Fluxos de alterações do Bigtable para o modelo de pesquisa de vetor

Este modelo cria um pipeline de streaming para transmitir registros de alteração de dados do Bigtable e gravá-los na Vertex AI Busca Vetorial usando o Dataflow Portable Runner.

Requisitos de pipeline

• A instância de origem do Bigtable precisa existir.
• A tabela de origem do Bigtable precisa existir e a tabela precisa ter os fluxos de alterações ativados.
• O perfil do aplicativo Bigtable precisa existir.
• O caminho do índice da pesquisa de vetores precisa existir.

Parâmetros do modelo

Parâmetros obrigatórios

• embeddingColumn: nome da coluna totalmente qualificada em que os embeddings são armazenados. No formato cf:col.
• embeddingByteSize: o tamanho do byte de cada entrada na matriz de embeddings. Use 4 para ponto flutuante e 8 para duplo. O padrão é 4.
• vectorSearchIndex: o índice de busca vetorial em que as mudanças serão transmitidas, no formato "projects/{projectID}/locations/{region}/indexes/{indexID}" (sem espaços à esquerda ou à direita). Por exemplo, projects/123/locations/us-east1/indexes/456.
• bigtableChangeStreamAppProfile: o ID do perfil do aplicativo do Bigtable. O perfil do aplicativo precisa usar roteamento de cluster único e permitir transações de linha única.
• bigtableReadInstanceId: o ID da instância de origem do Bigtable.
• bigtableReadTableId: o ID da tabela de origem do Bigtable.

Executar o modelo

Console

1. Acesse a página Criar job usando um modelo do Dataflow.
Acesse Criar job usando um modelo
2. No campo Nome do job, insira um nome exclusivo.
3. Opcional: em Endpoint regional, selecione um valor no menu suspenso. A região padrão é us-central1.

   Para ver uma lista de regiões em que é possível executar um job do Dataflow, consulte Locais do Dataflow.

4. No menu suspenso Modelo do Dataflow, selecione o modelo Fluxos de alterações do Bigtable para a busca vetorial.
5. Nos campos de parâmetro fornecidos, insira os valores de parâmetro.
6. Cliquem em Executar job.

CLI da gcloud

Observação: para usar a Google Cloud CLI para executar modelos flex você precisa ter a Google Cloud CLI na versão 284.0.0 ou mais recente.

No shell ou no terminal, execute o modelo:

gcloud dataflow flex-template run JOB_NAME \
    --template-file-gcs-location=gs://dataflow-templates/VERSION/flex/Bigtable_Change_Streams_to_Vector_Search \
    --project=PROJECT_ID \
    --region=REGION_NAME \
    --parameters \
       embeddingColumn=EMBEDDING_COLUMN,\
       embeddingByteSize=EMBEDDING_BYTE_SIZE,\
       vectorSearchIndex=VECTOR_SEARCH_INDEX,\
       bigtableChangeStreamAppProfile=BIGTABLE_CHANGE_STREAM_APP_PROFILE,\
       bigtableReadInstanceId=BIGTABLE_READ_INSTANCE_ID,\
       bigtableReadTableId=BIGTABLE_READ_TABLE_ID,\

Substitua:

• JOB_NAME: um nome de job de sua escolha
• VERSION: a versão do modelo que você quer usar

  Use estes valores:

  • latest para usar a versão mais recente do modelo, disponível na pasta mãe não datada no bucket: gs://dataflow-templates/latest/
  • o nome da versão, como 2023-09-12-00_RC00, para usar uma versão específica do modelo, que pode ser aninhada na respectiva pasta mãe datada no bucket: gs://dataflow-templates
  Cuidado: é possível que a versão mais recente dos modelos seja atualizada com alterações interruptivas. Os ambientes de produção precisam usar os modelos mantidos na pasta mãe datada mais recente para evitar que essas alterações interruptivas afetem os fluxos de trabalho de produção.
• REGION_NAME: a região em que você quer implantar o job do Dataflow, por exemplo, us-central1
• EMBEDDING_COLUMN: a coluna de embedding
• EMBEDDING_BYTE_SIZE: o tamanho do byte da matriz de embeddings. Pode ser 4 ou 8.
• VECTOR_SEARCH_INDEX: o caminho do índice de pesquisa de vetores
• BIGTABLE_CHANGE_STREAM_APP_PROFILE: o ID do perfil do aplicativo Bigtable.
• BIGTABLE_READ_INSTANCE_ID: o ID da instância do Bigtable de origem
• BIGTABLE_READ_TABLE_ID: o ID da tabela de origem do Bigtable

API

Para executar o modelo usando a API REST, envie uma solicitação HTTP POST. Para mais informações sobre a API e os respectivos escopos de autorização, consulte projects.templates.launch.

