同步数据到 Kafka

本文介绍如何使用 TiCDC 创建一个将增量数据复制到 Kafka 的 Changefeed。

创建同步任务，复制增量数据到 Kafka

使用以下命令来创建同步任务：

cdc cli changefeed create \
    --server=http://10.0.10.25:8300 \
    --sink-uri="kafka://127.0.0.1:9092/topic-name?protocol=canal-json&kafka-version=2.4.0&partition-num=6&max-message-bytes=67108864&replication-factor=1" \
    --changefeed-id="simple-replication-task"

Create changefeed successfully!
ID: simple-replication-task
Info: {"sink-uri":"kafka://127.0.0.1:9092/topic-name?protocol=canal-json&kafka-version=2.4.0&partition-num=6&max-message-bytes=67108864&replication-factor=1","opts":{},"create-time":"2023-11-28T22:04:08.103600025+08:00","start-ts":415241823337054209,"target-ts":0,"admin-job-type":0,"sort-engine":"unified","sort-dir":".","config":{"case-sensitive":false,"filter":{"rules":["*.*"],"ignore-txn-start-ts":null,"ddl-allow-list":null},"mounter":{"worker-num":16},"sink":{"dispatchers":null},"scheduler":{"type":"table-number","polling-time":-1}},"state":"normal","history":null,"error":null}

• --server：TiCDC 集群中任意一个 TiCDC 服务器的地址。
• --changefeed-id：同步任务的 ID，格式需要符合正则表达式 ^[a-zA-Z0-9]+(\-[a-zA-Z0-9]+)*$。如果不指定该 ID，TiCDC 会自动生成一个 UUID（version 4 格式）作为 ID。
• --sink-uri：同步任务下游的地址，详见：Sink URI 配置 Kafka。
• --start-ts：指定 changefeed 的开始 TSO。TiCDC 集群将从这个 TSO 开始拉取数据。默认为当前时间。
• --target-ts：指定 changefeed 的目标 TSO。TiCDC 集群拉取数据直到这个 TSO 停止。默认为空，即 TiCDC 不会自动停止。
• --config：指定 changefeed 配置文件，详见：TiCDC Changefeed 配置参数。

支持的 Kafka 版本

TiCDC 与支持的 Kafka 最低版本对应关系如下：

Sink URI 配置 kafka

Sink URI 用于指定 TiCDC 目标系统的连接信息，遵循以下格式：

[scheme]://[host]:[port][/path]?[query_parameters]

[scheme]://[host]:[port],[host]:[port],[host]:[port][/path]?[query_parameters]

一个通用的配置样例如下所示：

--sink-uri="kafka://127.0.0.1:9092/topic-name?protocol=canal-json&kafka-version=2.4.0&partition-num=6&max-message-bytes=67108864&replication-factor=1"

URI 中可配置的的参数如下：

最佳实践

• TiCDC 推荐用户自行创建 Kafka Topic，你至少需要设置该 Topic 每次向 Kafka broker 发送消息的最大数据量和下游 Kafka partition 的数量。在创建 changefeed 的时候，这两项设置分别对应 max-message-bytes 和 partition-num 参数。
• 如果你在创建 changefeed 时，使用了尚未存在的 Topic，那么 TiCDC 会尝试使用 partition-num 和 replication-factor 参数自行创建 Topic，建议明确指定这两个参数。
• 在大多数情况下，建议使用 canal-json 协议。

TiCDC 使用 Kafka 的认证与授权

使用 Kafka 的 SASL 认证时配置样例如下所示：

• SASL/PLAIN

  --sink-uri="kafka://127.0.0.1:9092/topic-name?kafka-version=2.4.0&sasl-user=alice-user&sasl-password=alice-secret&sasl-mechanism=plain"
  

