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概述

canal是阿里巴巴旗下的一款开源项目，纯Java开发。依据数据库增量日志解析，提供增量数据订阅&消费，现在首要支撑了MySQL（也支撑mariaDB）。

背景

前期，阿里巴巴B2B公司由于存在杭州和美国双机房部署，存在跨机房同步的事务需求。不过前期的数据库同步事务，首要是依据trigger的办法获取增量改变，不过从2010年开端，阿里系公司开端逐步的测验依据数据库的日志解析，获取增量改变进行同步，由此衍生出了增量订阅&消费的事务，从此敞开了一段新纪元。ps. 现在内部运用的同步，已经支撑mysql5.x和oracle部分版本的日志解析

依据日志增量订阅&消费支撑的事务：

数据库镜像
数据库实时备份
多级索引 (卖家和买家各自分库索引)
search build
事务cache改写
价格变化等重要事务音讯

当时的 canal 支撑源端 MySQL 版本包含 5.1.x , 5.5.x , 5.6.x , 5.7.x , 8.0.x

作业原理

Mysql的BinLog

它记载了所有的DDL和DML(除了数据查询句子)句子，以事件办法记载，还包含句子所履行的消耗的时间。首要用来备份和数据同步。

binlog 有三种形式：STATEMENT、ROW、MIXED

STATEMENT 记载的是履行的sql句子
ROW 记载的是实在的行数据记载
MIXED 记载的是1+2，优先依照1的形式记载

举例阐明

举例来说，下面的sql

COPYupdate user set age=20

对应STATEMENT形式只要一条记载，对应ROW形式则有可能有成千上万条记载（取决数据库中的记载数）。

MySQL主备复制原理

Slave 上面的IO线程连接上 Master，并恳求从指定日志文件的指定方位(或许从最开端的日志)之后的日志内容;
Master 接纳到来自 Slave 的 IO 线程的恳求后，经过担任复制的 IO 线程依据恳求信息读取指定日志指定方位之后的日志信息，返回给 Slave 端的 IO 线程。返回信息中除了日志所包含的信息之外，还包含本次返回的信息在 Master 端的 Binary Log 文件的名称以及在 Binary Log 中的方位;
Slave 的 IO 线程接纳到信息后，将接纳到的日志内容依次写入到 Slave 端的Relay Log文件(mysql-relay-bin.xxxxxx)的最末端，并将读取到的Master端的bin-log的文件名和方位记载到master- info文件中，以便在下一次读取的时分能够清楚的高速Master“我需求从某个bin-log的哪个方位开端往后的日志内容，请发给我”
Slave 的 SQL 线程检测到 Relay Log 中新增加了内容后，会立刻解析该 Log 文件中的内容成为在 Master 端实在履行时分的那些可履行的 Query 句子，并在自身履行这些 Query。这样，实际上便是在 Master 端和 Slave 端履行了相同的 Query，所以两端的数据是完全一样的。当然这个进程本质上仍是存在必定的推迟的。

mysql的binlog文件长这个姿态。

COPYmysql-bin.003831
mysql-bin.003840  
mysql-bin.003849  
mysql-bin.003858

启用Binlog留意以下几点：

Master主库一般会有多台Slave订阅，且Master主库要支撑事务体系实时改变操作，服务器资源会有瓶颈；
需求同步的数据表必定要有主键；

canal能够同步数据的原理

理解了mysql的主从同步的机制再来看canal就比较清晰了，canal首要是听过伪装成mysql从server来向主server拉取数据。

canal模仿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恳求，开端推送binary log给slave(也便是canal)
canal解析binary log目标(原始为byte流)

Canal架构

canal的规划理念

canal的组件化规划非常好，有点相似于tomcat的规划。运用组合规划，依靠倒置，面向接口的规划。

canal的组件

canal server 这个代表了我们部署的一个canal 运用
canal instance 这个代表了一个canal server中的多个 mysql instance ,从这一点阐明一个canal server能够搜集多个库的数据，在canal中叫 destionation。

