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在物联网系统中时序数据库和关系型数据库如何使用？

news 2025/7/16 5:31:30

在物联网系统中，时序数据库（TSDB）和关系型数据库（RDBMS）的存储顺序设计需要根据数据特性、业务需求和系统架构综合考虑。以下是典型的设计方案和逻辑顺序：

1. 常见存储顺序方案

方案一：先写时序数据库，后异步同步到关系型数据库

适用场景：高频传感器数据为主，业务数据可容忍短暂延迟。
流程：

MQTT Broker 接收设备原始数据（如 devices/A/temperature）。
数据首先写入时序数据库（如InfluxDB）：
- 存储原始时间序列数据（高吞吐、低延迟）。
异步处理层（如Kafka/Flink）消费数据，处理后写入关系型数据库：
- 提取关键状态（如最新温度值）写入MySQL的device_status表。
- 关联设备元数据（如设备所属用户）。

优点：

确保传感器数据的写入性能最大化。
避免高频写入拖累关系型数据库。

示例代码（伪代码）：

# MQTT回调处理
def on_mqtt_message(topic, payload):# 1. 原始数据写入InfluxDBinflux.write({"measurement": "sensor_data","tags": {"device_id": topic.split('/')[1]},"fields": {"temperature": payload.temp},"time": payload.timestamp})# 2. 异步推送至Kafka，后续处理kafka.produce("device_updates", key=device_id, value=payload)# Kafka消费者处理业务逻辑
def kafka_consumer():for message in kafka.consume():# 3. 关联设备元数据并写入MySQLdevice = mysql.query("SELECT * FROM devices WHERE id = ?", message.device_id)mysql.execute("UPDATE device_status SET last_temp = ?, updated_at = NOW() WHERE device_id = ?",message.temp, message.device_id)

