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APIs AUTO CDC : Simplifique a captura de dados de alterações (CDC) com pipeline

O pipeline declarativo (SDP) LakeFlow Spark simplifica a captura de dados de alterações (CDC) (CDC) com as APIs AUTO CDC e AUTO CDC FROM SNAPSHOT .

nota

As APIs AUTO CDC substituem as APIs APPLY CHANGES e têm a mesma sintaxe. As APIs APPLY CHANGES ainda estão disponíveis, mas a Databricks recomenda usar as APIs AUTO CDC em seu lugar.

A interface que você usa depende da origem dos dados de alteração:

  • Use AUTO CDC para processar alterações de um feed de dados de alterações (CDF).
  • Use AUTO CDC FROM SNAPSHOT (visualização pública e disponível somente para Python) para processar alterações no instantâneo do banco de dados.

Anteriormente, a instrução MERGE INTO era comumente usada para processar registros CDC no Databricks. Entretanto, MERGE INTO pode produzir resultados incorretos devido a registros fora de sequência ou requer lógica complexa para reordenar os registros.

A API AUTO CDC é suportada nas interfaces SQL e Python do pipeline. A API AUTO CDC FROM SNAPSHOT é suportada na interface Python. As APIs AUTO CDC não são suportadas pelo pipeline declarativo Apache Spark .

Tanto AUTO CDC quanto AUTO CDC FROM SNAPSHOT oferecem suporte à atualização de tabelas usando SCD tipo 1 e tipo 2:

  • Use o SCD tipo 1 para atualizar registros diretamente. a história não é mantida para registros atualizados.
  • Use o SCD tipo 2 para manter um histórico de registros, em todas as atualizações ou em atualizações de um conjunto específico de colunas.

Para sintaxe e outras referências, consulte AUTO CDC para pipeline (SQL), AUTO CDC para pipeline (Python) e AUTO CDC FROM Snapshot para pipeline (Python).

nota

Este artigo descreve como atualizar tabelas em seu pipeline com base em alterações nos dados de origem. Para aprender como registrar e consultar informações de alterações em nível de linha para tabelas Delta , consulte Usar o feed de dados de alterações Delta Lake no Databricks.

Requisitos​

Para usar as APIs CDC , seu pipeline deve ser configurado para usar o SDPserverless ou as edições SDP Pro ou Advanced .

Como o CDC é implementado com a API AUTO CDC?​

Ao lidar automaticamente com registros fora de sequência, a API AUTO CDC garante o processamento correto dos registros do CDC e elimina a necessidade de desenvolver lógica complexa para lidar com esses registros. Você deve especificar uma coluna nos dados de origem para sequenciar os registros, que as APIs interpretam como uma representação monotonicamente crescente da ordenação correta dos dados de origem. O pipeline lida automaticamente com dados que chegam fora de ordem. Para alterações SCD tipo 2, o pipeline propaga os valores de sequenciamento apropriados para as colunas __START_AT e __END_AT da tabela de destino. Deve haver uma atualização distinta por key em cada valor de sequenciamento, e valores de sequenciamento NULL não são suportados.

Para executar o processamento CDC com AUTO CDC, primeiro crie uma tabela de transmissão e, em seguida, use a instrução AUTO CDC ... INTO em SQL ou a função create_auto_cdc_flow() em Python para especificar a origem, a chave e o sequenciamento do feed de alterações. Para criar a tabela de transmissão de destino, use a instrução CREATE OR REFRESH STREAMING TABLE em SQL ou a função create_streaming_table() em Python. Veja os exemplos de processamento SCD tipo 1 e tipo 2 .

Para detalhes sobre a sintaxe, consulte a referênciaSQL do pipeline ou a referênciaPython.

Como o CDC é implementado com a API AUTO CDC FROM SNAPSHOT ?​

info

Visualização

A API AUTO CDC FROM SNAPSHOT está em Visualização Pública.

