龐秋奔 李 銀

1 (廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院 廣西 南寧 530021)2 (中國移動通信集團廣西有限公司 廣西 南寧 530000)

0 引 言

在互聯(lián)網(wǎng)+、云平臺背景下，各企業(yè)單位利用信息技術(shù)進行內(nèi)部系統(tǒng)的系統(tǒng)連接，實現(xiàn)信息共享，重建流程，在一定的意義上形成規(guī)模更大的信息實體。內(nèi)部的集成平臺、數(shù)據(jù)中心也日益凸顯重要，而在建設(shè)系統(tǒng)集成過程中，如何交換同步數(shù)據(jù)，各分系統(tǒng)形成統(tǒng)一一致的標準化字典數(shù)據(jù)，無疑是系統(tǒng)集成的熱點。在面對異構(gòu)、同步數(shù)據(jù)量大的背景下，如何提高數(shù)據(jù)同步的效率是在多源異構(gòu)系統(tǒng)之間建立一致標準化字典數(shù)據(jù)的關(guān)鍵問題。

對數(shù)據(jù)集成而言，就是滿足在不同應(yīng)用需求時，采用不同的方法。對交換數(shù)據(jù)量低、實時性要求高，用消息交互的應(yīng)用集成方式，JMS的消息中間件，比如Active MQ、Open JMS；對交換數(shù)據(jù)量大、實時性要求低，用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)集成方式，如數(shù)據(jù)庫集成工具Oracle Golden Gate。在異構(gòu)環(huán)境下，數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)同步，采用的方法主要有：消息隊列的中間件模型[1]、建立中心數(shù)據(jù)庫[2]、使用XML和Web Services實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫同步[3]等。當前，XML的跨平臺、可格式化、良好交互性與Web Services的平臺獨立性(實現(xiàn)允許服務(wù)提供者和服務(wù)調(diào)用者在Internet上進行數(shù)據(jù)交互)使得利用XML和Web Services來進行數(shù)據(jù)傳輸和共享成為了研究的熱點。但在面臨多個復雜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互同步，多個系統(tǒng)Web Services的調(diào)用與管理復雜性倍增的問題上，集成平臺在解決數(shù)據(jù)交互上有著自身的優(yōu)勢，為多個復雜異構(gòu)系統(tǒng)的集成提供強大的支持。能梳理復雜的數(shù)據(jù)交互接口，提高數(shù)據(jù)交換效率，形成標準化，易控易管理的接口平臺。

已有的同步技術(shù)研究主要面向在采用如Oracle、 SQL Server、My SQL等主流關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之間實現(xiàn)增量同步，缺少對分別采用面向?qū)ο笈c關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)系統(tǒng)之間實現(xiàn)增量同步的研究。本文針對此問題進行研究，在增量數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)量不大，實時性要求不高的應(yīng)用需求前提下，使用集成平臺集成多個異構(gòu)系統(tǒng)的架構(gòu)。研究對比增量數(shù)據(jù)捕獲方法，設(shè)計一種結(jié)合采用數(shù)據(jù)庫日志分析法與Web Service技術(shù)，在采用了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)系統(tǒng)之間實現(xiàn)增量同步，實現(xiàn)主庫到各異構(gòu)分庫的增量數(shù)據(jù)同步，提高數(shù)據(jù)同步的效率。研究重點在于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫大日志數(shù)據(jù)的解析，與如何通過集成平臺在多源異構(gòu)系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)的增量同步，實現(xiàn)各異構(gòu)分庫與主庫保持統(tǒng)一標準化數(shù)據(jù)字典的目的。

1 面向?qū)ο驝aché數(shù)據(jù)庫日志分析法捕獲增量數(shù)據(jù)

增量數(shù)據(jù)主要是指對數(shù)據(jù)庫增加、修改和刪除操作的數(shù)據(jù)庫記錄。常用捕獲增量數(shù)據(jù)[4]的主要方法有：API法: 在源系統(tǒng)植入獲取增量數(shù)據(jù)的程序，產(chǎn)生增量數(shù)據(jù)文件，但對源程序改動太大?？煺辗ǎ罕容^源數(shù)據(jù)的兩個快照，當數(shù)據(jù)量特別大時，性能會成為問題。日志分析法：日志包含了全部成功提交的操作記錄信息，通過對事務(wù)數(shù)據(jù)庫日志進行分析來捕獲變化數(shù)據(jù)，日志文件量大時，則要求有支持日志文件解析的工具包。觸發(fā)器法：在要抽取的表上建立需要的觸發(fā)器，每當源表中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，就被相應(yīng)的觸發(fā)器將變化的數(shù)據(jù)寫入一個臨時表，它會對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的性能造成嚴重影響,因為每次數(shù)據(jù)庫更新操作都會引起一次觸發(fā)器執(zhí)行。