POST https://dataflow.googleapis.com/v1b3/projects/PROJECT_ID/locations/LOCATION/flexTemplates:launch
{
   "launchParameter": {
     "jobName": "JOB_NAME",
     "parameters": {
       "embeddingColumn": "EMBEDDING_COLUMN",
       "embeddingByteSize": "EMBEDDING_BYTE_SIZE",
       "vectorSearchIndex": "VECTOR_SEARCH_INDEX",
       "bigtableChangeStreamAppProfile": "BIGTABLE_CHANGE_STREAM_APP_PROFILE",
       "bigtableReadInstanceId": "BIGTABLE_READ_INSTANCE_ID",
       "bigtableReadTableId": "BIGTABLE_READ_TABLE_ID",
     },
     "containerSpecGcsPath": "gs://dataflow-templates/VERSION/flex/Bigtable_Change_Streams_to_Vector_Search",
     "environment": { "maxWorkers": "10" }
  }
}

Substitua:

• PROJECT_ID: o ID do projeto Google Cloud em que você quer executar o job do Dataflow
• JOB_NAME: um nome de job de sua escolha
• VERSION: a versão do modelo que você quer usar

  Use estes valores:

  • latest para usar a versão mais recente do modelo, disponível na pasta mãe não datada no bucket: gs://dataflow-templates/latest/
  • o nome da versão, como 2023-09-12-00_RC00, para usar uma versão específica do modelo, que pode ser aninhada na respectiva pasta mãe datada no bucket: gs://dataflow-templates
  Cuidado: é possível que a versão mais recente dos modelos seja atualizada com alterações interruptivas. Os ambientes de produção precisam usar os modelos mantidos na pasta mãe datada mais recente para evitar que essas alterações interruptivas afetem os fluxos de trabalho de produção.
• LOCATION: a região em que você quer implantar o job do Dataflow, por exemplo, us-central1
• EMBEDDING_COLUMN: a coluna de embedding
• EMBEDDING_BYTE_SIZE: o tamanho do byte da matriz de embeddings. Pode ser 4 ou 8.
• VECTOR_SEARCH_INDEX: o caminho do índice de pesquisa de vetores
• BIGTABLE_CHANGE_STREAM_APP_PROFILE: o ID do perfil do aplicativo Bigtable.
• BIGTABLE_READ_INSTANCE_ID: o ID da instância do Bigtable de origem
• BIGTABLE_READ_TABLE_ID: o ID da tabela de origem do Bigtable

Código-fonte do modelo

Java

/*
 * Copyright (C) 2024 Google LLC
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); you may not
 * use this file except in compliance with the License. You may obtain a copy of
 * the License at
 *
 *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT
 * WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied. See the
 * License for the specific language governing permissions and limitations under
 * the License.
 */
package com.google.cloud.teleport.v2.templates.bigtablechangestreamstovectorsearch;

import com.google.cloud.Timestamp;
import com.google.cloud.aiplatform.v1.IndexDatapoint;
import com.google.cloud.teleport.metadata.Template;
import com.google.cloud.teleport.metadata.TemplateCategory;
import com.google.cloud.teleport.v2.bigtable.options.BigtableCommonOptions.ReadChangeStreamOptions;
import com.google.cloud.teleport.v2.bigtable.options.BigtableCommonOptions.ReadOptions;
import com.google.cloud.teleport.v2.cdc.dlq.DeadLetterQueueManager;
import com.google.cloud.teleport.v2.options.BigtableChangeStreamsToVectorSearchOptions;
import com.google.cloud.teleport.v2.transforms.DLQWriteTransform;
import com.google.cloud.teleport.v2.utils.DurationUtils;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import org.apache.beam.runners.dataflow.options.DataflowPipelineOptions;
import org.apache.beam.sdk.Pipeline;
import org.apache.beam.sdk.PipelineResult;
import org.apache.beam.sdk.io.gcp.bigtable.BigtableIO;
import org.apache.beam.sdk.options.PipelineOptionsFactory;
import org.apache.beam.sdk.transforms.GroupIntoBatches;
import org.apache.beam.sdk.transforms.ParDo;
import org.apache.beam.sdk.transforms.Values;
import org.apache.beam.sdk.transforms.WithKeys;
import org.apache.beam.sdk.values.PCollectionTuple;
import org.apache.beam.sdk.values.TupleTagList;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.joda.time.Duration;
import org.joda.time.Instant;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