AUTO CDC FROM SNAPSHOT É uma API declarativa que determina de forma eficiente as alterações nos dados de origem, comparando uma série de Snapshots em ordem e, em seguida, executando o processamento necessário para o processamento CDC dos registros no Snapshot. AUTO CDC FROM SNAPSHOT é suportado apenas pela interface de pipeline Python .

AUTO CDC FROM SNAPSHOT suporta ingestão de Snapshot de vários tipos de fonte:

  • Use a ingestão periódica de Snapshot para ingerir Snapshot de uma tabela ou view existente. AUTO CDC FROM SNAPSHOT tem uma interface simples e otimizada para oferecer suporte à ingestão periódica de Snapshot de um objeto de banco de dados existente. Um novo Snapshot é ingerido com cada atualização pipeline , e o tempo de ingestão é usado como a versão do Snapshot. Quando um pipeline é executado no modo contínuo, vários Snapshots são ingeridos com cada atualização pipeline em um período determinado pela configuração do intervalo de gatilho para o fluxo que contém o processamento AUTO CDC FROM SNAPSHOT .
  • Use a ingestão de Snapshot histórico para processar arquivos que contêm Snapshot de banco de dados, como Snapshot gerado de um banco de dados Oracle ou MySQL ou de um data warehouse.

Para executar o processamento CDC de qualquer tipo de fonte com AUTO CDC FROM SNAPSHOT, primeiro crie uma tabela de transmissão e, em seguida, use a função create_auto_cdc_from_snapshot_flow() em Python para especificar o Snapshot, a chave e outros argumentos necessários para implementar o processamento. Veja os exemplos de ingestão periódica de Snapshot e ingestão histórica de Snapshot .

O Snapshot enviado para a API deve estar em ordem crescente de versão. Se o SDP detectar um Snapshot fora de ordem, um erro será gerado.

Para detalhes sobre a sintaxe, consulte a referência do pipelinePython.

Use várias colunas para sequenciamento​

Você pode sequenciar por várias colunas (por exemplo, um registro de data e hora e um ID para desempatar), você pode usar uma STRUCT para combiná-las: ela ordena pelo primeiro campo da STRUCT primeiro e, em caso de empate, considera o segundo campo, e assim por diante.

Exemplo em SQL:

SQL
SEQUENCE BY STRUCT(timestamp_col, id_col)

Exemplo em Python:

Python
sequence_by = struct("timestamp_col", "id_col")

Limitações​

A coluna usada para sequenciamento deve ser um tipo de dado classificável.

Exemplo: processamento de SCD tipo 1 e SCD tipo 2 com dados de origem CDF​

As seções a seguir fornecem exemplos de consultas SCD do tipo 1 e do tipo 2 que atualizam tabelas de destino com base em eventos de origem de um feed de dados de alterações que:

  1. Cria novos registros de usuário.
  2. Exclui um registro de usuário.
  3. Atualiza registros de usuários. No exemplo do SCD tipo 1, as últimas operações UPDATE chegam atrasadas e são descartadas da tabela de destino, demonstrando o tratamento de eventos fora de ordem.

Os exemplos a seguir pressupõem familiaridade com a configuração e atualização de pipelines. Veja o tutorial: Construir um pipeline ETL usando captura de dados de alterações (CDC).

Para executar esses exemplos, você deve começar criando um dataset de amostra. Consulte Gerar dados de teste.

A seguir encontram-se registros de entrada para esses exemplos:

userId

name

city

operation

sequenceNum

124

Raul

Oaxaca

INSERT

1

123

Isabel

Monterrey

INSERT

1

125

Mercedes

Tijuana

INSERT

2

126

Lily

Cancun

INSERT

2

123

null

null

DELETE

6

125

Mercedes

Guadalajara

UPDATE

6

125

Mercedes

Mexicali

UPDATE

5

123

Isabel

Chihuahua

UPDATE

5

Se você cancelar o comentário da linha final nos dados de exemplo, ele inserirá o seguinte registro que especifica onde os registros devem ser truncados:

userId

name

city

operation

sequenceNum

null

null

null

TRUNCATE

3

nota

Todos os exemplos a seguir incluem opções para especificar as operações DELETE e TRUNCATE , mas cada uma é opcional.