經(jīng)過綜合分析, 日志分析法對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的性能影響很小,且實時性較強。要求數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須具有日志管理系統(tǒng),并且提供分析日志文件所需的命令或工具。本文研究是對異構(gòu)系統(tǒng)采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之間實現(xiàn)增量同步的研究。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫典型代表是Caché數(shù)據(jù)庫, Caché 數(shù)據(jù)庫使用有效的多維數(shù)據(jù)引擎，多維數(shù)據(jù)引擎能夠?qū)碗s的現(xiàn)實數(shù)據(jù)進行直觀、有效的建模。Caché多維數(shù)組被稱之為“Global”，Global是一種類似樹的存儲形式，定義形式為^Global (“節(jié)點1”,“節(jié)點2”,“節(jié)點3”)=“數(shù)據(jù)”。本節(jié)實現(xiàn)對面向?qū)ο驝aché數(shù)據(jù)庫日志進行分析捕獲變化數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫日志可看作是逆數(shù)據(jù)操作列表，分析日志中的數(shù)據(jù)可獲得數(shù)據(jù)庫的變化數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的日志記錄形式都不一樣，但基本可以用一個七元組來簡單描述[5]:〈LSN，TID，E，O，T，V，W〉。其中LSN 為日志記錄的唯一標識，TID 標識事務(wù)，E 為操作的數(shù)據(jù)對象，O 表示數(shù)據(jù)庫操作，T 為操作發(fā)生的時刻，V和W 分別表示操作數(shù)據(jù)的新值和舊值。對于面向?qū)ο驝aché數(shù)據(jù)庫，日志數(shù)據(jù)也帶有七元組的元素，但也有所不同。以下是從Caché數(shù)據(jù)庫日志內(nèi)容中通過日志文件工具導出 Global: ^ABC數(shù)據(jù)變化的日志片斷：

Address: 373980

Type: Set

Intransaction: No

Job ID: 0x003D0015

Process ID: 3997717(jid)

Remote systemID: 0

Time stamp: 63998,14405-03/21/2016 04:00:05

Collation sequence: 5

Prev address: 373928

Next address: 374032

Global: ^[“^^C:MyCachemgr”]ABC

New Value: 5

Old Value: 2

其中Address表示文件記錄的位置，Type是命令的類型，In transaction 表示更新是否發(fā)生在事務(wù)中，Process ID是進程ID號，Remote system ID 表示遠程系統(tǒng)ID號, 0表示本地進程, Time stamp 表示日志緩存時間, Global 表示更新的Global節(jié)點，可對應(yīng)一個關(guān)系二維表記錄, New Value 對Set命令賦予的新值, Old Value 對Set或Kill命令操作之前的值。每個數(shù)據(jù)變化日志導出大體是此類結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)變化為新增記錄的，無Old Value行；對數(shù)據(jù)變化為修改、刪除記錄的，有Old Value行。其他行數(shù)據(jù)標簽是一樣的，值不同。

在Caché數(shù)據(jù)庫中，每個表可對應(yīng)一個Caché多維數(shù)組即Global。每條記錄對應(yīng)一個Global節(jié)點，對于數(shù)據(jù)庫表記錄的增、刪、改都對應(yīng)到Global。由以上分析可見Caché數(shù)據(jù)庫的日志可導出為帶標簽的結(jié)構(gòu)化模板格式，對于結(jié)構(gòu)化模板的日志文件，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)與正則表達式，通過匹配模板的方式來提取變化的數(shù)據(jù)。通過提取日志數(shù)據(jù)中對應(yīng)的Global標簽的內(nèi)容來獲取增、刪、改操作后導致數(shù)據(jù)庫表變化記錄的主鍵值。特別地對數(shù)據(jù)的刪除操作，考慮基礎(chǔ)字典數(shù)據(jù)表的完整性，一般情況下數(shù)據(jù)庫設(shè)計為每個基礎(chǔ)表記錄增加一個字段，記錄是否結(jié)束，而不是物理刪除數(shù)據(jù)。因此，對于修改和刪除，都視為修改。對于可導出為結(jié)構(gòu)化模板的日志文件，采用提取相關(guān)的日志文件，轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫的行列后進行正則表達式分析匹配搜索變化的目標數(shù)據(jù)。

