEN `A` = 2 THEN 2
END, `B` = CASE
        WHEN `A` = 1 THEN 4
        WHEN `A` = 2 THEN 4
END
WHERE `A` = 1 OR `A` = 2;

暂不支持的场景

目前 TiCDC 暂不支持的场景如下：

对上游存在较大事务的场景提供部分支持，详见 TiCDC 是否支持同步大事务？有什么风险吗？。

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