示例代码（以下是使用Java实现的等效代码，包含MQTT回调处理、InfluxDB写入和通过Kafka异步处理写入MySQL的逻辑）：

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;
import com.influxdb.client.InfluxDBClient;
import com.influxdb.client.WriteApi;
import com.influxdb.client.domain.WritePrecision;
import com.influxdb.client.write.Point;
import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import org.apache.kafka.clients.consumer.*;
import java.sql.*;
import java.time.Instant;
import java.util.Properties;public class MqttDataProcessor {// InfluxDB 配置private final InfluxDBClient influxDBClient;// Kafka 生产者private final KafkaProducer<String, DeviceData> kafkaProducer;// MySQL 连接private final Connection mysqlConnection;public MqttDataProcessor(InfluxDBClient influxDBClient, KafkaProducer<String, DeviceData> kafkaProducer,Connection mysqlConnection) {this.influxDBClient = influxDBClient;this.kafkaProducer = kafkaProducer;this.mysqlConnection = mysqlConnection;}// MQTT回调处理public IMqttMessageListener createMqttListener() {return (topic, message) -> {try {// 解析payloadDeviceData data = parsePayload(topic, message.getPayload());// 1. 原始数据写入InfluxDBwriteToInfluxDB(data);// 2. 异步推送至KafkasendToKafka(data);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}};}private DeviceData parsePayload(String topic, byte[] payload) {// 这里应该是你的实际payload解析逻辑String deviceId = topic.split("/")[1];// 示例: 假设payload是JSON格式 {"temp": 25.5, "timestamp": 123456789}String json = new String(payload);// 实际项目中可以使用Gson/Jackson等库double temp = Double.parseDouble(json.split("\"temp\":")[1].split(",")[0]);long timestamp = Long.parseLong(json.split("\"timestamp\":")[1].split("}")[0]);return new DeviceData(deviceId, temp, Instant.ofEpochSecond(timestamp));}private void writeToInfluxDB(DeviceData data) {try (WriteApi writeApi = influxDBClient.getWriteApi()) {Point point = Point.measurement("sensor_data").addTag("device_id", data.getDeviceId()).addField("temperature", data.getTemp()).time(data.getTimestamp(), WritePrecision.S);writeApi.writePoint(point);}}private void sendToKafka(DeviceData data) {ProducerRecord<String, DeviceData> record = new ProducerRecord<>("device_updates", data.getDeviceId(), data);kafkaProducer.send(record, (metadata, exception) -> {if (exception != null) {exception.printStackTrace();}});}// Kafka消费者处理业务逻辑public void startKafkaConsumer() {Properties props = new Properties();props.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "localhost:9092");props.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG, "device-data-group");props.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");props.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, "com.your.package.DeviceDataDeserializer"); // 需要自定义try (KafkaConsumer<String, DeviceData> consumer = new KafkaConsumer<>(props)) {consumer.subscribe(List.of("device_updates"));while (true) {ConsumerRecords<String, DeviceData> records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));for (ConsumerRecord<String, DeviceData> record : records) {// 3. 关联设备元数据并写入MySQLupdateMySQL(record.value());}}}}private void updateMySQL(DeviceData data) {String query = "SELECT * FROM devices WHERE id = ?";String update = "UPDATE device_status SET last_temp = ?, updated_at = NOW() WHERE device_id = ?";try (PreparedStatement selectStmt = mysqlConnection.prepareStatement(query);PreparedStatement updateStmt = mysqlConnection.prepareStatement(update)) {// 查询设备元数据selectStmt.setString(1, data.getDeviceId());ResultSet rs = selectStmt.executeQuery();if (rs.next()) {// 更新设备状态updateStmt.setDouble(1, data.getTemp());updateStmt.setString(2, data.getDeviceId());updateStmt.executeUpdate();}} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 设备数据DTOpublic static class DeviceData {private String deviceId;private double temp;private Instant timestamp;// 构造器、getter和setterpublic DeviceData(String deviceId, double temp, Instant timestamp) {this.deviceId = deviceId;this.temp = temp;this.timestamp = timestamp;}// 省略getter和setter...}
}// 使用示例
public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {// 初始化InfluxDB客户端InfluxDBClient influxDBClient = InfluxDBClientFactory.create("http://localhost:8086", "token".toCharArray(),"org", "bucket");// 初始化Kafka生产者Properties kafkaProps = new Properties();kafkaProps.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "localhost:9092");kafkaProps.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");kafkaProps.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, "com.your.package.DeviceDataSerializer"); // 需要自定义KafkaProducer<String, DeviceData> kafkaProducer = new KafkaProducer<>(kafkaProps);// 初始化MySQL连接Connection mysqlConn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/iot_db", "user", "password");// 创建处理器MqttDataProcessor processor = new MqttDataProcessor(influxDBClient, kafkaProducer, mysqlConn);// 启动Kafka消费者线程new Thread(processor::startKafkaConsumer).start();// 配置MQTT客户端MqttClient mqttClient = new MqttClient("tcp://broker.example.com:1883", "java-client");mqttClient.connect();// 订阅主题并设置回调mqttClient.subscribe("devices/+/data", 0, processor.createMqttListener());}
}

注意事项:
依赖库：需要添加以下依赖：

MQTT: org.eclipse.paho.client.mqttv3

InfluxDB: com.influxdb.influxdb-client-java

Kafka: org.apache.kafka.kafka-clients

MySQL: mysql.mysql-connector-java

序列化：需要为Kafka实现DeviceData的序列化器和反序列化器。

错误处理：实际项目中需要更完善的错误处理和重试机制。

资源管理：确保正确关闭所有连接和资源。

线程安全：如果高并发场景，需要考虑线程安全问题。

方案二：双写（时序库+关系库）

适用场景：数据一致性要求高，且写入压力可控。
流程：

MQTT消息同时写入时序数据库和关系型数据库（需事务或最终一致性保证）。
关系型数据库仅存储关键状态快照（如设备最新状态），而非全部原始数据。

优点：

数据实时一致，适合关键业务状态（如设备告警阈值）。

挑战：

需处理写入冲突（如使用分布式事务或补偿机制）。

方案三：关系型数据库为主，定期归档到时序库

适用场景：历史数据分析需求明确，但实时查询以业务数据为主。
流程：

数据先写入MySQL的device_realtime表。
定时任务将过期数据批量迁移至InfluxDB，MySQL中仅保留近期数据。

优点：

简化实时业务查询（所有数据在MySQL中）。
降低MySQL存储压力。

2. 存储顺序设计原则

（1）根据数据特性分层

数据层级	存储目标	数据库选择	示例
原始时序数据	高频写入、长期存储	时序数据库	每秒温度读数
状态快照	最新状态查询	关系型数据库	设备当前温度、在线状态
业务元数据	关联查询、事务操作	关系型数据库	设备所属用户、地理位置