4.2.2.3  java数据类型转换（待完善）

4.2.2.4 数据类型还原到HBASES（待完善）

4.3 RDBS数据依赖解决（表模式转换）

4.3.1 问题描述

在处理关系数据表数据的时候，由于关系数据库数据存在主键外键等依赖，必须将其进行必要的处理，做到表模式的转换，才能合理妥当的存入HBASE。

4.3.2 解决方案

杨寒冰[4]提出的四种表模式变换方法能解决上述问题

4.3.2.1 基本变换

（1）适用场景

以传统关系数据库中表设计模式定义的表变换成HBase中的表。

（2）变换方法

Goods表为表1，把表1的表名作为HBase中对应的表名，表1也添加到这个表的列族中。之后把表1的主键作为对应表的行键。

最后把表1中定义的所有属性添加到对应表的列族1中。

4.3.2.2 内嵌变换

（1）适用场景

查询表1中的某一行时就能够得到同这一行所关联的所有表2中的数据，这样就可以避免表1和表2的连接查询。

（2）方法

Goods表为表1、Color表为表2，表1的表名作为HBase中对应的表名；把表1和表2添加到列族中。表1的主键作为对应表的行键，随后把表1中定义的所有属性添加到对应表的列族1中，把表2中所有同表1这一行有关的所有行属性都放入到列族2中。根据情况删除表2。

4.3.2.3 分割变换

当从表3与其余表都存在1对1、1对多或多对多的关系时，可分割表，按照映射   关系把表3中的每一行内嵌到对应的表中。当查询表1或2中的某行时就能得到同这一行所关联的所有表3的数据，避免表3同其余与之有联系的所有表之间的连接查询。

4.3.2.4 内联变换

（1）适用场景

从表1到表2存在1对1、1对多或多对多关系，且表2到表3也存在这些关系时，把表3作为表1的内联表。当查询表1中的某一行时，得到同这一行通过表2所间接关联的所有表3中的数据，这样就可以避免表1、表2和表3这三张表之间的连接查询。

（2）方法

表1:Goods(主表)、表2:Model、表3:GoodsRelated。

把表3中所有同表1这一行通过表2有间接关联的所有行属性都放入到列族2中。

4.4 RDBS数据库的连接维护、中断续传处理处理、中间文件处理

4.4.1 问题描述

1：数据库连接中断或者连接不上，网络故障导致的无法连接。

2：同步遇到故障导致同步进行到一半的处理方法

3：中间文件日志表的备份和删除处理

4.4.2 解决方案

1：当遇到数据库连接故障，记录进系统日志并立即重试。并在控制台进行故障和原因输出，要求用户检查网络或者数据库配置。如果一直未成功，终止程序并记录日志。

2：由于工具采用的是中间文件同步方式，每个中间文件有大小限制（100万条数据为界限），如果同步中断，则保存下最后一条同步处的信息，在下次的时候，再次读取中间文件到上次记录的位置进行同步。

3：每个中间文件同步完成之后，备份到其他目录并删除这个中间文件。

第5章 系统结构

5.1 静态结构

5.1.1  概述

该工具在设计实现过程中遵循如下设计思想:

(1)Intemet环境中,实现可配置的手动导出与自动同步机制,保证可靠性前提下的成本有效实现。

(2)充分保证用户应用的自治性,在不影响原用户应用系统的前提下,于后台以中间件方式完成数据同步。

(3)基于Java虚拟机,可跨操作系统平台使用,具有精简同步功能集且便于扩展的异构数据库同步中间件平台软件。

工具的模块分解：

5.1.2  读表模块

本模块分层如上图所示，完成功能：

（1） 接收配置文件中的参数，根据参数进行RDBS连接和集群管理，并将HBASE参数信息根据需要存入要传输的数据交给表处理模块。

（2） 读取需要导出的RDBS数据表数据交给表处理模块

（3） 监控需要同步的RDBS表，将同步信息交给表处理模块

5.1.3  表处理模块

接收从读表模块传输过来的相关数据信息和HBASE信息，解决表数据依赖，生成中间文件传输给存表模块。

5.1.4  存表模块

本模块分层如上图所示，功能如下

（1） 接收从表处理模块传输的文件，进行HBASE处理

（2） 根据从表连接模块传输的HBASE信息，进行HBASE集群管理。

5.1.5 内部接口

1：表连接模块和sql数据库，读表模块，： JDBC/ODBC

2：表连接模块和HBASE，表存储模块：HADOOP

3：读表模块和表处理模块：表处理模块调用读表模块的API，得到数据表信息和需要同步的数据。

4；表处理模块和存表模块：存表模块调用表处理模块的API，获得需要存往HBASE的数据等信息。

5.2 动态结构

5.2.1 一次同步操作过程

第6章 数据结构

描述系统的数据模型、数据库表定义、配置文件定义。

6.1 数据模型

配置文件采用格式化的类xml格式文件，每个元数据项代表特定的含义。

中间传输文件采用xml文件，格式化的数据易于管理和传输。

日志文件采用普通的一行一行的信息写入，便于节省空间。

6.2 数据库表

6.2.1 配置文件参数设置(xml文件)

