一文详解 Canal Instance 设计理念与定制开发思路

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS PostgreSQL,集群系列 2核4GB
简介: 一文详解 Canal Instance 设计理念与定制开发思路

Canal 系列的第一篇文章我们基本能了解到,Instance 是 Canal 数据同步的核心,在一个 Canal 实例中只有启动 Instace,才能实现数据的同步,那 Instance 到底是“何许人也”,本文将以源码为手段,试图揭开 Instance 的神秘面纱。


1、Canal Instance 类继承体系


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重要的类说明如下:


  • CanalInstanceCanal Instance 接口,即定义 Instance 的基本特征,主要定义如下方法:
  • String getDestination()
    实例的目的地名称,在 Canal 中表示一个源实例名称,对应一个 MySQL 实例信息,例如 192.168.1.3:3306,这里为该实例取一个名称。
  • CanalEventParser getEventParser()
    事件解析器,即 Binlog 解析器,负责解析 binlog 日志。
  • CanalEventSink getEventSink()
    EventParse 与 EventStore 的连接器,主要处理数据的过滤、加工与分发,即提供了对 binlog 原始数据进行“加工”的切入点,EventStore 存储的就是经 EventSink处理过的数据。
  • CanalEventStore getEventStore()
    事件存储器,即 Canal Instance 作为 MySQL 的 "Slave" 服务器,需要将同步过来的数据进行存储,然后被 Canal 的客户端最终会从 EventStore 中获取数据,目前 Canal 只实现了基于内存的 EventStore,那 Canal 是如何避免内存泄露,并且如何避免数据丢失的,这将是后续我们需要研究的重点。
  • CanalMetaManager getMetaManager()
    Canal 元数据管理器,例如记录 消费端消费进度,即从 Canal EventStore 中处理数据的情况。
  • CanalAlarmHandler getAlarmHandler()
    告警服务。
  • AbstractCanalInstance
    CanalInstance的抽象实现类。
  • CanalInstanceWithManager
    基于手动编程式的 CanaInstance,主要通过API的方式手动生成 CanalInstance 实例。可以类比 Spring 基于编程API 的事务管理器。
  • CanalInstanceWithSpring
    基于 Spring 方式构建 CanaInstance。
  • CanalInstanceGenerator
    Canal Instance 的构造类体系,即通过该类提供的方法创建 CanalInstance 实例,提供基于 Spring、手动管理等方式。


2、CanalInstance 四大核心组件


从类层次了解 Canal Instance 显得不那么直观,接下来先抛出一个使用场景,再结合架构图进一步加深对 Canal Instance 的理解。


例如某公司的订单系统使用了分库分表,数据库的分别部署在 192.168.1.166:3306,192.168.1.168:3306 两个数据库,并且每一个数据库上会创建多个 schema,例如 order_db、user_db,那现在为了对订单提供多维度的查询,统计等功能,架构组因此提出通过订阅数据库 binlog 日志,将两个订单库中的订单数据,即将 order_db 中的数据同步到 elasticsearch,而 Canal 的设计初衷就是为了解决上述问题,故我们可以边思考这个场景,来反推一下 Canal Instance 的设计理念。


Canal Instance 的架构图如下图所示:


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Canal 中数据的同步是由 CanalInstance 组件负责,一个 Canal Server 实例中可以创建多个 CanalInstance 实例。


一个 CanalInstance 可以看成是对应一个 MySQL 实例,即案例中需要同步两个数据库实例,故最终需要创建两个 CanalInstance。其实也不难理解,因为 MySQL 的 binlog 就是以实例为维度进行存储的。Canal Instance 包含了 4个 核心组件 :EventParse、EventSink、EventStore、CanaMetaManager,在这里主要是阐明其作用,后续文章会一一详细介绍,以便更好的指导实践。