• SASL/SCRAM

  SCRAM-SHA-256、SCRAM-SHA-512 与 PLAIN 方式类似，只需要将 sasl-mechanism 指定为对应的认证方式即可。

• SASL/GSSAPI

  SASL/GSSAPI user 类型认证：

  --sink-uri="kafka://127.0.0.1:9092/topic-name?kafka-version=2.4.0&sasl-mechanism=gssapi&sasl-gssapi-auth-type=user&sasl-gssapi-kerberos-config-path=/etc/krb5.conf&sasl-gssapi-service-name=kafka&sasl-gssapi-user=alice/for-kafka&sasl-gssapi-password=alice-secret&sasl-gssapi-realm=example.com"
  

  sasl-gssapi-user 和 sasl-gssapi-realm 的值与 kerberos 中指定的 principle 有关。例如，principle 为 alice/for-kafka@example.com，则 sasl-gssapi-user 和 sasl-gssapi-realm 的值应该分别指定为 alice/for-kafka 和 example.com。

  SASL/GSSAPI keytab 类型认证：

  --sink-uri="kafka://127.0.0.1:9092/topic-name?kafka-version=2.4.0&sasl-mechanism=gssapi&sasl-gssapi-auth-type=keytab&sasl-gssapi-kerberos-config-path=/etc/krb5.conf&sasl-gssapi-service-name=kafka&sasl-gssapi-user=alice/for-kafka&sasl-gssapi-keytab-path=/var/lib/secret/alice.key&sasl-gssapi-realm=example.com"
  

  SASL/GSSAPI 认证方式详见 Configuring GSSAPI。

• TLS/SSL 加密

  如果 Kafka broker 启用了 TLS/SSL 加密，则需要在 --sink-uri 中增加 enable-tls=true 参数值。如果需要使用自签名证书，则还需要在 --sink-uri 中指定 ca、cert 跟 key 几个参数。

• ACL 授权

  TiCDC 能够正常工作所需的最小权限集合如下：

  • 对 Topic 资源类型的 Create 、Write 和 Describe 权限。
  • 对 Cluster 资源类型的 DescribeConfig 权限。

  各权限的使用场景如下：

  资源类型	操作类型	使用场景
  Cluster	DescribeConfig	Changefeed 运行过程中，获取集群元数据
  Topic	Describe	Changefeed 启动时，尝试创建 Topic
  Topic	Create	Changefeed 启动时，尝试创建 Topic
  Topic	Write	发送数据到 Topic

  创建或启动 Changefeed 时，如果指定的 Kafka Topic 已存在，可以不用开启 Describe 和 Create 权限。

TiCDC 集成 Kafka Connect (Confluent Platform)

如要使用 Confluent 提供的 data connectors 向关系型或非关系型数据库传输数据，请选择 Avro 协议协议，并在 schema-registry 中提供 Confluent Schema Registry 的 URL。

配置样例如下所示：

--sink-uri="kafka://127.0.0.1:9092/topic-name?&protocol=avro&replication-factor=3" --schema-registry="http://127.0.0.1:8081" --config changefeed_config.toml

[sink]
dispatchers = [
 {matcher = ['*.*'], topic = "tidb_{schema}_{table}"},
]

集成具体步骤详见与 Confluent Cloud 进行数据集成。

TiCDC 集成 AWS Glue Schema Registry

从 v7.4.0 开始，TiCDC 支持在用户选择 Avro 协议同步数据时使用 AWS Glue Schema Registry 作为 Schema Registry。配置样例如下所示：

./cdc cli changefeed create --server=127.0.0.1:8300 --changefeed-id="kafka-glue-test" --sink-uri="kafka://127.0.0.1:9092/topic-name?&protocol=avro&replication-factor=3" --config changefeed_glue.toml

[sink]
[sink.kafka-config.glue-schema-registry-config]
region="us-west-1"
registry-name="ticdc-test"
access-key="xxxx"
secret-access-key="xxxx"
token="xxxx"

在以上配置中，region 和 registry-name 是必填项，access-key、secret-access-key 和 token 是可选项。最佳实践是将 AWS 连接凭证设置为环境变量或存储在 ~/.aws/credentials 文件中，而不是将它们设置在 changefeed 的配置文件中。