每个canal instance 有多个组件构成。在conf/spring/default-instance.xml中装备了这些组件。他其实是运用了spring的容器来进行这些组件管理的。

instance 包含的组件

这里是一个cannalInstance作业所包含的大组件。截取自 conf/spring/default-instance.xml

COPY<bean id="instance" class="com.alibaba.otter.canal.instance.spring.CanalInstanceWithSpring">
    <property name="destination" value="${canal.instance.destination}" />
    <property name="eventParser">
        <ref local="eventParser" />
    </property>
    <property name="eventSink">
        <ref local="eventSink" />
    </property>
    <property name="eventStore">
        <ref local="eventStore" />
    </property>
    <property name="metaManager">
        <ref local="metaManager" />
    </property>
    <property name="alarmHandler">
        <ref local="alarmHandler" />
    </property>
</bean>

EventParser规划

eventParser 最根本的组件，相似于mysql从库的dump线程，担任从master中获取bin_log

整个parser进程大致可分为几步：

Connection获取上一次解析成功的方位 (假如第一次发动，则获取初始指定的方位或许是当时数据库的binlog位点)
Connection树立链接，发送BINLOG_DUMP指令 // 0. write command number // 1. write 4 bytes bin-log position to start at // 2. write 2 bytes bin-log flags // 3. write 4 bytes server id of the slave // 4. write bin-log file name
Mysql开端推送Binaly Log
接纳到的Binaly Log的经过Binlog parser进行协议解析，弥补一些特定信息 // 弥补字段名字，字段类型，主键信息，unsigned类型处理
传递给EventSink模块进行数据存储，是一个阻塞操作，直到存储成功
存储成功后，定时记载Binaly Log方位

EventSink规划

eventSink 数据的归集，运用设置的filter对bin log进行过滤，作业的进程如下。

阐明：

数据过滤：支撑通配符的过滤形式，表名，字段内容等

数据路由/分发：处理1:n (1个parser对应多个store的形式)

数据归并：处理n:1 (多个parser对应1个store)

数据加工：在进入store之前进行额定的处理，比方join

数据1:n事务

为了合理的运用数据库资源，一般常见的事务都是依照schema进行隔离，然后在mysql上层或许dao这一层面上，进行一个数据源路由，屏蔽数据库物理方位对开发的影响，阿里系首要是经过cobar/tddl来处理数据源路由问题。

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个或许多个事务方关注

数据n:1事务

相同，当一个事务的数据规划到达必定的量级后，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求处理时，就需求链接多个store进行处理，消费的位点就会变成多份，而且数据消费的进展无法得到尽可能有序确实保。

所以，在必定事务场景下，需求将拆分后的增量数据进行归并处理，比方依照时间戳/大局id进行排序归并.

EventStore规划

eventStore 用来存储filter过滤后的数据，canal现在的数据只在这里存储，作业流程如下

现在仅完成了Memory内存形式，后续计划增加本地file存储，mixed混合形式
学习了Disruptor的RingBuffer的完成思路

定义了3个cursor

Put : Sink模块进行数据存储的最终一次写入方位
Get : 数据订阅获取的最终一次提取方位
Ack : 数据消费成功的最终一次消费方位

学习Disruptor的RingBuffer的完成，将RingBuffer拉直来看：

完成阐明：

Put/Get/Ack cursor用于递加，采用long型存储
buffer的get操作，经过取余或许与操作。(与操作： cusor & (size – 1) , size需求为2的指数，功率比较高)

metaManager

metaManager 用来存储一些原数据，比方消费到的游标，当时活动的server等信息

alarmHandler

alarmHandler 报警，这个一般情况下便是过错日志，理论上应该是能够定制成邮件等办法，可是现在不支撑

各个组件现在支撑的类型

canal采用了spring bean container的办法来组装一个canal instance ,目的是为了能够更加灵活。

canal经过这些组件的选取能够到达不同运用场景的作用，比方单机的话，一般运用file来存储metadata就行了,HA的话一般运用zookeeper来存储metadata。

eventParser

eventParser 现在只要三种

MysqlEventParser 用于解析mysql的日志
GroupEventParser 多个eventParser的集合，理论上是对应了分表的情况，能够经过这个合并到一起
RdsLocalBinlogEventParser 依据rds的binlog 的复制

eventSink

eventSink 现在只要EntryEventSink 便是依据mysql的binlog数据目标的处理操作

eventStore

eventStore 现在只要一种 MemoryEventStoreWithBuffer，内部运用了一个ringbuffer 也便是说canal解析的数据都是存在内存中的，并没有到zookeeper傍边。