<config>

<RDBS>//关系数据库表

<database>//表1

<type>mysql</type>//数据库类型

<address>127.0.0.1:3306</address>//地址

<username>admin</username>//用户名

<password>000000</password>//密码

<table>userlist</table>//要同步的表

<timespace>2016/3/11 12:31:30 -- 2016/3/21 12:31:20</timespace>//同步的时间

</database>

<database>

<type>sqlserver</type>

<address>127.0.0.1:3306</address>

<username>admin</username>

<password>000000</password>

<table>userlist</table>

<timespace>2016/3/11 12:31:30 -- 2016/3/21 12:31:20</timespace>

...

</database>

</RDBS>

<HBASE>

<database>

<address>127.0.0.1:3306</address>

<username>admin</username>

<password>000000</password>

</database>

...

</HBASE>

</config>

6.2.2 log记录的每次导出/同步信息字典

6.2.3 每次故障的记录日志

6.2.4 中间文件（日志表）

第7章 系统性能

7.1 性能需求

系统的数据量级：HBASE数据量在TB级别，RDBS低于千万级别

响应时间：接收并开始处理时间：小于3秒；总处理时间：视数据量而定

同步性能：每秒达到至少万条信息的同步，总共处理时间不能超过30分钟，超时会我询问用户是否继续。

7.2 差错控制

第8章 参考资料

【1】者敬,开放式异构数据库复制框架的研究与实现,中国科学院软件研究所博士学位论文,2004

【2】蒋敏,基于网络隔离的异构数据库同步技术的研究与实现,浙江大学硕士学位论文,200

【3】沈敏,许华虎,季永华等,基于XML的分布式异构数据库数据同步系统的研究,计算机工程与应用,2005,41(5):184一186

【4】杨鹏，异构数据库同步中间件技术的研究与实现，国防科大研究生论文，2007

第1章 概述

1.1 目的

在java环境下，制作一个从关系数据库到HBASE的实时同步的工具，支持MS-sqlserver、oracle、mysql三种关系数据库类型。使数据维护人员在进行数据库维护和大数据运算的时候可以本别选用关系数据库和HBASE，充分发挥两种数据库模式的优点并避开其弊端。本文档供产品经理，开发人员、测试人员参考。

而在市面上已经有了HBASE和RDBS的导出工具，例如sqoop等，所以此处我们只做RDBS到HBASES的同步工具。

1.2 文档历史

1.3 术语

第2章 系统简介

2.1 系统功能

2.1.1  关系数据库管理

采用标准ODBC数据库接口，可连接的关系数据库为：MS-sqlserver、oracle、mysql。在RDBS的连接时均采用远程连接方式，从而更加便于管理，也可以同时连接多个不同数据库。

2.1.2  HBASE集群连接

在java环境下，利用Hadoop连接并管理HBASE集群。使用MapReduce进行大数据量的高速读写。

2.1.3  RDBS变化捕捉并同步到HBASE

应用触发器-日志表的变化捕捉策略捕捉RDBS的变化，然后将信息同步到HBASE并写入日志。可以选择对特定的数据表、特定的列进行监控同步，也可以设置在某个时间段内进行监控同步。