Caché數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)表數(shù)據(jù)的增、刪、改日志內(nèi)容都體現(xiàn)在Global標簽內(nèi)容，可歸納出特定的模式匹配串，通過在日志文件找到各記錄Global節(jié)點對應(yīng)的主鍵ID。新增、刪除、修改數(shù)據(jù)的日志內(nèi)容都帶有Global主數(shù)據(jù)data節(jié)點的特征。例如表1是人員表SS_USER對應(yīng)的Global結(jié)構(gòu)設(shè)計，SS_USER表數(shù)據(jù)變化都帶有^SSU(“SSUSR”,{ SSUSR_Rowid})的模式，因為SSUSR_Rowid是變化的，在日志文件中體現(xiàn)為各主鍵ID值。本文使用正則表達式進行匹配，即匹配出所有SSU("SSUSR", *)結(jié)構(gòu)的串，再提取出*對應(yīng)的數(shù)值，即對應(yīng)于修改或刪除記錄的主鍵ID值。需要同步的表對應(yīng)的Global與匹配模式串存放在一個設(shè)定好的同步配置表中(見表2)。

表1 人員表SS_USER對應(yīng)多維數(shù)組Global

表2 同步配置表

結(jié)合本節(jié)分析，Caché數(shù)據(jù)庫表增量數(shù)據(jù)捕獲具體處理流程如圖1、圖2所示，主要分為3大模塊內(nèi)容[2，5]：下載日志；解析日志、捕獲增量數(shù)據(jù)主鍵ID；檢索源數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換輸出。

圖1 增量數(shù)據(jù)捕獲處理流程 圖2 日志解析處理流程

Caché數(shù)據(jù)庫同步表記錄增量變化捕獲處理步驟如下：

步驟1獲取指定日期內(nèi)的數(shù)據(jù)庫文件日志目錄結(jié)構(gòu)。使用數(shù)據(jù)庫日志命令：DO^JRNDUMP獲取相應(yīng)日志文件目錄結(jié)構(gòu)。

步驟2對步驟1的日志文件目錄，循環(huán)對每個日志文件，讀取同步配置表，使用 SELECT^JRNDUMP命令搜索提取出含同步表的日志內(nèi)容，分別保存為txt文件。

步驟3循環(huán)對步驟2的txt日志文件，使用Caché數(shù)據(jù)庫與正則表達式進行索引查找。

步驟3.1以流方式讀取步驟2得到的各行數(shù)據(jù)。

步驟3.2對步驟3.1的各行數(shù)據(jù)進行處理：

步驟3.2.1定位“Global”標簽行；

步驟3.2.2轉(zhuǎn)換為Caché 數(shù)據(jù)庫臨時表各行列，標簽為一列，標簽值為一列；

步驟3.2.3讀取同步配置表對應(yīng)的模式匹配串，對3.2.2各行標簽值進行匹配，若匹配，取出模式串對應(yīng)到*數(shù)值，則為增、刪、改操作記錄對應(yīng)到源表有變動記錄的主鍵ID值。

步驟4在定義好的兩個繼承XML.Adaptor適配器類中，一個類定義一個類型為list集合的屬性，list集合成員為另個類的對象。循環(huán)地進行對象實例化與插入list集合：根據(jù)步驟3.2.3得到的各主鍵ID與需要同步的字段列，用各主鍵ID的Global data節(jié)點下對應(yīng)的字段值相應(yīng)地賦值給對象屬性，并將實例化的對象插入有l(wèi)ist集合屬性的類對象。

步驟5使用XMLExportToStream方法將步驟4中定義有l(wèi)ist集合屬性的對象轉(zhuǎn)換為XML流，最后輸出所有變化數(shù)據(jù)的XML流。

