突破数据孤岛：OceanBase CDC实现业务实时数据同步

你是否还在为数据库间数据同步延迟发愁？是否因无法实时捕获数据变更而错失业务良机？本文将详解OceanBase的CDC（Change Data Capture，数据变更捕获）功能，带你掌握从数据变更捕获到跨系统同步的完整解决方案，让你轻松实现业务数据的实时流动。

读完本文你将获得：

• 理解OceanBase CDC的核心架构与工作原理
• 掌握CDC功能的部署与配置方法
• 学会使用CDC进行数据同步的实战技巧
• 了解CDC在实际业务场景中的应用案例

什么是OceanBase CDC

CDC（Change Data Capture，数据变更捕获）是OceanBase提供的一项核心功能，它能够实时捕获数据库中的数据变更，并将这些变更以结构化的方式同步到其他系统。这一功能为企业构建实时数据管道、实现业务系统间的数据协同提供了强大支持。

OceanBase CDC功能主要通过src/logservice/cdcservice/和src/logservice/libobcdc/两个模块实现。其中，cdcservice模块负责数据变更的捕获和处理，而libobcdc模块则提供了客户端接口，方便用户消费变更数据。

OceanBase CDC的核心架构

OceanBase CDC功能采用了分层设计，主要包含以下几个核心组件：

CDC服务（ObCdcService）

CDC服务是整个功能的核心，负责协调各个组件的工作。它通过ObCdcService类实现，提供了数据变更捕获、日志读取、客户端连接管理等功能。

class ObCdcService: public lib::TGRunnable
{
public:
  int init(const uint64_t tenant_id, ObLSService *ls_service);
  void run1() override;
  int start();
  void stop();
  void wait();
  void destroy();
  
  // 核心接口
  int req_start_lsn_by_ts_ns(const obrpc::ObCdcReqStartLSNByTsReq &req,
      obrpc::ObCdcReqStartLSNByTsResp &resp);
  int fetch_log(const obrpc::ObCdcLSFetchLogReq &req,
      obrpc::ObCdcLSFetchLogResp &resp,
      const int64_t send_ts,
      const int64_t recv_ts);
  int fetch_raw_log(const obrpc::ObCdcFetchRawLogReq &req,
      obrpc::ObCdcFetchRawLogResp &resp,
      const int64_t send_ts,
      const int64_t recv_ts);
  // ...
};

日志获取器（ObCdcFetcher）

日志获取器负责从OceanBase的事务日志中读取变更数据。它支持两种获取模式：

1. 在线模式（FETCHMODE_ONLINE）：直接从数据库实例的内存日志中读取变更
2. 归档模式（FETCHMODE_ARCHIVE）：从归档存储中读取历史变更日志

这两种模式的切换由ClientLSCtx类管理，确保在不同场景下都能高效获取变更数据。

客户端上下文（ClientLSCtx）

客户端上下文用于管理每个CDC客户端连接的状态信息，包括：

• 客户端进度（client_progress_）
• 当前使用的协议类型（proto_type_）
• 日志获取模式（fetch_mode_）
• 流量统计信息（traffic_stat_info_）

这些信息通过ClientLSCtx类进行封装，确保每个客户端连接都能独立、高效地工作。

CDC数据同步流程

OceanBase CDC的数据同步流程主要包括以下几个步骤：

1. 初始化CDC服务：通过ObCdcService::init()方法初始化CDC服务，设置租户ID、日志服务等关键参数。

2. 定位起始LSN：客户端通过req_start_lsn_by_ts_ns()方法，根据时间戳定位到对应的日志序列号（LSN），作为数据同步的起点。

3. 获取变更日志：客户端调用fetch_log()或fetch_raw_log()方法获取变更数据。其中：

   • fetch_log()：获取格式化的日志条目
   • fetch_raw_log()：获取原始日志数据

4. 处理变更数据：客户端收到变更数据后，根据业务需求进行处理，如写入目标数据库、更新缓存等。

5. 更新同步进度：客户端定期更新同步进度，确保在发生故障时能够从断点继续同步。

CDC工作流程图

sequenceDiagram
    participant Client
    participant ObCdcService
    participant ObCdcFetcher
    participant LogStorage
    
