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Canal 简介 ​

canal [kə’næl]

，译意为水道/管道/沟渠，主要用途是基于 MySQL 数据库增量日志解析，提供增量数据订阅和消费

工作原理

  • canal 模拟 MySQL slave 的交互协议，伪装自己为 MySQL slave ，向 MySQL master 发送 dump 协议
  • MySQL master 收到 dump 请求，开始推送 binary log 给 slave (即 canal )
  • canal 解析 binary log 对象(原始为 byte 流)

工作原理 ​

mysql主备复制实现 ​

在介绍Canal内部原理之前，首先来了解一下MySQL Master/Slave同步原理：

MySQL master启动binlog机制，将数据变更写入二进制日志（binary log, 其中记录叫做二进制日志事件binary log events，可以通过show binlog events进行查看）MySQL slave（I/O thread）将master的binary log events拷贝到它的中继日志（relay log）MySQL slave（SQL thread）重放relay log中事件，将数据变更反映它自己的数据中

Canal工作原理 ​

Canal模拟MySQL slave的交互协议，伪装自己为MySQL slave，向MySQL master发送dump协议MySQL master收到dump请求，开始推送binary log给slave（也就是canal）Canal解析binary log对象（原始为byte流）

简而言之，Canal是通过模拟成为MySQL的slave，监听MySQL的binlog日志来获取数据。当把MySQL的binlog设置为row模式以后，可以获取到执行的每一个Insert/Update/Delete的脚本，以及修改前和修改后的数据，基于这个特性，Canal就能高效的获取到MySQL数据的变更。

Canal架构 ​

说明：

  • server代表一个Canal运行实例，对应于一个jvm
  • instance对应于一个数据队列（1个server对应1..n个instance)

instance模块：

  • eventParser (数据源接入，模拟slave协议和master进行交互，协议解析)
  • eventSink (Parser和Store链接器，进行数据过滤，加工，分发的工作)
  • eventStore (数据存储)
  • metaManager (增量订阅&消费信息管理器)

知识科普 ​

MySQL 的 Binary Log 介绍

简单点说：

  • mysql的binlog是多文件存储，定位一个LogEvent需要通过binlog filename + binlog position，进行定位
  • mysql的binlog数据格式，按照生成的方式，主要分为：statement-based、row-based、mixed。
mysql> show variables like 'binlog_format';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| binlog_format | ROW   |
+---------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)

目前canal支持所有模式的增量订阅(但配合同步时，因为statement只有sql，没有数据，无法获取原始的变更日志，所以一般建议为ROW模式)

Event Parser设计 ​

大致过程

整个parser过程大致可分为以下几步：

  • Connection获取上一次解析成功的log position（如果是第一次启动，则获取初始指定的位置或者是当前数据库的binlog log position）
  • Connection建立连接，向MySQL master发送BINLOG_DUMP请求
  • MySQL开始推送binary Log
  • 接收到的binary Log通过BinlogParser进行协议解析，补充一些特定信息。如补充字段名字、字段类型、主键信息、unsigned类型处理
  • 将解析后的数据传入到EventSink组件进行数据存储（这是一个阻塞操作，直到存储成功）定时记录binary Log位置，以便重启后继续进行增量订阅
  • 存储成功后，定时记录Binaly Log位置

如果需要同步的master宕机，可以从它的其他slave节点继续同步binlog日志，避免单点故障。

Event Sink设计： ​

EventSink主要作用如下：

数据过滤：支持通配符的过滤模式，表名，字段内容等

数据路由/分发：解决1:n（1个parser对应多个store的模式）

数据归并：解决n:1（多个parser对应1个store）

数据加工：在进入store之前进行额外的处理，比如join 数据1:n业务

为了合理的利用数据库资源， 一般常见的业务都是按照schema进行隔离，然后在MySQL上层或者dao这一层面上，进行一个数据源路由，屏蔽数据库物理位置对开发的影响，阿里系主要是通过cobar/tddl来解决数据源路由问题。所以，一般一个数据库实例上，会部署多个schema，每个schema会有由1个或者多个业务方关注。

