从 BigQuery 读取到 Dataflow

本文档介绍如何使用 Apache Beam BigQuery I/O 连接器将数据从 BigQuery 读取到 Dataflow。

概览

BigQuery I/O 连接器支持从 BigQuery 读取数据的两个选项：

直接表读取。这个选项是最快的，因为它使用 BigQuery Storage Read API。
导出作业。如果使用此选项，BigQuery 会运行导出作业，以将表数据写入 Cloud Storage。然后，连接器会从 Cloud Storage 读取导出的数据。此选项的效率较低，因为它需要导出步骤。

导出作业是默认选项。如需指定直接读取，请调用 withMethod(Method.DIRECT_READ)。

连接器将表数据序列化为 PCollection。PCollection 中的每个元素表示一个表行。连接器支持以下序列化方法：

以 Avro 记录的形式读取数据。通过此方法，您可以提供一个函数，用于将 Avro 记录解析为自定义数据类型。
以 TableRow 对象的形式读取数据。这种方法很方便，因为不需要自定义数据类型。但是，它的性能通常低于读取 Avro 格式的记录。

并行数量

此连接器中的并行性取决于读取方法：

直接读取：I/O 连接器会根据导出请求的大小生成动态数量的流。它直接从 BigQuery 并行读取这些流。
导出作业：BigQuery 确定要写入 Cloud Storage 的文件数量。文件数取决于查询和数据量。I/O 连接器会并行读取导出的文件。

性能

下表显示了各种 BigQuery I/O 读取选项的性能指标。工作负载使用 Java 版 Apache Beam SDK 2.49.0 在一个 e2-standard2 工作器上运行。它们未使用 Runner v2。

1 亿条记录 \| 1 KB \| 1 列	吞吐量（字节）	吞吐量（元素）
Storage Read	120 MBps	每秒 88,000 个元素
Avro Export	105 MBps	每秒 78,000 个元素
Json Export	110 MBps	每秒 81,000 个元素

这些指标基于简单的批处理流水线。它们旨在比较 I/O 连接器之间的性能，不一定代表实际流水线。Dataflow 流水线性能很复杂，它受到多个因素的影响，包括虚拟机类型、正在处理的数据量、外部来源和接收器的性能以及用户代码。指标基于运行 Java SDK，不代表其他语言 SDK 的性能特征。如需了解详情，请参阅 Beam IO 性能。

最佳实践

通常，我们建议使用直接表读取 (Method.DIRECT_READ)。Storage Read API 比导出作业更适合数据流水线，因为它不需要导出数据的中间步骤。
如果您使用直接读取，则需要支付 Storage Read API 的使用费。请参阅 BigQuery 价格页面中的数据提取价格。
导出作业不产生额外费用。但是，导出作业存在一些限制。如果需要移动大量数据，而及时性最为重要且费用可调整，则建议使用直接读取。
Storage Read API 具有配额限制。使用 Google Cloud 指标监控配额用量。
使用 Storage Read API 时，您可能会在日志中看到租期到期和会话超时错误，例如：
- DEADLINE_EXCEEDED
- Server Unresponsive
- StatusCode.FAILED_PRECONDITION details = "there was an error operating on 'projects/<projectID>/locations/<location>/sessions/<sessionID>/streams/<streamID>': session`
当操作花费的时间超过超时值时，可能会发生这些错误，通常发生在运行超过 6 小时的流水线中。为了缓解此问题，请改用文件导出功能。
使用 Java SDK 时，请考虑创建一个表示 BigQuery 表架构的类。然后，在流水线中调用 useBeamSchema，以便在 Apache Beam Row 和 BigQuery TableRow 类型之间自动转换。如需查看架构类的示例，请参阅 ExampleModel.java。

示例

本部分中的代码示例使用直接表读取。

如需改用导出作业，请省略对 withMethod 的调用或指定 Method.EXPORT。然后设置 --tempLocation 流水线选项，为导出的文件指定 Cloud Storage 存储桶。

这些代码示例假定源表有以下列：

name（字符串）
age（整数）

指定为 JSON 架构文件：

[
  {"name":"user_name","type":"STRING","mode":"REQUIRED"},
  {"name":"age","type":"INTEGER","mode":"REQUIRED"}
]

读取 Avro 格式的记录

要将 BigQuery 数据读取为 Avro 格式的记录，请使用 read(SerializableFunction) 方法。此方法采用应用定义的函数，该函数会解析 SchemaAndRecord 对象并返回自定义数据类型。连接器的输出是自定义数据类型的 PCollection。

以下代码从 BigQuery 表中读取 PCollection<MyData>，其中 MyData 是应用定义的类。

Java

如需向 Dataflow 进行身份验证，请设置应用默认凭据。如需了解详情，请参阅为本地开发环境设置身份验证。

import org.apache.avro.generic.GenericRecord;
import org.apache.avro.util.Utf8;
import org.apache.beam.sdk.Pipeline;
import org.apache.beam.sdk.coders.DefaultCoder;
import org.apache.beam.sdk.extensions.avro.coders.AvroCoder;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.BigQueryIO;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.BigQueryIO.TypedRead;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.SchemaAndRecord;
import org.apache.beam.sdk.options.PipelineOptionsFactory;
import org.apache.beam.sdk.transforms.MapElements;
import org.apache.beam.sdk.transforms.SerializableFunction;
import org.apache.beam.sdk.values.TypeDescriptor;

public class BigQueryReadAvro {

  // A custom datatype to hold a record from the source table.
  @DefaultCoder(AvroCoder.class)
  public static class MyData {
    public String name;
    public Long age;