2.1.4 配置文件管理

每次操作的输入方式为配置文件输入。可以在配置文件中自定义要输入的参数（在已参数类型的子集中），然后通过读取参数直接开始处理，便于管理也不易于出错。

2.1.5 处理日志管理

每次操作都会存入日志文件，并定期备份日志，做好每次监控。

2.1.6 其他

管理的集群大小为小于等于四个；工具响应时间应该小于五秒，总体处理时间视数据量而定；系统稳定，当出现故障能自动尝试重连并记录日志；移植性好，多平台通用。

2.2 系统环境

第3章 系统用例

3.1 用例参与者

3.1.1 RDBS和HBASE

支持以JDBC、ODBC或者sql方式连接的数据库，可连接数据库集群

3.1.2 工具使用人员

支持配置文件配置、命令行操作，实时过程反馈和日志反馈

3.1.3  维护人员

工具日常维护，日志维护

3.2 用例简介

3.3 数据库连接管理

3.3.1 用户通过配置文件连接数据库并选定同步表等信息

u 前置条件

用户编写规范的配置文件，在配置文件中设置了完整的参数,用户填写完整即可

u 事件流

1：工具从配置文件读取数据库地址、数据库类型、数据库的用户名、密码、操作方式、要者同步的表、时间段监控等参数

2：工具按照配置文件的参数连接数据库成功，并根据配置文件中参数进行者同步

u 后置条件

方式选择成功，生成日志文件，并反馈成功信息和操作信息给用户

3.3.2  数据库访问受限或者密码错误

u 前置条件

被连接的数据库指定ip地址，数据库用户需要密码连接

u 事件流

1：工具读取配置文件中的错误密码

2：工具使用错误密码无法连接到数据库

u 后置条件

控制台输出错误信息、提示用户重新配置，并写入操作日志。

3.4 集群管理

3.4.1 集群的连接

u 前置条件

工具读取配置文件中的集群信息

u 事件流

1：工具读取配置文件中的集群信息参数

2：工具根据参数进行集群连接

u 后置条件

工具根据其他参数对集群中的数据表进行同步操作

3.4.2 集群的增加

u 前置条件

工具读取配置文件中的新增集群信息

u 事件流

1：工具读取用户输入的新增的集群信息参数

2：工具根据参数进行新增集群连接

u 后置条件

反馈连接状态，工具根据其他参数对集群中的数据表进行导出或者同步操作

3.4.3 集群的删除

u 前置条件

工具读取配置文件中的要删除的集群信息参数

u 事件流

1：工具读取配置文件中的需要删除的集群信息删除集群信息参数

2：工具根据参数进行集群删除

u 后置条件

反馈删除状态，工具根据其他参数对集群中的数据表进行导出或者同步操作

3.5 日志和中间文件管理

3.5.1 日志写入

u 前置条件

工具读取配置文件中的集群信息

u 事件流

1：工具读取配置文件中的集群信息参数

2：工具根据参数进行集群连接

u 后置条件

工具根据其他参数对集群中的数据表进行导出或者同步操作

3.5.2 中间文件的写入

u 前置条件

工具读取需要导出的关系数据表完成，或者捕捉关系数据表的变化成功

u 事件流

1：工具获取需要导出的表的数据，或者获取变化的数据表的数据和相关信息

2：工具将信息通过处理模块处理之后得到数据

3：工具将数据存储到XML中间文件中

u 后置条件

中间文件被继续传输到中间文件读取模块

3.5.3 中间文件的读取

u 前置条件

工具的存表模块接收到XML中间文件

u 事件流

1：工具读取XML中间文件中的信息和数据

u 后置条件

工具将读取的数据根据相关信息存入HBASE

第4章 关键问题和解决方案

4.1 变化捕捉策略选择和分析

4.1.1 问题描述

关系数据库变化捕捉和同步策略之间联系紧密，因此一个准确高效的变化捕捉策略是必不可少的，而在市面上有各种解决方案供我们选择。通过比较，我们选择以下解决方案。

4.1.2 选择方案：杨鹏的论文：异构数据库同步中间件的设计和实现[4]

u 概述

该论文中提出了一种基于触发器和专用数据表（自定义的日志表）的数据变化捕捉方法：日志表法。通过触发器将同步所需的变更控制信息记录在统一的表中，这张存有变更控制信息的表被称日志表，在同步时，根据日志表提供的同步控制信息，对更改的数据进行同步。

u 详细描述（捕捉方法设计）

4.1.5.1 日志表设计

日志表需要记录变更数据项的主键值、变更数据项所在表名称、变更类型、数据变更时间并标志出同步表中哪些字段发生更新。

4.1.5.2 触发器设计

在同步表上建立触发器,针对INSERT、UPDATE和DELE住操作,触发器

完成不同工作,将必要的控制信息记录在日志表中。由于不同数据库中触发器语

法不尽相同,流程图中使用伪代码,其中synceslog为日志表名称;syncTN为同步

表名称;keycN为同步表主键字段名称;oldR表示变更前的记录;NewR表示变

更后的记录;ct为当前时间。

4.1.5.2.1 新建记录触发器

在同步表上执行INSERT操作时,触发器的工作流程如下图所示。DML操作新建一条记录时,针对INSERI,操作的触发器将新建记录的主键值记入日志表的key_field字段;将表名称记入source_field字段;将变更状态“N”记入tyPe_field字段;将操作时间记入time_field字段。如果日志表内己经存在该条记录的控制信息(即key_field字段内的值等于该记录的主键且source_field字段记录的值等于表名称),则使用本次DML操作的控制信息更新日志表中的记录。工作流图如下：