更多信息，请参阅 AWS官方文档。

自定义 Kafka Sink 的 Topic 和 Partition 的分发规则

Matcher 匹配规则

以如下示例配置文件中的 dispatchers 配置项为例：

[sink]
dispatchers = [
  {matcher = ['test1.*', 'test2.*'], topic = "Topic 表达式 1", partition = "ts" },
  {matcher = ['test3.*', 'test4.*'], topic = "Topic 表达式 2", partition = "index-value" },
  {matcher = ['test1.*', 'test5.*'], topic = "Topic 表达式 3", partition = "table"},
  {matcher = ['test6.*'], partition = "ts"}
]

• 对于匹配了 matcher 规则的表，按照对应的 topic 表达式指定的策略进行分发。例如表 test3.aa，按照 topic 表达式 2 分发；表 test5.aa，按照 topic 表达式 3 分发。
• 对于匹配了多个 matcher 规则的表，以靠前的 matcher 对应的 topic 表达式为准。例如表 test1.aa，按照 topic 表达式 1 分发。
• 对于没有匹配任何 matcher 的表，将对应的数据变更事件发送到 --sink-uri 中指定的默认 topic 中。例如表 test10.aa 发送到默认 topic。
• 对于匹配了 matcher 规则但是没有指定 topic 分发器的表，将对应的数据变更发送到 --sink-uri 中指定的默认 topic 中。例如表 test6.aa 发送到默认 topic。

Topic 分发器

Topic 分发器用 topic = "xxx" 来指定，并使用 topic 表达式来实现灵活的 topic 分发策略。topic 的总数建议小于 1000。

Topic 表达式的基本规则为 [prefix]{schema}[middle][{table}][suffix]，详细解释如下：

• prefix：可选项，代表 Topic Name 的前缀。
• {schema}：必选项，用于匹配库名。从 v7.1.4 开始，该参数为可选项。
• middle：可选项，代表库表名之间的分隔符。
• {table}：可选项，用于匹配表名。
• suffix：可选项，代表 Topic Name 的后缀。

其中 prefix、middle 以及 suffix 仅允许出现大小写字母（a-z、A-Z）、数字（0-9）、点号（.）、下划线（_）和中划线（-）；{schema}、{table} 均为小写，诸如 {Schema} 以及 {TABLE} 这样的占位符是无效的。

一些示例如下：

• matcher = ['test1.table1', 'test2.table2'], topic = "hello_{schema}_{table}"
  • 对于表 test1.table1 对应的数据变更事件，发送到名为 hello_test1_table1 的 topic 中。
  • 对于表 test2.table2 对应的数据变更事件，发送到名为 hello_test2_table2 的 topic 中。
• matcher = ['test3.*', 'test4.*'], topic = "hello_{schema}_world"
  • 对于 test3 下的所有表对应的数据变更事件，发送到名为 hello_test3_world 的 topic 中。
  • 对于 test4 下的所有表对应的数据变更事件，发送到名为 hello_test4_world 的 topic 中。
• matcher = ['test5.*, 'test6.*'], topic = "hard_code_topic_name"
  • 对于 test5 和 test6 下的所有表对应的数据变更事件，发送到名为 hard_code_topic_name 的 topic 中。你可以直接指定 topic 名称。
• matcher = ['*.*'], topic = "{schema}_{table}"
  • 对于 TiCDC 监听的所有表，按照“库名_表名”的规则分别分发到独立的 topic 中；例如对于 test.account 表，TiCDC 会将其数据变更日志分发到名为 test_account 的 Topic 中。

DDL 事件的分发

库级别 DDL

诸如 create database、drop database 这类和某一张具体的表无关的 DDL，称之为库级别 DDL。对于库级别 DDL 对应的事件，被发送到 --sink-uri 中指定的默认 topic 中。

表级别 DDL

诸如 alter table、create table 这类和某一张具体的表相关的 DDL，称之为表级别 DDL。对于表级别 DDL 对应的事件，按照 dispatchers 的配置，被发送到相应的 topic 中。

例如，对于 matcher = ['test.*'], topic = {schema}_{table} 这样的 dispatchers 配置，DDL 事件分发情况如下：