@Template(
    name = "Bigtable_Change_Streams_to_Vector_Search",
    category = TemplateCategory.STREAMING,
    displayName = "Bigtable Change Streams to Vector Search",
    description =
        "Streaming pipeline. Streams Bigtable data change records and writes them into Vertex AI Vector Search using Dataflow Runner V2.",
    optionsClass = BigtableChangeStreamsToVectorSearchOptions.class,
    optionsOrder = {
      BigtableChangeStreamsToVectorSearchOptions.class,
      ReadChangeStreamOptions.class,
      ReadOptions.class
    },
    skipOptions = {
      "bigtableReadAppProfile",
      "bigtableAdditionalRetryCodes",
      "bigtableRpcAttemptTimeoutMs",
      "bigtableRpcTimeoutMs"
    },
    documentation =
        "https://cloud.google.com/dataflow/docs/guides/templates/provided/bigtable-change-streams-to-vector-search",
    flexContainerName = "googlecloud-to-googlecloud",
    contactInformation = "https://cloud.google.com/support",
    streaming = true)
public final class BigtableChangeStreamsToVectorSearch {
  private static final Logger LOG =
      LoggerFactory.getLogger(BigtableChangeStreamsToVectorSearch.class);

  private static final String USE_RUNNER_V2_EXPERIMENT = "use_runner_v2";

  /**
   * Main entry point for executing the pipeline.
   *
   * @param args The command-line arguments to the pipeline.
   */
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    LOG.info("Starting replication from Cloud Bigtable Change Streams to Vector Search");

    BigtableChangeStreamsToVectorSearchOptions options =
        PipelineOptionsFactory.fromArgs(args)
            .withValidation()
            .as(BigtableChangeStreamsToVectorSearchOptions.class);

    run(options);
  }

  public static PipelineResult run(BigtableChangeStreamsToVectorSearchOptions options)
      throws IOException {
    options.setStreaming(true);
    options.setEnableStreamingEngine(true);

    List<String> experiments = options.getExperiments();
    if (experiments == null) {
      experiments = new ArrayList<>();
    }
    boolean hasUseRunnerV2 = false;
    for (String experiment : experiments) {
      if (experiment.equalsIgnoreCase(USE_RUNNER_V2_EXPERIMENT)) {
        hasUseRunnerV2 = true;
        break;
      }
    }
    if (!hasUseRunnerV2) {
      experiments.add(USE_RUNNER_V2_EXPERIMENT);
    }
    options.setExperiments(experiments);

    Instant startTimestamp =
        options.getBigtableChangeStreamStartTimestamp().isEmpty()
            ? Instant.now()
            : toInstant(Timestamp.parseTimestamp(options.getBigtableChangeStreamStartTimestamp()));

    String bigtableProjectId = getBigtableProjectId(options);

    LOG.info("  - startTimestamp {}", startTimestamp);
    LOG.info("  - bigtableReadInstanceId {}", options.getBigtableReadInstanceId());
    LOG.info("  - bigtableReadTableId {}", options.getBigtableReadTableId());
    LOG.info("  - bigtableChangeStreamAppProfile {}", options.getBigtableChangeStreamAppProfile());
    LOG.info("  - embeddingColumn {}", options.getEmbeddingColumn());
    LOG.info("  - crowdingTagColumn {}", options.getCrowdingTagColumn());
    LOG.info("  - project {}", options.getProject());
    LOG.info("  - indexName {}", options.getVectorSearchIndex());

    String indexName = options.getVectorSearchIndex();

    String vertexRegion = Utils.extractRegionFromIndexName(indexName);
    String vertexEndpoint = vertexRegion + "-aiplatform.googleapis.com:443";

    final Pipeline pipeline = Pipeline.create(options);

    DeadLetterQueueManager dlqManager = buildDlqManager(options);

    BigtableIO.ReadChangeStream readChangeStream =
        BigtableIO.readChangeStream()
            .withChangeStreamName(options.getBigtableChangeStreamName())
            .withExistingPipelineOptions(
                options.getBigtableChangeStreamResume()
                    ? BigtableIO.ExistingPipelineOptions.RESUME_OR_FAIL
                    : BigtableIO.ExistingPipelineOptions.FAIL_IF_EXISTS)
            .withProjectId(bigtableProjectId)
            .withAppProfileId(options.getBigtableChangeStreamAppProfile())
            .withInstanceId(options.getBigtableReadInstanceId())
            .withTableId(options.getBigtableReadTableId())
            .withMetadataTableInstanceId(options.getBigtableChangeStreamMetadataInstanceId())
            .withMetadataTableTableId(options.getBigtableMetadataTableTableId())
            .withStartTime(startTimestamp);