metaManager

metaManager 这个比较多，其实依据元数据寄存的方位能够分为三大类，memory,file,zookeeper

Canal-HA机制

canal是支撑HA的，其完成机制也是依靠zookeeper来完成的，用到的特性有watcher和EPHEMERAL节点(和session生命周期绑定)，与HDFS的HA相似。

canal的ha分为两部分，canal server和canal client别离有对应的ha完成

canal server: 为了削减对mysql dump的恳求，不同server上的instance(不同server上的相同instance)要求同一时间只能有一个处于running，其他的处于standby状况(standby是instance的状况)。
canal client: 为了确保有序性，一份instance同一时间只能由一个canal client进行get/ack/rollback操作，否则客户端接纳无法确保有序。

server ha的架构图如下

大致进程：

canal server要发动某个canal instance时都先向zookeeper_进行一次测验发动判别_(完成：创立EPHEMERAL节点，谁创立成功就答应谁发动)
创立zookeeper节点成功后，对应的canal server就发动对应的canal instance，没有创立成功的canal instance就会处于standby状况。
一旦zookeeper发现canal server A创立的instance节点消失后，当即告诉其他的canal server再次进行进程1的操作，从头选出一个canal server发动instance。
canal client每次进行connect时，会首先向zookeeper问询当时是谁发动了canal instance，然后和其树立链接，一旦链接不可用，会从头测验connect。

Canal Client的办法和canal server办法相似，也是运用zookeeper的抢占EPHEMERAL节点的办法进行控制.

canal的作业进程

dump日志

发动时去MySQL 进行dump操作的binlog 方位确定

作业的进程。在发动一个canal instance 的时分，首先发动一个eventParser 线程来进行数据的dump 当他去master拉取binlog的时分需求binlog的方位，这个方位确实定是依照如下的顺序来确定的（这个地方讲述的是HA形式哈）。

在发动的时分判别是否运用zookeeper，假如是zookeeper,看能否拿到 cursor (也便是binlog的信息)，假如能够拿到，把这个信息存到内存中（MemoryLogPositionManager）,然后拿这个信息去mysql中dump binlog
经过1拿不到的话(一般是zookeeper傍边每一，比方第一次搭建的时分，或许由于某些原因zk中的数据被删除了)，就去装备文件装备傍边的去拿,把这个信息存到内存中（MemoryLogPositionManager）,然后拿这个信息去mysql中dump binlog
经过2仍然没有拿到的话，就去mysql 中履行一个sql show master status 这个句子会显现当时mysql binlog最终方位的信息，也便是刚写入的binlog所在的方位信息。把这个信息存到内存中（MemoryLogPositionManager）,然后拿这个信息去mysql中dump binlog。

后面的eventParser的操作就会以内存中（MemoryLogPositionManager）存储的binlog方位去master进行dump操作了。

mysql的show master status 操作

COPYmysql> show master status\G
*************************** 1. row ***************************
             File: mysql-bin.000028
         Position: 635762367
     Binlog_Do_DB:
 Binlog_Ignore_DB:
Executed_Gtid_Set: 18db0532-6a08-11e8-a13e-52540042a113:1-2784514,
318556ef-4e47-11e6-81b6-52540097a9a8:1-30002,
ac5a3780-63ad-11e8-a9ac-52540042a113:1-5,
be44d87c-4f25-11e6-a0a8-525400de9ffd:1-156349782
1 row in set (0.00 sec

归集(sink)和存储(store)

数据在dump回来之后进行的归集(sink)和存储(store)

sink操作是能够支撑将多个eventParser的数据进行过滤filter

filter运用的是instance.properties中装备的filter,当然这个filter也能够由canal的client端在进行subscribe的时分进行设置。假如在client端进行了设置，那么服务端装备文件instance.properties的装备都会失效

sink 之后将过滤后的数据存储到eventStore傍边去。

现在eventStore的完成只要一个MemoryEventStoreWithBuffer,也便是依据内存的ringbuffer,运用这个store有一个特色，这个ringbuffer是依据内存的，大小是有约束的(bufferSize = 16 * 1024 也便是16M)，所以，当canal的客户端消费比较慢的时分,ringbuffer中存满了就会阻塞sink操作，那么正读取mysql binlog的eventParser线程也会受阻。这种规划其实也是有道理的。由于canal的操作是pull 模型，不是producer push的模型，所以他没必要存储太多数据，这样就能够避免了数据存储和持久化管理的一些问题。使数据管理的复杂度大大下降。