  • EventParse 组件
    负责解析 binlog日志,其职责就是根据 binlog 的存储格式将有效数据提取出来,这个不难理解,我们也可以通过该模块,进一步了解一下 binglog 的存储格式。
  • EventSink 组件
    结合数据同步案例,在一个数据库实例上通常会创建多个 Schema,但通常并不是所有的 schema 都需要被同步,如果直接将 EventParse 解析出来的数据全部传入EventStore 组件,将对 EventStore 带来不必要的性能消耗;另外本例中使用了分库分表,需要将多个库的数据同步到单一源,可能需要涉及到合并、归并等策略。以上等等等需求就是 EventSink 需要解决的问题域。
  • EventStore 组件
    用来存储经 canal 转换的数据,被 Canal Client 进行消费的数据,目前 Canal 只提供了基于内存的存储实现。大家不妨先思考一下,采用基于内存的存储模式,如何避免内存溢出,其具体实现将在后续文章中详细剖析。
  • CanalMetaManager 组件
    元数据存储管理器。在 Canal 中最基本的元数据至少应该包含 EventParse 组件解析的位点与消费端的消费位点。Canal Server 重启后要能从上一次未同步位置开始同步,否则会丢失数据。在将数据库数据同步到 es 的示例中,所谓的 canal 客户端就是从 Canal Server 即 EventStore 中获取数据,并将数据写入 es 中,并上报写入进度,这些信息都是由 CanalMetaManager 组件完成。


从最新的版本来看,Canal 支持直接将解析后的数据发送到MQ,故 CanalInstance 中还持有另外一个组件:CanalMQConfig,关于 MQ 的一些配置,提供了多种策略实现 shcema、table 到 MQ Topic 的自动映射管理,为 Canal 的使用者带来更多便利,这部分内容会在后续文章中单独介绍,这里先暂时不过多讨论。


经过上面的了解,我想大家对 Canal Instance 有了一个相对全面的了解了吧,接下来我们再来关注一下 CanalInstance 的构造方式,这个对后续的实践有着非常重要的影响。


3、CanalInstance 构造方式


Canal 中提供了两种方式对 Instance 进行初始化:Spring 与 手动编程方式。CanalInstance 最最核心的就是上述提到的4个组件,即 CanalInstanceWithManager 类的具体职责就是管理上述核心组件,即提供对上述组件的加载、启动、停止,并协调,从其名字就能看出来,从其构造函数同样能得知:

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编程方式创建 Canal Instance 比较简单,只需设置参数,并创建 CanalInstanceWithManger 方法即可,正如示例代码中使用的那样。

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另外 Canal 提供了对 Spring 的整合,将 canal Instance 的相关核心组件纳入 Spring 的管理,其实现类为:CanalInstanceWithSpring,对应的 Spring 配置示例如下图所示:

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温馨提示:基于 Canal 二次开发的编程技巧思考如下:Canal 框架本身将 Canal Server 做成了启动脚本,可以通过自定义 Instance,即从 instance 配置文件中加载配置,然后启动 Canal Server 解析 Binlog 日志,最终按照预定的配置进行工作,例如在生产环境搭建一些 Canal 集群,统一交由运维去手动维护,如果需要数据同步,则配置相应的 instance 文件,然后进行启动就生效,其实这种模式处于 Canal 的初阶阶段,更好的方式是对 Canal 进行二次开发,通过可视化的界面,通过界面的方式定义数据同步任务,例如将指定数据库实例上的指定 Schema 的 binglog 日志同步到指定消息集群的指定 topic,并且可重推、随时停止,重启,这样 Canal 的维护者无需关注底层的细节,只需要通过页面简单配置一下即可。


源码 Canal 系列的第一篇文章后有好几个粉丝表示目前也在研究 Canal,由于笔者目前只能尽量保持周更,如果大家希望加快研究 Canal 的步伐,笔者有如下建议:


1、深入研究其四大核心组件,并带着问题去研究,例如在学习元数据管理时是如何保证数据不丢失,重启后又是如何定位位点的。

2、如果大家想更全局的去研究 Canal,我觉得除了阅读 Canal 官方的设计手册,还可以专门去看一下 CanalParameter 这个类,Canal 支持的所有配置属性,并且都有相应的注释,关于 Canal 的所有一切,都可以从这里窥探出端倪,然后可以选择感兴趣的内容加以继续深入学习。

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