Processar atualizações do tipo 1 do SCD​

O exemplo a seguir demonstra o processamento de atualizações do SCD tipo 1:

Python
from pyspark import pipelines as dp
from pyspark.sql.functions import col, expr

@dp.view
def users():
  return spark.readStream.table("cdc_data.users")

dp.create_streaming_table("target")

dp.create_auto_cdc_flow(
  target = "target",
  source = "users",
  keys = ["userId"],
  sequence_by = col("sequenceNum"),
  apply_as_deletes = expr("operation = 'DELETE'"),
  apply_as_truncates = expr("operation = 'TRUNCATE'"),
  except_column_list = ["operation", "sequenceNum"],
  stored_as_scd_type = 1
)

Após executar o exemplo do SCD tipo 1, a tabela de destino contém os seguintes registros:

userId

name

city

124

Raul

Oaxaca

125

Mercedes

Guadalajara

126

Lily

Cancun

Depois de executar o exemplo do SCD tipo 1 com o registro TRUNCATE adicional, os registros 124 e 126 são truncados devido à operação TRUNCATE em sequenceNum=3, e a tabela de destino contém o seguinte registro:

userId

name

city

125

Mercedes

Guadalajara

Processar atualizações do tipo 2 do SCD​

O exemplo a seguir demonstra o processamento de atualizações do SCD tipo 2:

Python
from pyspark import pipelines as dp
from pyspark.sql.functions import col, expr

@dp.view
def users():
  return spark.readStream.table("cdc_data.users")

dp.create_streaming_table("target")

dp.create_auto_cdc_flow(
  target = "target",
  source = "users",
  keys = ["userId"],
  sequence_by = col("sequenceNum"),
  apply_as_deletes = expr("operation = 'DELETE'"),
  except_column_list = ["operation", "sequenceNum"],
  stored_as_scd_type = "2"
)

Após executar o exemplo do SCD tipo 2, a tabela de destino contém os seguintes registros:

userId

name

city

__START_AT

__END_AT

123

Isabel

Monterrey

1

5

123

Isabel

Chihuahua

5

6

124

Raul

Oaxaca

1

null

125

Mercedes

Tijuana

2

5

125

Mercedes

Mexicali

5

6

125

Mercedes

Guadalajara

6

null

126

Lily

Cancun

2

null

Uma consulta SCD tipo 2 também pode especificar um subconjunto de colunas de saída a serem rastreadas para histórico na tabela de destino. Alterações em outras colunas são atualizadas no local em vez de gerar novos registros históricos. O exemplo a seguir demonstra a exclusão da coluna city do acompanhamento:

O exemplo a seguir demonstra o uso do histórico de rastreamento com o SCD tipo 2:

Python
from pyspark import pipelines as dp
from pyspark.sql.functions import col, expr

@dp.view
def users():
  return spark.readStream.table("cdc_data.users")

dp.create_streaming_table("target")

dp.create_auto_cdc_flow(
  target = "target",
  source = "users",
  keys = ["userId"],
  sequence_by = col("sequenceNum"),
  apply_as_deletes = expr("operation = 'DELETE'"),
  except_column_list = ["operation", "sequenceNum"],
  stored_as_scd_type = "2",
  track_history_except_column_list = ["city"]
)

Depois de executar este exemplo sem o registro TRUNCATE adicional, a tabela de destino contém os seguintes registros:

userId

name

city

__START_AT

__END_AT

123

Isabel

Chihuahua

1

6

124

Raul

Oaxaca

1

null

125

Mercedes

Guadalajara

2

null

126

Lily

Cancun

2

null

Gerar dados de teste​

O código abaixo é fornecido para gerar um dataset de exemplo para uso nas consultas de exemplo presentes neste tutorial. Supondo que você tenha as credenciais adequadas para criar um novo esquema e uma nova tabela, você pode executar essas instruções usando um Notebook ou Databricks SQL. O código a seguir não se destina à execução como parte de uma definição pipeline :