2 結(jié)合數(shù)據(jù)庫日志分析法+集成平臺實現(xiàn)增量數(shù)據(jù)同步的設(shè)計

目前通常采用基于中間件模型和數(shù)據(jù)倉庫等的方法來構(gòu)造集成系統(tǒng)。本文的研究背景是內(nèi)部各系統(tǒng)之間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的增量同步、增量數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)量不大，實時性要求不高。適合采用基于集成平臺的，通過消息交互的應(yīng)用集成方式。集成平臺方式是面向?qū)ο蟮拈_放式集成技術(shù), 集成平臺與各個應(yīng)用系統(tǒng)之間形成一種星形的拓撲結(jié)構(gòu), 各系統(tǒng)之間的消息交換通過各自的適配器由集成平臺統(tǒng)一控制管理。系統(tǒng)中各子系統(tǒng)和用戶的信息采用統(tǒng)一的標準, 規(guī)范和編碼, 實現(xiàn)全系統(tǒng)信息共享。由于本文的研究對象是針對醫(yī)療行業(yè)，由于其行業(yè)的特殊性，醫(yī)療行業(yè)內(nèi)的專業(yè)信息化系統(tǒng)多、流程多且動態(tài)變化、數(shù)據(jù)多且復雜的特點, 適合使用具有快速集成應(yīng)用和開發(fā)符合程序的，基于ESB 消息總線的Ensemble平臺?；贓nsemble集成平臺的提供多種輸入輸出適配器，有效解決系統(tǒng)異構(gòu)問題，數(shù)據(jù)交互過程提供可視化工具進行工作流定制與管理。

Ensemble集成平臺[9-10]主要實現(xiàn)將一個系統(tǒng)的消息傳遞給另一個或者多個其他系統(tǒng)，消息是Ensemble內(nèi)部協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)步驟所需要傳遞的數(shù)據(jù)，消息根據(jù)方向分為請求消息和響應(yīng)消息。每建立的一個Ensemble production包含三個組件：業(yè)務(wù)服務(wù)(BS)、業(yè)務(wù)流程(BP)、業(yè)務(wù)操作(BO)。BS從Ensemble外部接收消息，每一個BS連接一個接口；BP提供邏輯以及流程控制，對于HL7，成為“消息路由”或者“路由引擎”；BO向Ensemble外部發(fā)送消息，每一個操作連接一個接口。通過從BS到BP，再到BO實現(xiàn)消息的傳遞。

本文在Ensemble集成平臺上用Web Service+XML方式實現(xiàn)增量數(shù)據(jù)在多源異構(gòu)系統(tǒng)之間的增量同步[3,7-8,11]，具體設(shè)計的處理過程見圖3。

圖3 增量數(shù)據(jù)同步更新處理流程

處理流程的過程說明如下：

(1) 源應(yīng)用程序定期觸發(fā)增量變化數(shù)據(jù)捕獲程序模塊(具體見第1節(jié))，把輸出的增量變化數(shù)據(jù)XML流和隨機生成的進程ID分別插入增量數(shù)據(jù)表和發(fā)送到集成平臺。

(2) 集成平臺通過BS、BP、BO處理后，發(fā)送到目標應(yīng)用程序。

(3) 目標應(yīng)用程序通過自身Web Service獲取從集成平臺傳入的XML流，使用DataSet讀取XML流，根據(jù)解析轉(zhuǎn)換出來的各行記錄，更新目標數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的表數(shù)據(jù)。并向集成平臺發(fā)送同步是否成功的響應(yīng)消息。

(4) 集成平臺向源應(yīng)用程序轉(zhuǎn)發(fā)響應(yīng)消息。

(5) 源應(yīng)用程序接收響應(yīng)消息后，更新增量日志表，若響應(yīng)消息成功，則刪除增量日志表對應(yīng)進程ID的行記錄；若響應(yīng)消息失敗，則源應(yīng)用程序重新發(fā)送，直到重復次數(shù)超過3次。若成功，轉(zhuǎn)第7步，否則放棄。

(6) 源應(yīng)用程序定期輪詢增量數(shù)據(jù)表，若查詢到有數(shù)據(jù)，跳轉(zhuǎn)到第2步。

(7) 結(jié)束。

圖4中的增量數(shù)據(jù)表設(shè)計為3列，第1列表自增列, 第2列為進程ID，第3列為第2節(jié)中每次生成的XML流字節(jié)。在Ensemble平臺內(nèi)BS、BP、BO消息處理過程[7,9]為:平臺內(nèi)定義好BS、BP、BO程序，BS內(nèi)定義各函數(shù)，發(fā)布為集成平臺的Web Service, 將請求消息發(fā)送給業(yè)務(wù)流程BP。BP內(nèi)利用業(yè)務(wù)流程語言(BPL)工具定制好開始(start)、分流(switch)、調(diào)用(call)、等待(wait)、代碼(code)、結(jié)束(end)業(yè)務(wù)流程，轉(zhuǎn)換消息格式，根據(jù)BS傳入的消息參數(shù)不同，在調(diào)用屬性中設(shè)定調(diào)用的某個BO，BO中定義好要連接異構(gòu)系統(tǒng)的Web Service接口程序。目標程序獲得XML回應(yīng)消息，發(fā)送XML回應(yīng)消息。在需要連接多個目標應(yīng)用程序情況下，在平臺的BO中添加相應(yīng)的目標應(yīng)用程序，在BP中定義好調(diào)用的順序即可。