    Client->>ObCdcService: 初始化连接(init)
    Client->>ObCdcService: 请求起始LSN(req_start_lsn_by_ts_ns)
    ObCdcService->>LogStorage: 查询起始LSN
    LogStorage-->>ObCdcService: 返回起始LSN
    ObCdcService-->>Client: 返回起始LSN
    
    loop 数据同步循环
        Client->>ObCdcService: 获取变更日志(fetch_log)
        ObCdcService->>ObCdcFetcher: 读取日志
        ObCdcFetcher->>LogStorage: 读取日志数据
        LogStorage-->>ObCdcFetcher: 返回日志数据
        ObCdcFetcher-->>ObCdcService: 处理日志数据
        ObCdcService-->>Client: 返回变更数据
        Client->>Client: 处理变更数据
        Client->>ObCdcService: 更新同步进度
    end

部署与配置CDC功能

前提条件

在使用OceanBase CDC功能前，需要确保：

1. OceanBase集群已正常部署并运行
2. 已启用归档日志（如需要同步历史数据）
3. 具有足够权限的数据库用户

配置CDC服务

CDC服务的配置主要通过ObCdcService::init()方法完成：

int ObCdcService::init(const uint64_t tenant_id, ObLSService *ls_service)
{
  int ret = OB_SUCCESS;

  if (IS_INIT) {
    ret = OB_INIT_TWICE;;
    EXTLOG_LOG(WARN, "ObCdcService has inited", KR(ret));
  } else if (OB_FAIL(ls_ctx_map_.init("ExtClientLSCtxM", tenant_id))) {
    EXTLOG_LOG(WARN, "ls ctx map init failed", KR(ret), K(tenant_id));
  } else if (OB_FAIL(large_buffer_pool_.init("CDCService", 1L * 1024 * 1024 * 1024))) {
    EXTLOG_LOG(WARN, "large buffer pool init failed", KR(ret), K(tenant_id));
  } else if (OB_FAIL(log_ext_handler_.init())) {
    EXTLOG_LOG(WARN, "log ext handler init failed", KR(ret), K(tenant_id));
  } else if (OB_FAIL(locator_.init(tenant_id, this, &large_buffer_pool_, &log_ext_handler_))) {
    EXTLOG_LOG(WARN, "ObCdcStartLsnLocator init failed", KR(ret), K(tenant_id));
  } else if (OB_FAIL(fetcher_.init(tenant_id, ls_service, this, &large_buffer_pool_, &log_ext_handler_))) {
    EXTLOG_LOG(WARN, "ObCdcFetcher init failed", KR(ret), K(tenant_id));
  } else if (OB_FAIL(create_tenant_tg_(tenant_id))) {
    EXTLOG_LOG(WARN, "cdc thread group create failed", KR(ret), K(tenant_id));
  } else {
    dest_info_version_ = 0;
    tenant_id_ = tenant_id;
    is_inited_ = true;
  }

  return ret;
}

关键配置参数包括：

• tenant_id：租户ID
• large_buffer_pool_：缓冲区大小，默认为1GB
• log_ext_handler_：日志外部存储处理器

启动CDC服务

CDC服务的启动通过ObCdcService::start()方法完成：

int ObCdcService::start()
{
  int ret = OB_SUCCESS;

  if (IS_NOT_INIT) {
    ret = OB_NOT_INIT;
    EXTLOG_LOG(WARN, "ObCdcService not init", K(ret));
  } else if (OB_FAIL(log_ext_handler_.start(0))) {
    EXTLOG_LOG(WARN, "log ext handler start failed", K(ret));
  } else if (OB_FAIL(start_tenant_tg_(tenant_id_))) {
    EXTLOG_LOG(ERROR, "start CDCService failed", KR(ret));
  } else {
    stop_flag_ = false;
  }

  return ret;
}

CDC功能的应用场景

实时数据仓库构建

利用CDC功能，可以将OceanBase中的业务数据实时同步到数据仓库，为企业决策提供实时数据支持。这种方式相比传统的批量ETL，具有以下优势：

• 同步延迟低，可实现准实时同步
• 对源数据库影响小，通过读取日志而非查询表
• 可捕获所有变更，包括插入、更新、删除操作

多活数据中心

在多活数据中心架构中，CDC功能可以用于实现数据中心之间的数据同步，确保各个数据中心的数据一致性。通过配置双向CDC同步，可以实现数据的双向流动，提高系统的可用性和容错能力。