SQL
CREATE SCHEMA IF NOT EXISTS cdc_data;

CREATE TABLE
  cdc_data.users
AS SELECT
  col1 AS userId,
  col2 AS name,
  col3 AS city,
  col4 AS operation,
  col5 AS sequenceNum
FROM (
  VALUES
  -- Initial load.
  (124, "Raul",     "Oaxaca",      "INSERT", 1),
  (123, "Isabel",   "Monterrey",   "INSERT", 1),
  -- New users.
  (125, "Mercedes", "Tijuana",     "INSERT", 2),
  (126, "Lily",     "Cancun",      "INSERT", 2),
  -- Isabel is removed from the system and Mercedes moved to Guadalajara.
  (123, null,       null,          "DELETE", 6),
  (125, "Mercedes", "Guadalajara", "UPDATE", 6),
  -- This batch of updates arrived out of order. The above batch at sequenceNum 6 will be the final state.
  (125, "Mercedes", "Mexicali",    "UPDATE", 5),
  (123, "Isabel",   "Chihuahua",   "UPDATE", 5)
  -- Uncomment to test TRUNCATE.
  -- ,(null, null,      null,          "TRUNCATE", 3)
);

Exemplo: Processamento periódico de snapshots​

O exemplo a seguir demonstra o processamento SCD tipo 2 que ingere o Snapshot de uma tabela armazenada em mycatalog.myschema.mytable. Os resultados do processamento são gravados em uma tabela chamada target.

mycatalog.myschema.mytable registros no carimbo de data/hora 2024-01-01 00:00:00

Chave

Valor

1

a1

2

a2

mycatalog.myschema.mytable registros no carimbo de data/hora 2024-01-01 12:00:00

Chave

Valor

2

b2

3

a3

Python
from pyspark import pipelines as dp

@dp.view(name="source")
def source():
 return spark.read.table("mycatalog.myschema.mytable")

dp.create_streaming_table("target")

dp.create_auto_cdc_from_snapshot_flow(
 target="target",
 source="source",
 keys=["key"],
 stored_as_scd_type=2
)

Após o processamento do Snapshot, a tabela de destino contém os seguintes registros:

Chave

Valor

__START_AT

__END_AT

1

a1

2024-01-01 00:00:00

2024-01-01 12:00:00

2

a2

2024-01-01 00:00:00

2024-01-01 12:00:00

2

b2

2024-01-01 12:00:00

null

3

a3

2024-01-01 12:00:00

null

Exemplo: Processamento de instantâneo histórico​

O exemplo a seguir demonstra o processamento SCD tipo 2 que atualiza uma tabela de destino com base em eventos de origem de dois Snapshots armazenados em um sistema de armazenamento cloud :

Snapshot em timestamp, armazenado em /<PATH>/filename1.csv

Chave

Coluna de Rastreamento

Coluna sem rastreamento

1

a1

b1

2

a2

b2

4

a4

b4

Snapshot em timestamp + 5, armazenado em /<PATH>/filename2.csv

Chave

Coluna de Rastreamento

Coluna sem rastreamento

2

a2_novo

b2

3

a3

b3

4

a4

b4_novo

O exemplo de código a seguir demonstra o processamento de atualizações SCD tipo 2 com estes Snapshots:

Python
from pyspark import pipelines as dp

def exist(file_name):
  # Storage system-dependent function that returns true if file_name exists, false otherwise