圖4中目標應(yīng)用程序?qū)nsemble集成平臺傳入的XML流解析處理的具體過程為：首先目標應(yīng)用程序調(diào)用自身Web Service接收平臺傳入的XML流；接著使用數(shù)據(jù)集DataSet對象的ReadXML方法將XML流加載到 DataSet，通過DataSet.Tables[“表名”]轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)表DataTable對象。用foreach循環(huán)DataTable每行數(shù)據(jù)，根據(jù)各行的主鍵ID，業(yè)務(wù)邏輯判斷是插入還是更改，最后使用sqlcommand方法將數(shù)據(jù)更新到目標數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的表。實現(xiàn)將增量數(shù)據(jù)也就是源系統(tǒng)變化數(shù)據(jù)同步更新到目標系統(tǒng)。

3 實驗結(jié)果分析

本文實驗構(gòu)建在筆者所在信息中心的環(huán)境下，該環(huán)境通過Ensemble集成平臺實現(xiàn)了各醫(yī)療子系統(tǒng)的集成。本實驗根據(jù)第1、2節(jié)提出的數(shù)據(jù)庫日志分析法+Ensemble集成平臺實現(xiàn)增量數(shù)據(jù)同步的設(shè)計，實現(xiàn)主庫到各異構(gòu)分庫增量數(shù)據(jù)的準同步。本實驗的測試中，主庫與集成平臺的測試環(huán)境參數(shù)為: 操作系統(tǒng)Windows Server 2008 R2 Enterprise；硬件環(huán)境: Intel(R) Xeon(R) CPU X5650 @ 2.67 GHz 2個；內(nèi)存 8 GB。分庫的測試環(huán)境參數(shù)為: 操作系統(tǒng)Windows Server 2003 R2 Enterprise；硬件環(huán)境: Intel(R) Xeon(R) CPU E5649 @ 2.53 GHz 2個；內(nèi)存8 GB。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都是 100 Mbit/s校園網(wǎng)。

主庫的編程語言采用集成平臺自帶的M開發(fā)語言, 源數(shù)據(jù)庫為面向?qū)ο蟮腃aché數(shù)據(jù)庫。目標庫的編程語言采用C#，數(shù)據(jù)庫為oracle10i數(shù)據(jù)庫。實驗通過對源數(shù)據(jù)庫某個表使用SQLdbx工具進行增、刪、改操作，在目標數(shù)據(jù)庫oracle10i目標表數(shù)據(jù)檢查是否同步成功，并且在主庫初始日志大小為111 MB的情況下, 測試了單個表，同步4個字段列，在數(shù)據(jù)記錄行變化的情況下同步成功所用的不同時間，實驗結(jié)果見圖4。以1千條數(shù)據(jù)為例，下載的日志文件大小為3 763 KB, 增量數(shù)據(jù)XML文件大小為177 KB，同步時間為19 125 ms。

圖4 增量同步時間

4 結(jié) 語

本文首先分析了面向?qū)ο驝aché數(shù)據(jù)庫日志文件的結(jié)構(gòu)特點, 用Caché數(shù)據(jù)庫開放的API下載變化數(shù)據(jù)日志。接著分析如何采用數(shù)據(jù)庫日志法分析日志, 結(jié)合Caché數(shù)據(jù)庫與正則表達式法捕獲增量變化數(shù)據(jù)，通過Ensemble集成平臺，使用Web Service+XML的方式推送到相應(yīng)的目標系統(tǒng)。最后是目標系統(tǒng)對XML串的解析與處理。在多源異構(gòu)系統(tǒng)之間完成增量同步，實現(xiàn)主庫到各異構(gòu)分庫的增量數(shù)據(jù)同步的目的，使得各異構(gòu)分庫與主庫保持統(tǒng)一標準化數(shù)據(jù)字典, 提高數(shù)據(jù)同步的效率。該方法應(yīng)用到某醫(yī)療環(huán)境的信息系統(tǒng)中，實驗結(jié)果表明本文采用的方法增量同步數(shù)據(jù)文件約在940 KB大小下，同步速度大約為5 300條記錄/min，實現(xiàn)了多源異構(gòu)系統(tǒng)的增量同步，在不含大對象情況下，增量同步獲得較好效果。

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