• 若 DDL 事件中涉及单张表，则将 DDL 事件原样发送到相应的 topic 中。
  • 对于 DDL 事件 drop table test.table1，该事件会被发送到名为 test_table1 的 topic 中。
• 若 DDL 事件中涉及多张表（rename table / drop table / drop view 都可能涉及多张表），则将单个 DDL 事件拆分为多个发送到相应的 topic 中。
  • 对于 DDL 事件 rename table test.table1 to test.table10, test.table2 to test.table20，则将 rename table test.table1 to test.table10 的 DDL 事件发送到名为 test_table1 的 topic 中，将 rename table test.table2 to test.table20 的 DDL 事件发送到名为 test.table2 的 topic 中。

Partition 分发器

partition 分发器用 partition = "xxx" 来指定，支持 default、index-value、columns、table 和 ts 共五种 partition 分发器，分发规则如下：

• default：默认使用 table 分发规则。使用所属库名和表名计算 partition 编号，一张表的数据被发送到相同的 partition。单表数据只存在于一个 partition 中并保证有序，但是发送吞吐量有限，无法通过添加消费者的方式提升消费速度。
• index-value：使用事件所属表的主键、唯一索引或由 index 配置指定的索引的值计算 partition 编号，一张表的数据被发送到多个 partition。单表数据被发送到多个 partition 中，每个 partition 中的数据有序，可以通过添加消费者的方式提升消费速度。
• columns：使用由 columns 指定的列的值计算 partition 编号。一张表的数据被发送到多个 partition。单表数据被发送到多个 partition 中，每个 partition 中的数据有序，可以通过添加消费者的方式提升消费速度。
• table：使用事件所属的表的库名和表名计算 partition 编号。
• ts：使用事件的 commitTs 计算 partition 编号。一张表的数据被发送到多个 partition。单表数据被发送到多个 partition 中，每个 partition 中的数据有序，可以通过添加消费者的方式提升消费速度。一条数据的多次修改可能被发送到不同的 partition 中。消费者消费进度不同可能导致消费端数据不一致。因此，消费端需要对来自多个 partition 的数据按 commitTs 排序后再进行消费。

以如下示例配置文件中的 dispatchers 配置项为例：

[sink]
dispatchers = [
    {matcher = ['test.*'], partition = "index-value"},
    {matcher = ['test1.*'], partition = "index-value", index = "index1"},
    {matcher = ['test2.*'], partition = "columns", columns = ["id", "a"]},
    {matcher = ['test3.*'], partition = "table"},
]

• 任何属于库 test 的表均使用 index-value 分发规则，即使用主键或者唯一索引的值计算 partition 编号。如果有主键则使用主键，否则使用最短的唯一索引。
• 任何属于库 test1 的表均使用 index-value 分发规则，并且使用名为 index1 的索引的所有列的值计算 partition 编号。如果指定的索引不存在，则报错。注意，index 指定的索引必须是唯一索引。
• 任何属于库 test2 的表均使用 columns 分发规则，并且使用列 id 和 a 的值计算 partition 编号。如果任一列不存在，则报错。
• 任何属于库 test3 的表均使用 table 分发规则。
• 对于属于库 test4 的表，因为不匹配上述任何一个规则，所以使用默认的 default，即 table 分发规则。

如果一张表，匹配了多个分发规则，以第一个匹配的规则为准。

[sink]
dispatchers = [
   {matcher = ['*.*'], dispatcher = "index-value"},
   {matcher = ['*.*'], partition = "index-value"},
]

{matcher = ['*.*'], dispatcher = "index-value", partition = "table"},

列选择功能

列选择功能支持对事件中的列进行选择，只将指定的列的数据变更事件发送到下游。

以如下示例配置文件中的 column-selectors 配置项为例：

[sink]
column-selectors = [
    {matcher = ['test.t1'], columns = ['a', 'b']},
    {matcher = ['test.*'], columns = ["*", "!b"]},
    {matcher = ['test1.t1'], columns = ['column*', '!column1']},
    {matcher = ['test3.t'], columns = ["column?", "!column1"]},
]

• 对于表 test.t1，只发送 a 和 b 两列的数据。
• 对于属于库 test 的表（除 t1 外），发送除 b 列之外的所有列的数据。
• 对于表 test1.t1，发送所有以 column 开头的列，但是不发送 column1 列的数据。
• 对于表 test3.t，发送所有以 column 开头且列名长度为 7 的列，但是不发送 column1 列的数据。
• 不匹配任何规则的表将不进行列过滤，发送所有列的数据。