# This function returns a tuple, where the first value is a DataFrame containing the snapshot
# records to process, and the second value is the snapshot version representing the logical
# order of the snapshot.
# Returns None if no snapshot exists.
def next_snapshot_and_version(latest_snapshot_version):
  latest_snapshot_version = latest_snapshot_version or 0
  next_version = latest_snapshot_version + 1
  file_name = "dir_path/filename_" + next_version + ".csv"
  if (exist(file_name)):
    return (spark.read.load(file_name), next_version)
   else:
     # No snapshot available
     return None

dp.create_streaming_live_table("target")

dp.create_auto_cdc_from_snapshot_flow(
  target = "target",
  source = next_snapshot_and_version,
  keys = ["Key"],
  stored_as_scd_type = 2,
  track_history_column_list = ["TrackingCol"]
)

Após o processamento do Snapshot, a tabela de destino contém os seguintes registros:

Chave

Coluna de Rastreamento

Coluna sem rastreamento

__START_AT

__END_AT

1

a1

b1

1

2

2

a2

b2

1

2

2

a2_novo

b2

2

null

3

a3

b3

2

null

4

a4

b4_novo

1

null

Adicionar, alterar ou excluir dados em uma tabela de transmissão de destino​

Se o seu pipeline publicar tabelas no Unity Catalog, você poderá usar instruções de linguagem de manipulação de dados (DML), incluindo instruções de inserção, atualização, exclusão e merge , para modificar as tabelas de transmissão de destino criadas pelas instruções AUTO CDC ... INTO .

nota
  • As declarações DML que modificam o esquema de tabela de uma tabela de streaming não são suportadas. Certifique-se de que suas instruções DML não tentem evoluir o esquema da tabela.
  • As instruções DML que atualizam uma tabela de transmissão podem ser executadas somente em um cluster Unity Catalog compartilhado ou em um SQL warehouse usando Databricks Runtime 13.3 LTS e acima.
  • Como a transmissão requer somente anexação de fonte de dados, se o seu processamento exigir transmissão de uma tabela de transmissão de origem com alterações (por exemplo, por instruções DML), defina o sinalizador skipChangeCommits ao ler a tabela de transmissão de origem. Quando skipChangeCommits é definido, as transações que excluem ou modificam registros na tabela de origem são ignoradas. Se o seu processamento não exigir uma tabela de transmissão, você poderá usar uma view materializada (que não tenha a restrição de somente anexação) como tabela de destino.

Como o pipeline LakeFlow Spark Declarative usa uma coluna SEQUENCE BY especificada e propaga os valores de sequenciamento apropriados para as colunas __START_AT e __END_AT da tabela de destino (para SCD tipo 2), você deve garantir que as instruções DML usem valores válidos para essas colunas para manter a ordem correta dos registros. Veja Como o CDC é implementado com a API AUTO CDC?

Para obter mais informações sobre o uso de instruções DML com tabelas de transmissão, consulte Adicionar, alterar ou excluir dados em uma tabela de transmissão.

O exemplo seguinte insere um registro ativo com uma sequência inicial de 5:

SQL
INSERT INTO my_streaming_table (id, name, __START_AT, __END_AT) VALUES (123, 'John Doe', 5, NULL);

Ler um feed de dados de alteração de uma tabela de destino AUTO CDC​

No Databricks Runtime 15.2 e acima, você pode ler um feed de dados de alteração de uma tabela de transmissão que é o destino de consultas AUTO CDC ou AUTO CDC FROM SNAPSHOT da mesma forma que você lê um feed de dados de alteração de outras tabelas Delta . Os seguintes itens são necessários para ler o feed de dados de alteração de uma tabela de transmissão de destino:

  • A tabela de transmissão de destino deve ser publicada no Unity Catalog. Consulte Usar Unity Catalog com o pipeline.
  • Para ler o feed de dados alterados da tabela de transmissão de destino, você deve usar Databricks Runtime 15.2 ou superior. Para ler o feed de dados alterados em um pipeline diferente, o pipeline deve ser configurado para usar Databricks Runtime 15.2 ou superior.

