MongoDB change stream 详解

文章目录

- 什么是 Chang Streams
- 实现原理
- 故障恢复
- 使用场景
- Spring Boot整合Chang Stream

什么是 Chang Streams

Change Stream指数据的变化事件流，MongoDB从3.6版本开始提供订阅数据变更的功能。

Change Stream 是 MongoDB 用于实现变更追踪的解决方案，类似于关系数据库的触发器，但原理不完全相同：

在这里插入图片描述

实现原理

**Change Stream 是基于 oplog 实现的，提供推送实时增量的推送功能。**它在 oplog 上开启一个 tailable cursor 来追踪所有复制集上的变更操作，最终调用应用中定义的回调函数。

被追踪的变更事件主要包括：

insert/update/delete：插入、更新、删除；
drop：集合被删除；
rename：集合被重命名；
dropDatabase：数据库被删除；
invalidate：drop/rename/dropDatabase 将导致 invalidate 被触发，并关闭 change stream；

从MongoDB 6.0开始，change stream支持DDL事件的更改通知，如createIndexes和dropIndexes事件。

在这里插入图片描述

如果只对某些类型的变更事件感兴趣，可以使用使用聚合管道的过滤步骤过滤事件：

var cs = db.user.watch([{
    $match:{operationType:{$in:["insert","delete"]}}
}])

db.watch()语法： https://www.mongodb.com/docs/manual/reference/method/db.watch/#example

Change Stream会采用 "readConcern：majority"这样的一致性级别，保证写入的变更不会被回滚。因此：

未开启 majority readConcern 的集群无法使用 Change Stream；
当集群无法满足 {w: “majority”} 时，不会触发 Change Stream（例如 PSA 架构中的 S 因故障宕机）。

MongoShell测试

# 窗口1执行 watch()
db.user.watch([],{maxAwaitTimeMS:1000000})

# 窗口2进行一条新增操作
db.user.insert({name:"xxxx"})

在这里插入图片描述

# mongodb 6 的版本这里就只是简单的打印一条日志
rs0 [direct: primary] test> db.emp.watch([], {maxAwaitTimeMS:1000000})
ChangeStreamCursor on emp

故障恢复

假设在一系列写入操作的过程中，订阅 Change Stream 的应用在接收到“写3”之后于 t0 时刻崩溃，重启后后续的变更怎么办？

在这里插入图片描述

想要从上次中断的地方继续获取变更流，只需要保留上次变更通知中的 _id 即可。 Change Stream 回调所返回的的数据带有 _id，这个 _id 可以用于断点恢复。例如：

var cs = db.collection.watch([], {resumeAfter: <_id>})

即可从上一条通知中断处继续获取后续的变更通知。

使用场景

监控

用户需要及时获取变更信息（例如账户相关的表），ChangeStreams 可以提供监控功能，一旦相关的表信息发生变更，就会将变更的消息实时推送出去。
分析平台

例如需要基于增量去分析用户的一些行为，可以基于 ChangeStreams 把数据拉出来，推到下游的计算平台，比如类似 Flink、Spark 等计算平台等等。
数据同步

基于 ChangeStreams，用户可以搭建额外的 MongoDB 集群，这个集群是从原端的 MongoDB 拉取过来的，那么这个集群可以做一个热备份，假如源端集群发生网络不通等等之类的变故,备集群就可以接管服务。还可以做一个冷备份，如用户基于 ChangeStreams 把数据同步到文件，万一源端数据库发生不可服务，就可以从文件里恢复出完整的 MongoDB 数据库，继续提供服务。（当然，此处还需要借助定期全量备份来一同完成恢复）另外数据同步它不仅仅局限于同一地域，可以跨地域，从北京到上海甚至从中国到美国等等。
消息推送

假如用户想实时了解公交车的信息，那么公交车的位置每次变动，都实时推送变更的信息给想了解的用户，用户能够实时收到公交车变更的数据，非常便捷实用。

注意事项

Change Stream 依赖于 oplog，因此中断时间不可超过 oplog 回收的最大时间窗；
在执行 update 操作时，如果只更新了部分数据，那么 Change Stream 通知的也是增量部分；
删除数据时通知的仅是删除数据的 _id。

Spring Boot整合Chang Stream

引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-mongodb</artifactId>
</dependency>