    PCollectionTuple results =
        pipeline
            .apply("Read from Cloud Bigtable Change Streams", readChangeStream)
            .apply("Create Values", Values.create())
            .apply(
                "Converting to Vector Search Datapoints",
                ParDo.of(
                        new ChangeStreamMutationToDatapointOperationFn(
                            options.getEmbeddingColumn(),
                            options.getEmbeddingByteSize(),
                            options.getCrowdingTagColumn(),
                            Utils.parseColumnMapping(options.getAllowRestrictsMappings()),
                            Utils.parseColumnMapping(options.getDenyRestrictsMappings()),
                            Utils.parseColumnMapping(options.getIntNumericRestrictsMappings()),
                            Utils.parseColumnMapping(options.getFloatNumericRestrictsMappings()),
                            Utils.parseColumnMapping(options.getDoubleNumericRestrictsMappings())))
                    .withOutputTags(
                        ChangeStreamMutationToDatapointOperationFn.UPSERT_DATAPOINT_TAG,
                        TupleTagList.of(
                            ChangeStreamMutationToDatapointOperationFn.REMOVE_DATAPOINT_TAG)));
    results
        .get(ChangeStreamMutationToDatapointOperationFn.UPSERT_DATAPOINT_TAG)
        .apply("Add placeholer keys", WithKeys.of("placeholder"))
        .apply(
            "Batch Contents",
            GroupIntoBatches.<String, IndexDatapoint>ofSize(
                    bufferSizeOption(options.getUpsertMaxBatchSize()))
                .withMaxBufferingDuration(
                    bufferDurationOption(options.getUpsertMaxBufferDuration())))
        .apply("Map to Values", Values.create())
        .apply(
            "Upsert Datapoints to VectorSearch",
            ParDo.of(new UpsertDatapointsFn(vertexEndpoint, indexName)))
        .apply(
            "Write errors to DLQ",
            DLQWriteTransform.WriteDLQ.newBuilder()
                .withDlqDirectory(dlqManager.getSevereDlqDirectory() + "YYYY/MM/dd/HH/mm/")
                .withTmpDirectory(dlqManager.getSevereDlqDirectory() + "tmp/")
                .setIncludePaneInfo(true)
                .build());

    results
        .get(ChangeStreamMutationToDatapointOperationFn.REMOVE_DATAPOINT_TAG)
        .apply("Add placeholder keys", WithKeys.of("placeholer"))
        .apply(
            "Batch Contents",
            GroupIntoBatches.<String, String>ofSize(
                    bufferSizeOption(options.getDeleteMaxBatchSize()))
                .withMaxBufferingDuration(
                    bufferDurationOption(options.getDeleteMaxBufferDuration())))
        .apply("Map to Values", Values.create())
        .apply(
            "Remove Datapoints From VectorSearch",
            ParDo.of(new RemoveDatapointsFn(vertexEndpoint, indexName)))
        .apply(
            "Write errors to DLQ",
            DLQWriteTransform.WriteDLQ.newBuilder()
                .withDlqDirectory(dlqManager.getSevereDlqDirectory() + "YYYY/MM/dd/HH/mm/")
                .withTmpDirectory(dlqManager.getSevereDlqDirectory() + "tmp/")
                .setIncludePaneInfo(true)
                .build());

    return pipeline.run();
  }

  private static String getBigtableProjectId(BigtableChangeStreamsToVectorSearchOptions options) {
    return StringUtils.isEmpty(options.getBigtableReadProjectId())
        ? options.getProject()
        : options.getBigtableReadProjectId();
  }

  private static Instant toInstant(Timestamp timestamp) {
    if (timestamp == null) {
      return null;
    } else {
      return Instant.ofEpochMilli(timestamp.getSeconds() * 1000 + timestamp.getNanos() / 1000000);
    }
  }

  private static int bufferSizeOption(int size) {
    if (size < 1) {
      size = 1;
    }

    return size;
  }

  private static Duration bufferDurationOption(String duration) {
    if (duration.isEmpty()) {
      return Duration.standardSeconds(1);
    }

    return DurationUtils.parseDuration(duration);
  }

  private static DeadLetterQueueManager buildDlqManager(
      BigtableChangeStreamsToVectorSearchOptions options) {
    String dlqDirectory = options.getDlqDirectory();
    if (dlqDirectory.isEmpty()) {
      LOG.info("Falling back to temp dir for DLQ");

      String tempLocation = options.as(DataflowPipelineOptions.class).getTempLocation();

      LOG.info("Have temp location {}", tempLocation);
      if (tempLocation == null || tempLocation.isEmpty()) {
        tempLocation = "/";
      } else if (!tempLocation.endsWith("/")) {
        tempLocation += "/";
      }

      dlqDirectory = tempLocation + "dlq";
    }

    LOG.info("Writing dead letter queue to: {}", dlqDirectory);

    return DeadLetterQueueManager.create(dlqDirectory, 1);
  }
}