Você lê o fluxo de dados de alterações de uma tabela de transmissão de destino criada no pipeline declarativo LakeFlow Spark da mesma forma que lê um fluxo de dados de alterações de outras tabelas Delta . Para saber mais sobre como usar a funcionalidade de feed de dados de alterações do Delta, incluindo exemplos em Python e SQL, consulte Usar o feed de dados de alterações do Delta Lake no Databricks.

nota

O registro do feed de dados de alteração inclui metadados que identificam o tipo de evento de alteração. Quando um registro é atualizado em uma tabela, os metadados dos registros de alteração associados normalmente incluem valores _change_type definidos como eventos update_preimage e update_postimage .

Entretanto, os valores _change_type serão diferentes se forem feitas atualizações na tabela de transmissão de destino que incluam alterações nos valores key primária. Quando as alterações incluem atualizações na chave primária, os campos de metadados _change_type são definidos como eventos insert e delete . Alterações na chave primária podem ocorrer quando atualizações manuais são feitas em um dos campos key com uma instrução UPDATE ou MERGE ou, para tabelas SCD tipo 2, quando o campo __start_at muda para refletir um valor de sequência começar anterior.

A consulta AUTO CDC determina os valores key primária, que diferem para o processamento SCD tipo 1 e SCD tipo 2:

  • Para processamento SCD tipo 1 e interface Python de pipeline, a key primária é o valor do parâmetro keys na função create_auto_cdc_flow() . Para a interface SQL , a key primária são as colunas definidas pela cláusula KEYS na instrução AUTO CDC ... INTO .
  • Para SCD tipo 2, a key primária é o parâmetro keys ou cláusula KEYS mais o valor de retorno das operações coalesce(__START_AT, __END_AT) , onde __START_AT e __END_AT são as colunas correspondentes da tabela de transmissão de destino.

Obtenha dados sobre registros processados por uma consulta CDC em andamento.​

nota

As seguintes métricas são capturadas somente por consultas AUTO CDC e não por consultas AUTO CDC FROM SNAPSHOT .

As seguintes métricas são capturadas por consultas AUTO CDC :

  • num_upserted_rows : O número de linhas de saída inseridas no dataset durante uma atualização.
  • num_deleted_rows : O número de linhas de saída existentes excluídas do dataset durante uma atualização.

A métrica num_output_rows , saída para fluxos não CDC, não é capturada para consultas AUTO CDC .

Quais objetos de dados são usados para o processamento do CDC em um pipeline?​

nota
  • Essas estruturas de dados se aplicam somente ao processamento AUTO CDC , não ao processamento AUTO CDC FROM SNAPSHOT .
  • Essas estruturas de dados se aplicam somente quando a tabela de destino é publicada no Hive metastore. Se um pipeline for publicado no Unity Catalog, as tabelas de suporte internas ficarão inacessíveis aos usuários.

Quando você declara a tabela de destino no Hive metastore, são criadas duas estruturas de dados:

  • Uma visualização usando o nome atribuído à tabela de destino.
  • Uma tabela de suporte interna usada pelo pipeline para gerenciar o processamento do CDC. Esta tabela é nomeada adicionando __apply_changes_storage_ antes do nome da tabela de destino.

Por exemplo, se você declarar uma tabela de destino chamada dp_cdc_target, você verá uma view chamada dp_cdc_target e uma tabela chamada __apply_changes_storage_dp_cdc_target no metastore. A criação de uma view permite que o pipeline declarativo LakeFlow Spark filtre as informações extras (por exemplo, marcadores de exclusão e versões) necessárias para lidar com dados fora de ordem. Para view os dados processados, consulte a view de destino. Como o esquema da tabela __apply_changes_storage_ pode mudar para suportar recursos ou melhorias futuras, você não deve consultar a tabela para uso em produção. Se você adicionar dados manualmente à tabela, presume-se que os registros sejam anteriores a outras alterações, pois as colunas de versão estão ausentes.

Recurso adicional​