配置yml

spring:
  data:
    mongodb:
      uri: mongodb://hushang:123456@192.168.75.100:28017,192.168.75.100:28018,192.168.75.100:28019/test?authSource=admin&replicaSet=rs0

配置mongo监听器，用于接收数据库的变更信息

package com.hs.learn.changestream;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.Message;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.MessageListener;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * @Description: change stream 监听器
 * @Author 胡尚
 * @Date: 2024/8/1 14:34
 */
@Component
@Slf4j
public class DocumentMessageListener<S,T> implements MessageListener<S, T> {

    @Override
    public void onMessage(Message<S, T> message) {

        // TODO 在监听器方法中完成自己的定制化需求

        log.info("Received Message in collection: {}", message.getProperties().getCollectionName());
        log.info("trawsource: {}", message.getRaw());
        log.info("tconverted: {}", message.getBody());
    }
}

配置 mongo监听器的容器MessageListenerContainer，spring启动时会自动启动监听的任务用于接收changestream

package com.hs.learn.config;

import com.hs.learn.changestream.DocumentMessageListener;
import com.mongodb.ReadConcern;
import com.mongodb.ReadPreference;
import com.mongodb.TransactionOptions;
import com.mongodb.WriteConcern;
import com.mongodb.client.model.changestream.FullDocument;
import org.bson.Document;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.mongodb.MongoDatabaseFactory;
import org.springframework.data.mongodb.MongoTransactionManager;
import org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate;
import org.springframework.data.mongodb.core.aggregation.Aggregation;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.ChangeStreamRequest;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.DefaultMessageListenerContainer;
import org.springframework.data.mongodb.core.messaging.MessageListenerContainer;
import org.springframework.data.mongodb.core.query.Criteria;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * @Description: mongodb的配置类
 * @Author 胡尚
 * @Date: 2024/7/31 14:52
 */
@Configuration
public class MongodbConfig {

    /**
     * change stream的配置
     *
     * @param template                引入mongodb的依赖后，内置的bean对象
     * @param documentMessageListener 自定义的messageListener
     * @return
     */
    @Bean
    public MessageListenerContainer messageListenerContainer(MongoTemplate template, DocumentMessageListener documentMessageListener) {
        // 创建一个线程池
        Executor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5));

        // 创建一个MessageListenerContainer对象
        MessageListenerContainer messageListenerContainer = new DefaultMessageListenerContainer(template, executor) {
            @Override
            public boolean isAutoStartup() {
                return true;
            }
        };

        ChangeStreamRequest<Document> changeStreamRequest = ChangeStreamRequest.builder(documentMessageListener)
                // 需要监听的集合名
                .collection("emp")
                //过滤需要监听的操作类型，可以根据需求指定过滤条件
                .filter(Aggregation.newAggregation(Aggregation.match(
                        Criteria.where("operationType").in("insert", "update", "delete"))))
                //不设置时，文档更新时，只会发送变更字段的信息，设置UPDATE_LOOKUP会返回文档的全部信息
                .fullDocumentLookup(FullDocument.UPDATE_LOOKUP)
                .build();

        messageListenerContainer.register(changeStreamRequest, Document.class);

        return messageListenerContainer;
    }
}

测试

mongo shell插入一条文档

rs0 [direct: primary] test> db.emp.insertOne({name: "hushang", age: 24})
{
  acknowledged: true,
  insertedId: ObjectId("66ab31bec9f5b6d436cdb9d5")
}

控制台输出:

Received Message in collection: emp

trawsource: ChangeStreamDocument{ operationType=insert, resumeToken={"_data": "8266AB31BE000000012B022C0100296E5A1004ED8D395B97A348039DC133ABDBC3800F46645F6964006466AB31BEC9F5B6D436CDB9D50004"}, namespace=test.emp, destinationNamespace=null, fullDocument=Document{{_id=66ab31bec9f5b6d436cdb9d5, name=hushang, age=24}}, documentKey={"_id": {"$oid": "66ab31bec9f5b6d436cdb9d5"}}, clusterTime=Timestamp{value=7398061504999718913, seconds=1722495422, inc=1}, updateDescription=null, txnNumber=null, lsid=null}

tconverted: Document{{_id=66ab31bec9f5b6d436cdb9d5, name=hushang, age=24}}