hudi系列-schema evolution

本文深入探讨了Hudi的schema evolution特性,特别是在schema on read模式下的支持与实现。介绍了Hudi 0.13.1和Flink 1.14.5版本中的差异,以及Spark和Flink对schema evolution的不同支持程度。内容涵盖了添加、删除和重命名列,更改数据类型,以及Hudi中的InternalSchema、TableAvroSchema等关键概念。同时,对非schema on read模式下的读写行为、Hive同步限制和写时schema验证进行了总结。

RFC-33中描述,hudi对schema evolution进行了统一设计,在官网文档中也指明了从0.11版本开始,spark-sql ddl是支持schema evolution的,而flink-sql在旧版本中并不支持ddl方式对表结构,所以full schema evolution都隐藏在读写过程中。对于使用者,我们最终只关心表的读和写,但从实现层面来看,schema evolution需要覆盖不同的数据文件格式,还需要集成在各种hudi的表服务中。

  • hudi 0.13.1
  • flink 1.14.5

schema on read模式

schema on read模式下才支持复杂的schema evolution,目前需要显式启用hoodie.schema.on.read.enable,否则默认是非schema on read模式

语义

hudi中提供的完整schema evolution语义如下,目前spark已经全面实现,而flink因未对接ddl,所以尚未支持重命名。

  • 添加一个新列到表或者嵌套的结构体
  • 从表或嵌套的结构体删除一个已有列
  • 将一个已有的列或结构体内的字段重命
在数据库和数据格式的管理中,模式演变Schema Evolution)是指随着业务需求和技术环境的变化,对数据库结构或数据格式进行修改的过程。模式演变在数据仓库、分布式系统和大数据处理中尤为常见,因为这些系统需要适应不断变化的数据源和分析需求。 ### 模式演变的常见类型 1. **添加字段(Add Field)** 当需要引入新的数据字段时,可以在现有模式中添加新字段。这种变化通常不会影响已有的数据,因为旧数据可以默认填充为 `NULL` 或其他默认值。这种技术广泛应用于关系型数据库和 NoSQL 数据库中 [^1]。 2. **删除字段(Remove Field)** 删除不再使用的字段可以简化模式并提高性能。然而,这种操作需要确保旧数据不会因字段缺失而引发兼容性问题。在某些系统中,可以通过版本控制或数据迁移来缓解这一问题 [^1]。 3. **修改字段类型(Change Field Type)** 有时需要更改字段的数据类型,例如将整数字段改为浮点数字段。这种变化可能导致数据丢失或精度问题,因此通常需要进行数据转换或迁移 。 4. **重命名字段(Rename Field)** 字段重命名通常用于提高可读性或一致性。为了避免破坏现有查询或应用程序,许多系统支持别名机制,使旧名称仍然可用,同时引入新名称 [^1]。 5. **嵌套结构的演变(Nested Structure Evolution)** 在处理复杂数据格式(如 JSON、Parquet、Avro)时,嵌套结构的演变可能涉及添加、删除或重新组织嵌套字段。Avro 和 Parquet 等格式通过支持模式兼容性规则来简化这种演变 [^1]。 ### 数据格式与模式演变的兼容性 不同的数据格式对模式演变的支持程度不同。以下是几种常见格式的兼容性特性: - **Avro** Avro 是一种支持模式演变的二进制数据格式,其核心特性之一是能够在读写数据时使用不同的模式。Avro 通过解析器来处理模式差异,例如添加新字段时,旧数据可以自动填充默认值 。 - **Parquet** Parquet 是一种列式存储格式,支持模式演变,但对字段顺序和嵌套结构的变化较为敏感。Parquet 允许添加新列,并且可以通过兼容性规则处理模式变化 。 - **JSON** JSON 是一种灵活的半结构化格式,天然支持模式演变。然而,JSON 的灵活性可能导致解析时的不确定性,因此建议使用模式验证工具(如 JSON Schema)来确保一致性 。 - **XML** XML 也支持模式演变,但其结构较为冗长,解析效率较低。XML 的模式(XSD)可以通过命名空间和版本控制来管理演变 。 ### 数据库中的模式演变策略 1. **版本控制(Schema Versioning)** 通过为模式分配版本号,可以在系统中同时支持多个版本的模式。这在分布式系统中尤为重要,因为它允许逐步升级数据格式而不影响现有服务 。 2. **兼容性检查(Compatibility Checking)** 在进行模式演变时,应检查新旧模式之间的兼容性。例如,Apache Avro 提供了兼容性规则,确保新旧模式可以互操作 [^1]。 3. **数据迁移(Data Migration)** 对于不兼容的模式变化(如字段类型更改),可能需要执行数据迁移任务。数据迁移可以通过 ETL 工具或自定义脚本实现 [^1]。 4. **向后兼容(Backward Compatibility)** 确保新版本的模式可以读取旧版本的数据。这是许多系统(如 Avro)默认支持的特性 [^1]。 5. **向前兼容(Forward Compatibility)** 确保旧版本的模式可以读取新版本的数据。这通常通过忽略未知字段实现 [^1]。 ### 示例:使用 Avro 实现模式演变 ```json // v1 schema { "type": "record", "name": "User", "fields": [ {"name": "username", "type": "string"}, {"name": "email", "type": "string"} ] } ``` ```json // v2 schema (添加新字段) { "type": "record", "name": "User", "fields": [ {"name": "username", "type": "string"}, {"name": "email", "type": "string"}, {"name": "age", "type": ["null", "int"], "default": null} ] } ``` 在 Avro 中,使用 v2 模式读取 v1 数据时,`age` 字段将自动填充为 `null`,从而实现向后兼容。 ###
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