    // Function to convert Avro records to MyData instances.
    public static class FromSchemaAndRecord
            implements SerializableFunction<SchemaAndRecord, MyData> {
      @Override public MyData apply(SchemaAndRecord elem) {
        MyData data = new MyData();
        GenericRecord record = elem.getRecord();
        data.name = ((Utf8) record.get("user_name")).toString();
        data.age = (Long) record.get("age");
        return data;
      }
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    // Parse the pipeline options passed into the application. Example:
    //   --projectId=$PROJECT_ID --datasetName=$DATASET_NAME --tableName=$TABLE_NAME
    // For more information, see https://beam.apache.org/documentation/programming-guide/#configuring-pipeline-options
    PipelineOptionsFactory.register(ExamplePipelineOptions.class);
    ExamplePipelineOptions options = PipelineOptionsFactory.fromArgs(args)
        .withValidation()
        .as(ExamplePipelineOptions.class);

    // Create a pipeline and apply transforms.
    Pipeline pipeline = Pipeline.create(options);
    pipeline
        // Read table data into Avro records, using an application-defined parsing function.
        .apply(BigQueryIO.read(new MyData.FromSchemaAndRecord())
            .from(String.format("%s:%s.%s",
                options.getProjectId(),
                options.getDatasetName(),
                options.getTableName()))
            .withMethod(TypedRead.Method.DIRECT_READ))
        // The output from the previous step is a PCollection<MyData>.
        .apply(MapElements
            .into(TypeDescriptor.of(MyData.class))
            .via((MyData x) -> {
              System.out.printf("Name: %s, Age: %d%n", x.name, x.age);
              return x;
            }));
    pipeline.run().waitUntilFinish();
  }
}

read 方法采用 SerializableFunction<SchemaAndRecord, T> 接口，该接口定义了一个函数，用于将 Avro 记录转换为自定义数据类。在前面的代码示例中，MyData.apply 方法实现了此转换函数。示例函数会解析 Avro 记录中的 name 和 age 字段，并返回 MyData 实例。

如需指定要读取的 BigQuery 表，请调用 from 方法，如以上示例所示。如需了解详情，请参阅 BigQuery I/O 连接器文档中的表名称。

读取 `TableRow` 对象

readTableRows 方法将 BigQuery 数据读取到 TableRow 对象的 PCollection 中。每个 TableRow 都是一个键值对映射，包含一行表数据。通过调用 from 方法指定要读取的 BigQuery 表。

以下代码从 BigQuery 表中读取 PCollection<TableRows>。

Java

如需向 Dataflow 进行身份验证，请设置应用默认凭据。如需了解详情，请参阅为本地开发环境设置身份验证。

import com.google.api.services.bigquery.model.TableRow;
import org.apache.beam.sdk.Pipeline;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.BigQueryIO;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.BigQueryIO.TypedRead.Method;
import org.apache.beam.sdk.options.PipelineOptionsFactory;
import org.apache.beam.sdk.transforms.MapElements;
import org.apache.beam.sdk.values.TypeDescriptor;

public class BiqQueryReadTableRows {
  public static void main(String[] args) {
    // Parse the pipeline options passed into the application. Example:
    //   --projectId=$PROJECT_ID --datasetName=$DATASET_NAME --tableName=$TABLE_NAME
    // For more information, see https://beam.apache.org/documentation/programming-guide/#configuring-pipeline-options
    PipelineOptionsFactory.register(ExamplePipelineOptions.class);
    ExamplePipelineOptions options = PipelineOptionsFactory.fromArgs(args)
        .withValidation()
        .as(ExamplePipelineOptions.class);

    // Create a pipeline and apply transforms.
    Pipeline pipeline = Pipeline.create(options);
    pipeline
        // Read table data into TableRow objects.
        .apply(BigQueryIO.readTableRows()
            .from(String.format("%s:%s.%s",
                options.getProjectId(),
                options.getDatasetName(),
                options.getTableName()))
            .withMethod(Method.DIRECT_READ)
        )
        // The output from the previous step is a PCollection<TableRow>.
        .apply(MapElements
            .into(TypeDescriptor.of(TableRow.class))
            // Use TableRow to access individual fields in the row.
            .via((TableRow row) -> {
              var name = (String) row.get("user_name");
              var age = (String) row.get("age");
              System.out.printf("Name: %s, Age: %s%n", name, age);
              return row;
            }));
    pipeline.run().waitUntilFinish();
  }
}