上面这些整个是canal的parser 线程的作业流程，首要对应的便是将数据从mysql搞下来，做一些根本的归集和过滤，然后存储到内存中。

binlog的顾客

canal从mysql订阅了binlog今后首要仍是想要给顾客运用。那么binlog是在什么时分被消费呢。这便是另一条主线了。就像我们做一个toC的体系，管理体系是必须的，用户运用的app或许web又是一套，eventParser 线程就像是管理体系，往里面录入根底数据。canal的client就像是app端一样，是这些数据的消费方。 binlog的首要顾客便是canal的client端。运用的协议是依据tcp的google.protobuf,当然tcp的形式是io多路复用，也便是nio。当我们的client发起恳求之后，canal的server端就会从eventStore中将数据传输给客户端。依据客户端的ack机制，将binlog的元数据信息定时同步到zookeeper傍边。

canal的目录结构

装备父目录：在下面能够看到

COPYcanal
├── bin
│   ├── canal.pid
│   ├── startup.bat
│   ├── startup.sh
│   └── stop.sh
└── conf
    ├── canal.properties
    ├── gamer ---目录
    ├── ww_social ---目录
    ├── wother ---目录
    ├── nihao ---目录
    ├── liveim ---目录
    ├── logback.xml
    ├── spring ---目录
    ├── ym ---目录
    └── xrm_ppp ---目录

这里是悉数展开的目录

COPYcanal
├── bin
│   ├── canal.pid
│   ├── startup.bat
│   ├── startup.sh
│   └── stop.sh
└── conf
    ├── canal.properties
    ├── game_center
    │   └── instance.properties
    ├── ww_social
    │   ├── h2.mv.db
    │   ├── h2.trace.db
    │   └── instance.properties
    ├── wwother
    │   ├── h2.mv.db
    │   └── instance.properties
    ├── nihao
    │   ├── h2.mv.db
    │   ├── h2.trace.db
    │   └── instance.properties
    ├── movie
    │   ├── h2.mv.db
    │   └── instance.properties
    ├── logback.xml
    ├── spring
    │   ├── default-instance.xml
    │   ├── file-instance.xml
    │   ├── group-instance.xml
    │   ├── local-instance.xml
    │   ├── memory-instance.xml
    │   └── tsdb
    │       ├── h2-tsdb.xml
    │       ├── mysql-tsdb.xml
    │       ├── sql
    │       └── sql-map
    └── ym
        └── instance.properties

Canal运用场景

同步缓存redis/全文查找ES

canal一个常见运用场景是同步缓存/全文查找，当数据库改变后经过binlog进行缓存/ES的增量更新。当缓存/ES更新出现问题时，应该回退binlog到过去某个方位进行从头同步，并提供全量改写缓存/ES的办法，如下图所示。

下发使命

　　另一种常见运用场景是下发使命，当数据改变时需求告诉其他依靠体系。其原理是使命体系监听数据库改变，然后将改变的数据写入MQ/kafka进行使命下发，比方产品数据改变后需求告诉产品详情页、列表页、查找页等先关体系。这种办法能够确保数据下发的精确性，经过MQ发送音讯告诉改变缓存是无法做到这一点的，而且事务体系中不会散落着各种下发MQ的代码，然后完成了下发归集，如下图所示。

数据异构

在大型网站架构中，DB都会采用分库分表来处理容量和功能问题，但分库分表之后带来的新问题。比方不同维度的查询或许聚合查询，此时就会非常棘手。一般我们会经过数据异构机制来处理此问题。

所谓的数据异构，那便是将需求join查询的多表依照某一个维度又聚合在一个DB中。让你去查询。canal便是完成数据异构的手法之一。

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本文由传智教育博学谷狂野架构师教研团队发布。

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概述

背景

作业原理

Mysql的BinLog

举例阐明

MySQL主备复制原理

canal能够同步数据的原理

Canal架构

canal的规划理念

canal的组件

instance 包含的组件

EventParser规划

EventSink规划

数据1:n事务

数据n:1事务

EventStore规划

metaManager

alarmHandler

各个组件现在支撑的类型

eventParser

eventSink

eventStore

metaManager

Canal-HA机制

canal的作业进程

dump日志

归集(sink)和存储(store)

binlog的顾客

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