4.1.5.2.2 更新记录触发器

在同步表上执行uPDATE操作时,触发器首先判断发生更新的字段是否为主

键,若主键发生更新,则先删除日志表中所有与旧主键值对应的日志记录,然后

记录下两条新的控制信息,一条标志出旧主键值对应的记录被删除,另一条标志

出新主键值对应的记录被插入，工作流图如下：

若非主键字段发生更新,触发器工作流程如下图所示。其中BITOR()函数

表示对参数进行位或运算

上图的判断分支中增加了tyPe_field=u,的条件,这使同步表中的一条记录可能对应两条日志记录,这两条日志记录的状态分别是N和U。同一条记录产生的U状态控制信息不会覆盖之前的N状态控制信息。一条记录的多次更新操作只在日志表内对应一条状态为u的控制信息,每次更新操作被累积记录于ucn_field字段,更新的字段以二进制位的形式标记,转换为十进制数值后记录于ucn_field字段。将ucn记入ucnfield字段时,要将ucn与该字段内的旧值做位或运算。位或运算将多次更新操作所更改的字段累积记录下来,而不是为每次更新操作都保存一条日志记录,减少了对数据库空间的占用。

用来标识字段变更的ucn变量可以通过下述步骤获得:

(l)令ucn等于0。

(2)逐个判断记录中各个字段的值是否发生更新,若发生更新,则从数据库系统表内获得该更新字段对应的ID值id,令ucn=BIToR(ucn,z’(id-1,))

4.1.5.2.3 删除记录触发器

在同步表上执行DE几LE操作时,触发器的工作流程如图3.4所示。DML语

句删除表内一条记录时,此前日志表内该记录对应的所有控制信息都已经没有意

义,触发器首先删除日志表内该记录的所有旧控制信息,然后新建状态为D的对

应控制信息。

4.1.3 变化捕捉方法总结

综上：我们采用4.1.5中提出的变化捕捉方法。借助日志表中记录的控制信息,可以方便的找到变更数据项并得到最新的数据值。

日志表法变化捕捉方法与一般日志信息记录方式不同,并不是对每一条DML操作都记录下一条日志信息,日志表内日志信息的最大数量为同步表内记录数的2倍,不会随用户操作数目的增加而无限制的增加。且日志表变化捕捉方法只在日志表中记录变更控制信息,没有记录具体的变更数据值,减少了对数据库空间的占用。

由于绝大多数的数据库都支持触发器,使基于触发器的变化捕捉方法有很强的通用性,在同步表上建立触发器不会改变用户数据结构与字段数据类型,日志表变化捕捉方法与应用无关,使异构数据库同步中间件系统与用户应用之间为松祸合关系,充分保证了用户应用的自治性,使同步系统具有广泛的适用性。

4.2 异构处理方法

4.2.1 数据库平台异构问题处理

4.2.1.1 问题描述

解决异构数据库RDBS和HBASE导出和同步时数据库间的异构问题

4.2.1.2 解决方案

为解决平台异构,必须为异构数据库同步中间件系统寻找一种具有跨平台性的实现语言。Java通过其虚拟机机制(JVM)获得优良的跨平台性,在网络服务、应用、平台无关的桌面应用以及嵌入式设备等应用领域中被广泛使用。因此作为一种面向对象、平台无关且支持多线程的编程语言,Java成为异构数据库同步中间件系统实现的必然选择

4.2.2 数据类型异构处理

4.2.2.1 问题描述

数据库厂商及标准化组织联合颁布过一系列的SQL标准(例如SQL_86、SQL_89、SQL_92等),现在大多数数据库开发商支持SQL_92标准,但并不是完全符合这个标准。每一个数据库开发商都试图扩展这个标准,以增强产品的功能,提高产品的吸引力,例如Oraele的PL/SQL,MS-SQLServer的Transact_SQL。HBASE是基于列存储的，数据结构也和上述数据库不相同，这些导致了在导出和同步的时候必须要考虑数据库数据类型的异构。

4.2.2.2 解决方案分析

不同数据库厂商的异构数据库产品支持不同的数据类型,为转换异构数据类型以实现异构数据库数据之间的数据共享及同步,蒋敏提出将异构数据类型统一转换为SQL_92标准数据类型方法,者敬提出将异构数据类型统一转化为己有的C语言数据类型。他们都有缺陷：

1、考虑的异构数据类型不够全面。各种方法所考虑的数据类型都为数据库中常见的数据类型,没有考虑异构数据库中各种真正需要转换的特有数据类型。

2、转换目标数据类型有局限性不能完全满足待转换的各个数据类型的需要。在上述方法中无论是SQL一92标准中的数据类型、己有的C语言数据类型还是自定义的中间数据库类型都只能完成异构数据库中部分数据类型转换的需要。

3、转换过程不完全,没有考虑转换后的数据在网络中传输和在异构平台上使用的问题。由于网络传输和异构软硬件平台带来的编码解码问题,同类数据在转换为统一数据类型后还需进一步转化成能够在网络中正确传输和还原的数据

4.2.2.2 关系数据库数据类型到java数据类型（待完善）

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