此示例还展示了如何访问 TableRow 字典中的值。整数值编码为字符串，以匹配 BigQuery 导出的 JSON 格式。

列投影和过滤

使用直接读取 (Method.DIRECT_READ) 时，通过减少从 BigQuery 读取数据和通过网络发送的数据量，可以提高读取操作的效率。

列投影：调用 withSelectedFields 可从表中读取部分列。这样可以在表中包含许多列时高效读取。
行过滤：调用 withRowRestriction 以指定用于在服务器端过滤数据的谓词。

过滤条件谓词必须是确定性的，并且不支持聚合。

以下示例投影 "user_name" 和 "age" 列，并过滤掉与谓词 "age > 18" 不匹配的行。

Java

如需向 Dataflow 进行身份验证，请设置应用默认凭据。如需了解详情，请参阅为本地开发环境设置身份验证。

import com.google.api.services.bigquery.model.TableRow;
import java.util.Arrays;
import org.apache.beam.sdk.Pipeline;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.BigQueryIO;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.BigQueryIO.TypedRead;
import org.apache.beam.sdk.options.PipelineOptionsFactory;
import org.apache.beam.sdk.transforms.MapElements;
import org.apache.beam.sdk.values.TypeDescriptor;

public class BigQueryReadWithProjectionAndFiltering {
  public static void main(String[] args) {
    // Parse the pipeline options passed into the application. Example:
    //   --projectId=$PROJECT_ID --datasetName=$DATASET_NAME --tableName=$TABLE_NAME
    // For more information, see https://beam.apache.org/documentation/programming-guide/#configuring-pipeline-options
    PipelineOptionsFactory.register(ExamplePipelineOptions.class);
    ExamplePipelineOptions options = PipelineOptionsFactory.fromArgs(args)
        .withValidation()
        .as(ExamplePipelineOptions.class);

    // Create a pipeline and apply transforms.
    Pipeline pipeline = Pipeline.create(options);
    pipeline
        .apply(BigQueryIO.readTableRows()
            // Read rows from a specified table.
            .from(String.format("%s:%s.%s",
                options.getProjectId(),
                options.getDatasetName(),
                options.getTableName()))
            .withMethod(TypedRead.Method.DIRECT_READ)
            .withSelectedFields(Arrays.asList("user_name", "age"))
            .withRowRestriction("age > 18")
        )
        // The output from the previous step is a PCollection<TableRow>.
        .apply(MapElements
            .into(TypeDescriptor.of(TableRow.class))
            // Use TableRow to access individual fields in the row.
            .via((TableRow row) -> {
              var name = (String) row.get("user_name");
              var age = row.get("age");
              System.out.printf("Name: %s, Age: %s%n", name, age);
              return row;
            }));
    pipeline.run().waitUntilFinish();
  }
}

从查询结果中读取

前面的示例展示了如何从表中读取行。您还可以通过调用 fromQuery 从 SQL 查询结果中读取。此方法将一些计算工作迁移到 BigQuery。您还可以使用此方法对 BigQuery 视图或具体化视图运行查询来从中读取。

以下示例对 BigQuery 公共数据集运行查询并读取结果。流水线运行后，您可以在 BigQuery 作业历史记录中查看查询作业。

Java

如需向 Dataflow 进行身份验证，请设置应用默认凭据。如需了解详情，请参阅为本地开发环境设置身份验证。

import com.google.api.services.bigquery.model.TableRow;
import org.apache.beam.sdk.Pipeline;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.BigQueryIO;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigquery.BigQueryIO.TypedRead;
import org.apache.beam.sdk.options.PipelineOptions;
import org.apache.beam.sdk.options.PipelineOptionsFactory;
import org.apache.beam.sdk.transforms.MapElements;
import org.apache.beam.sdk.values.TypeDescriptor;

public class BigQueryReadFromQuery {
  public static void main(String[] args) {
    // The SQL query to run inside BigQuery.
    final String queryString =
        "SELECT repo_name as repo, COUNT(*) as count "
            + "FROM `bigquery-public-data.github_repos.sample_commits` "
            + "GROUP BY repo_name";

    // Parse the pipeline options passed into the application.
    // For more information, see https://beam.apache.org/documentation/programming-guide/#configuring-pipeline-options
    PipelineOptions options = PipelineOptionsFactory.fromArgs(args)
        .withValidation().create();

    // Create a pipeline and apply transforms.
    Pipeline pipeline = Pipeline.create(options);
    pipeline
        // Read the query results into TableRow objects.
        .apply(BigQueryIO.readTableRows()
            .fromQuery(queryString)
            .usingStandardSql()
            .withMethod(TypedRead.Method.DIRECT_READ))
        // The output from the previous step is a PCollection<TableRow>.
        .apply(MapElements
            .into(TypeDescriptor.of(TableRow.class))
            .via((TableRow row) -> {
              System.out.printf("Repo: %s, commits: %s%n", row.get("repo"), row.get("count"));
              return row;
            }));
    pipeline.run().waitUntilFinish();
  }
}

后续步骤

阅读 BigQuery I/O 连接器文档。
参阅 Google 提供的模板列表。

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概览

并行数量

性能

最佳实践

示例

读取 Avro 格式的记录

Java

读取 TableRow 对象

Java

列投影和过滤

Java

从查询结果中读取

Java

后续步骤

读取 `TableRow` 对象