数据n:1业务

同样，当一个业务的数据规模达到一定的量级后，必然会涉及到水平拆分和垂直拆分的问题，针对这些拆分的数据需要处理时，就需要链接多个store进行处理，消费的位点就会变成多份，而且数据消费的进度无法得到尽可能有序的保证。所以，在一定业务场景下，需要将拆分后的增量数据进行归并处理，比如按照时间戳/全局id进行排序归并。

Event Store设计： ​

支持多种存储模式，比如Memory内存模式。采用内存环装的设计来保存消息，借鉴了Disruptor的RingBuffer的实现思路。

RingBuffer设计：

定义了3个cursor：

put：Sink模块进行数据存储的最后一次写入位置（同步写入数据的cursor）

get：数据订阅获取的最后一次提取位置（同步获取的数据的cursor）

ack：数据消费成功的最后一次消费位置

借鉴Disruptor的RingBuffer的实现，将RingBuffer拉直来看：

实现说明：

put/get/ack cursor用于递增，采用long型存储。三者之间的关系为put>=get>=ackbuffer的get操作，通过取余或者&操作。(&操作：cusor & (size - 1) , size需要为2的指数，效率比较高)

Instance设计： ​

instance代表了一个实际运行的数据队列，包括了EventPaser、EventSink、EventStore等组件。抽象了CanalInstanceGenerator，主要是考虑配置的管理方式：

manager方式：和你自己的内部web console/manager系统进行对接。(目前主要是公司内部使用)

spring方式：基于spring xml + properties进行定义，构建spring配置。

Server设计： ​

server代表了一个Canal运行实例，为了方便组件化使用，特意抽象了Embeded(嵌入式)/Netty(网络访问)的两种实现。

增量订阅/消费设计： ​

具体的协议格式，可参见：CanalProtocol.proto。数据对象格式：EntryProtocol.proto

Entry
  Header
    logfileName [binlog文件名]
    logfileOffset [binlog position]
    executeTime [binlog里记录变更发生的时间戳]
    schemaName [数据库实例]
    tableName [表名]
    eventType [insert/update/delete类型]
  entryType  [事务头BEGIN/事务尾END/数据ROWDATA]
  storeValue [byte数据,可展开，对应的类型为RowChange]

RowChange
isDdl    [是否是ddl变更操作，比如create table/drop table]
sql   [具体的ddl sql]
rowDatas  [具体insert/update/delete的变更数据，可为多条，1个binlog event事件可对应多条变更，比如批处理]
beforeColumns [Column类型的数组]
afterColumns [Column类型的数组]

Column
index    [column序号]
sqlType   [jdbc type]
name    [column name]
isKey    [是否为主键]
updated   [是否发生过变更]
isNull   [值是否为null]
value    [具体的内容，注意为文本]

针对上述的补充说明：1.可以提供数据库变更前和变更后的字段内容，针对binlog中没有的name、isKey等信息进行补全2.可以提供ddl的变更语句

Canal HA机制： ​

Canal的HA实现机制是依赖zookeeper实现的，主要分为Canal server和Canal client的HA。 Canal server:为了减少对MySQL dump的请求，不同server上的instance要求同一时间只能有一个处于running状态，其他的处于standby状态。

Canal client:为了保证有序性，一份instance同一时间只能由一个Canal client进行get/ack/rollback操作，否则客户端接收无法保证有序。 Canal Server HA架构图：

大致步骤：

  • Canal server要启动某个Canal instance时都先向Zookeeper进行一次尝试启动判断 (实现：创建EPHEMERAL节点，谁创建成功就允许谁启动)
  • 创建Zookeeper节点成功后，对应的Canal server就启动对应的Canal instance，没有创建成功的Canal instance就会处于standby状态
  • 一旦Zookeeper发现Canal server A创建的节点消失后，立即通知其他的Canal server再次进行步骤1的操作，重新选出一个Canal server启动instance
  • Canal client每次进行connect时，会首先向Zookeeper询问当前是谁启动了Canal instance，然后和其建立链接，一旦链接不可用，会重新尝试connect

Canal Client的方式和Canal server方式类似，也是利用Zookeeper的抢占EPHEMERAL节点的方式进行控制。