横向扩展大单表的负载到多个 TiCDC 节点

该功能可以按照大单表的数据量和每分钟的修改行数将表的同步范围切分为多个，并使各个范围之间所同步的数据量和修改行数基本相同。该功能将这些范围分布到多个 TiCDC 节点进行同步，使得多个 TiCDC 节点可以同时同步大单表。该功能可以解决以下两个问题：

• 单个 TiCDC 节点不能及时同步大单表。
• TiCDC 节点之间资源（CPU、内存等）消耗不均匀。

配置样例如下所示：

[scheduler]
# 默认值为 "false"，设置为 "true" 以打开该功能。
enable-table-across-nodes = true
# 打开该功能后，该功能只对 Region 个数大于 `region-threshold` 值的表生效。
region-threshold = 100000
# 打开该功能后，该功能会对每分钟修改行数大于 `write-key-threshold` 值的表生效。
# 注意：
# * 该参数默认值为 0，代表该功能默认不会按表的修改行数来切分表的同步范围。
# * 你可以根据集群负载来配置该参数，如 30000，代表当表每分钟的更新行数超过 30000 时，该功能将会切分表的同步范围。
# * 当 `region-threshold` 和 `write-key-threshold` 同时配置时，
#   TiCDC 将优先检查修改行数是否大于 `write-key-threshold`，
#   如果不超过，则再检查 Region 个数是否大于 `region-threshold`。
write-key-threshold = 30000

一个表包含的 Region 个数可用如下 SQL 查询：

SELECT COUNT(*) FROM INFORMATION_SCHEMA.TIKV_REGION_STATUS WHERE DB_NAME="database1" AND TABLE_NAME="table1" AND IS_INDEX=0;

处理超过 Kafka Topic 限制的消息

Kafka Topic 对可以接收的消息大小有限制，该限制由 max.message.bytes 参数控制。当 TiCDC Kafka sink 在发送数据时，如果发现数据大小超过了该限制，会导致 changefeed 报错，无法继续同步数据。为了解决这个问题，TiCDC 新增一个参数 large-message-handle-option 并提供如下解决方案。

目前，如下功能支持 Canal-JSON 和 Open Protocol 两种编码协议。使用 Canal-JSON 协议时，你需要在 sink-uri 中设置 enable-tidb-extension=true。

TiCDC 层数据压缩功能

从 v7.4.0 开始，TiCDC Kafka sink 支持在编码消息后立即对数据进行压缩，并与消息大小限制参数比较。该功能能够有效减少超过消息大小限制的情况发生。

配置样例如下所示：

[sink.kafka-config.large-message-handle]
# 该参数从 v7.4.0 开始引入
# 默认为 "none"，即不开启编码时的压缩功能
# 可选值有 "none"、"lz4"、"snappy"，默认为 "none"
large-message-handle-compression = "none"

开启了 large-message-handle-compression 之后，消费者收到的消息经过特定压缩协议编码，消费者应用程序需要使用指定的压缩协议进行数据解码。

该功能和 Kafka producer 的压缩功能不同：

• large-message-handle-compression 中指定的压缩算法是对单条 Kafka 消息进行压缩，并且压缩是在与消息大小限制参数比较之前进行。
• 你也可以同时通过 sink-uri 的 compression 参数配置压缩算法，该配置启用的压缩功能应用在整个发送数据请求，其中包含多条 Kafka 消息。

如果设置了 large-message-handle-compression，TiCDC 在收到一条消息后，先将该消息与消息大小限制参数的值进行对比，大于该消息大小限制的消息会被压缩。如果同时还设置了 sink-uri 的 compression，TiCDC 会根据 sink-uri 的设置，在 sink 级别再次对整个发送数据请求进行压缩。