微服务间数据同步

在微服务架构中，不同服务通常使用独立的数据库。CDC功能可以实现微服务间的数据同步，避免了传统的API调用方式带来的耦合和性能问题。

数据备份与恢复

CDC功能可以作为传统备份的补充，提供更细粒度的恢复能力。通过实时捕获数据变更，可以实现到任意时间点的恢复，大大减少数据丢失风险。

性能优化与最佳实践

调整缓冲区大小

OceanBase CDC使用large_buffer_pool_作为缓冲区，默认大小为1GB。在数据量较大的场景下，可以适当调大缓冲区大小：

// 默认初始化代码
if (OB_FAIL(large_buffer_pool_.init("CDCService", 1L * 1024 * 1024 * 1024))) {
  EXTLOG_LOG(WARN, "large buffer pool init failed", KR(ret), K(tenant_id));
}

合理设置同步频率

根据业务需求合理设置同步频率，在实时性和系统负载之间取得平衡。对于非关键业务，可以适当降低同步频率，减少系统资源消耗。

分库分表同步策略

对于分库分表场景，建议为每个表或表组单独配置CDC同步任务，避免单个同步任务负载过重。同时，可以通过ClientLSKey对不同表的同步上下文进行隔离：

ClientLSKey ls_key(client_id.get_addr(), client_id.get_pid(), client_tenant_id, ls_id);

监控与告警

OceanBase CDC提供了完善的监控指标，通过TrafficStatInfo类收集同步过程中的关键指标：

struct ClientLSTrafficStat
{
  ClientLSTrafficStat() { reset(); }
  ~ClientLSTrafficStat() { reset(); }
  void reset()
  {
    last_snapshot_time_ = ObTimeUtility::current_time();
    rpc_cnt_ = 0;
    time_stat_.reset();
  }
  
  int64_t last_snapshot_time_;
  int64_t rpc_cnt_;
  ClientLSTimeStat time_stat_;
};

建议监控以下关键指标，并设置合理的告警阈值：

• 同步延迟：超过5秒触发告警
• 同步失败次数：连续失败3次触发告警
• 网络流量：超过阈值时触发告警

常见问题与解决方案

同步延迟过大

可能原因：

1. 源数据库负载过高
2. 网络带宽不足
3. 目标系统处理能力不足

解决方案：

1. 优化源数据库性能，确保有足够资源处理CDC请求
2. 增加网络带宽，或考虑在同一数据中心内部署同步服务
3. 优化目标系统处理逻辑，提高处理效率
4. 考虑使用批处理方式，减少网络交互次数

同步中断或失败

可能原因：

1. 网络故障
2. 源数据库或目标系统重启
3. 权限变更

解决方案：

1. 实现自动重连机制，确保连接中断后能够自动恢复
2. 定期保存同步进度，确保故障后可以从断点继续
3. 监控同步状态，及时发现并处理异常

数据不一致

可能原因：

1. 同步过程中发生数据冲突
2. 目标系统处理逻辑错误
3. CDC捕获的数据不完整

解决方案：

1. 设计合理的冲突解决策略，如基于时间戳或版本号的冲突解决
2. 加强目标系统处理逻辑的测试，确保正确性
3. 定期进行数据一致性校验，及时发现并纠正不一致数据

总结与展望

OceanBase CDC功能为企业提供了强大的数据变更捕获与同步能力，通过实时、高效的数据同步，打破了传统数据孤岛的限制，为构建实时数据平台奠定了基础。

随着业务的发展，OceanBase CDC功能将在以下几个方面持续优化：

1. 多源异构数据同步：支持将数据同步到更多类型的目标系统，如Elasticsearch、Kafka等
2. 智能化同步策略：根据数据重要性和访问频率，自动调整同步策略
3. 增强的数据转换能力：提供更丰富的数据转换功能，满足复杂业务需求
4. 更完善的监控与运维工具：降低运维复杂度，提高系统可靠性

通过本文的介绍，相信你已经对OceanBase CDC功能有了深入的了解。如需进一步学习，可以参考以下资源：

• 官方文档：提供了更详细的配置和使用说明
• 源代码：深入了解CDC功能的实现细节
• 示例代码：提供了CDC功能的使用示例

掌握OceanBase CDC功能，让你的业务数据流动起来，为企业数字化转型注入新的动力！

如果觉得本文对你有帮助，请点赞、收藏并关注，获取更多OceanBase技术干货！下期我们将介绍OceanBase与大数据平台的集成方案，敬请期待！