两种压缩方法的压缩率的计算方法均为：compression ratio = 压缩前的大小 / 压缩后的大小 * 100

只发送 Handle Key

从 v7.3.0 开始，TiCDC Kafka sink 支持在消息大小超过限制时只发送 Handle Key 的数据。这样可以显著减少消息的大小，避免因为消息大小超过 Kafka Topic 限制而导致 changefeed 发生错误和同步任务失败的情况。

Handle Key 指的是：

• 如果被同步的表有定义主键，主键即为 Handle Key 。
• 如果没有主键，但是有定义 Not NULL Unique Key，Unique Key 即为 Handle Key。

配置样例如下所示：

[sink.kafka-config.large-message-handle]
# 该参数从 v7.3.0 开始引入
# 默认为空，即消息超过大小限制后，同步任务失败
# 设置为 "handle-key-only" 时，如果消息超过大小，data 字段内容只发送 handle key；如果依旧超过大小，同步任务失败
large-message-handle-option = "handle-key-only"

消费只有 Handle Key 的消息

只有 Handle Key 数据的消息格式如下：

{
    "id": 0,
    "database": "test",
    "table": "tp_int",
    "pkNames": [
        "id"
    ],
    "isDdl": false,
    "type": "INSERT",
    "es": 1639633141221,
    "ts": 1639633142960,
    "sql": "",
    "sqlType": {
        "id": 4
    },
    "mysqlType": {
        "id": "int"
    },
    "data": [
        {
          "id": "2"
        }
    ],
    "old": null,
    "_tidb": {     // TiDB 的扩展字段
        "commitTs": 429918007904436226,  // TiDB TSO 时间戳
        "onlyHandleKey": true
    }
}

Kafka 消费者收到消息之后，首先检查 onlyHandleKey 字段。如果该字段存在且为 true，表示该消息只包含 Handle Key 的数据。此时，你需要查询上游 TiDB，通过 tidb_snapshot 读取历史数据来获取完整的数据。

发送大消息到外部存储

从 v7.4.0 开始，TiCDC Kafka sink 支持在消息大小超过限制时将该条消息发送到外部存储服务，同时向 Kafka 发送一条含有该大消息在外部存储服务中地址的消息。这样可以避免因为消息大小超过 Kafka Topic 限制而导致 changefeed 失败的情况。

配置样例如下所示：

[sink.kafka-config.large-message-handle]
# large-message-handle-option 从 v7.3.0 开始引入
# 默认为 "none"，即消息超过大小限制后，同步任务失败
# 设置为 "handle-key-only" 时，如果消息超过大小，data 字段内容只发送 Handle Key。如果依旧超过大小，同步任务失败
# 设置为 "claim-check" 时，如果消息超过大小，将该条消息发送到外部存储服务
large-message-handle-option = "claim-check"
claim-check-storage-uri = "s3://claim-check-bucket"

当指定 large-message-handle-option 为 claim-check 时，claim-check-storage-uri 必须设置为一个有效的外部存储服务地址，否则创建 changefeed 将会报错。

TiCDC 不会清理外部存储服务上的消息，数据消费者需要自行管理外部存储服务。

消费外部存储中的大消息

Kafka 消费者会收到一条含有大消息在外部存储服务中的地址的消息，格式如下：

{
    "id": 0,
    "database": "test",
    "table": "tp_int",
    "pkNames": [
        "id"
    ],
    "isDdl": false,
    "type": "INSERT",
    "es": 1639633141221,
    "ts": 1639633142960,
    "sql": "",
    "sqlType": {
        "id": 4
    },
    "mysqlType": {
        "id": "int"
    },
    "data": [
        {
          "id": "2"
        }
    ],
    "old": null,
    "_tidb": {     // TiDB 的扩展字段
        "commitTs": 429918007904436226,  // TiDB TSO 时间戳
        "claimCheckLocation": "s3:/claim-check-bucket/${uuid}.json"
    }
}

如果收到的消息有 claimCheckLocation 字段，Kafka 消费者根据该字段提供的地址读取以 JSON 格式存储的大消息数据。消息格式如下：

{
  key: "xxx",
  value: "xxx",
}

key 和 value 分别存有编码后的大消息，该消息原本应该发送到 Kafka 消息中的对应字段。消费者可以通过解析这两部分的数据，还原大消息的内容。