DM 源码阅读系列文章（五）Binlog replication 实现

作者：lan

本文为 DM 源码阅读系列文章的第五篇。上篇文章 介绍了 dump 和 load 两个数据同步处理单元的设计实现，对核心 interface 实现、数据导入并发模型、数据导入暂停或中断的恢复进行了分析。本篇文章将详细地介绍 DM 核心处理单元 Binlog replication，内容包含 binlog 读取、过滤、路由、转换，以及执行等逻辑。 文内涉及到 shard merge 相关逻辑功能，如 column mapping、shard DDL 同步处理，会在 shard merge 篇单独详细讲解，这里就不赘述了。

Binlog replication 处理流程

从上图可以大致了解到 Binlog replication 的逻辑处理流程，对应的 逻辑入口代码。

1. 从 relay log 或者 MySQL/MariaDB 读取 binlog events。

2. 对 binlog events 进行处理转换（transformation），这里可以做三类操作：

   操作	说明
   Filter	根据 库/表同步黑白名单 对库/表进行过滤；根据 binlog event 类型过滤。
   Routing	根据 库/表 路由规则 对库/表名进行转换，用于合库合表。
   Convert	将 binlog 转换为 job 对象，发送到 executor。

3. executor 对 job 进行冲突检测，然后根据固定规则分发给对应的 worker 执行。

4. 定期保存 binlog position/gtid 到 checkpoint。

Binlog 读取

Binlog replication 支持两种方式读取 binlog events:

• 从远程的 MySQL/MariaDB
• 从 DM-worker 的本地 relay log

两种方式都提供了同样的读取方法，处理核心都是 go-mysql。该库主要提供了两个功能：

• 注册为 MySQL/MariaDB 的 slave server ，从 MySQL/MariaDB 顺序读取 raw binlog events。
• 解析 raw binlog events。

更多的处理细节会在下篇关于 relay log 的文章中进行介绍，迫不及待的小伙伴可以先翻阅一下相关代码实现。

Binlog 转换

处理程序拿到解析好的 binlog event 后，根据 binlog 的类型来对 binlog 进行分类处理。Binlog replication 主要关心以下类型的 binlog event ：

类型	说明
rotate event	消费完一个 binlog 文件，开始消费下一个 binlog 文件，用于更新 checkpoint 的 binlog position。
row event	包含 insert/update/delete DML 数据。
query event	包含 DDL 或者 statement DML 等数据。
xid event	代表一个 transaction 的 commit，经过 go-mysql 的处理后带有对应 transaction 结束位置的 binlog position 和 gtid ，可以用来保存 checkpoint。

Binlog replication 数据处理单元会对每一类 binlog event 进行以下的处理步骤，具体实现的处理顺序可能略有差异，以代码实现为准。

过滤

Binlog replication 会从两个维度对 binlog event 来进行过滤：

• 根据 同步库/表黑白名单，过滤掉对应库/表的所有 binlog event。
• 根据 binlog event 过滤规则，过滤掉对应库/表指定的 binlog event。

row event 过滤处理 和 query event 过滤处理 的实现在逻辑上面存在一些差异：

• row event 包含 库名和表名 信息；query event 需要通过 tidb parser 解析 event 里面包含的 query statement 来获取需要的库名，表名以及其他信息。
• tidb parser 不是完全 100% 兼容 MySQL 语法，当遇到 parser 不支持的 query statement 时候，解析就会报错，从而无法获取到对应的库名和表名信息。Binlog replication 提供了一些 内置的不支持的 query statement 正则表达式，配合 使用 [schema-pattern: *, table-pattern: *]的 binlog event 过滤规则，来跳过 parser 不支持的 query statement。
• query event 里面也会包含 statement format binlog event，此时 Binlog replication 就可以利用 parser 解析出来具体的 statement 类型，对不支持的 statement format binlog event 作出相应的处理： 对于需要同步的表，进行报错处理；不需要同步的表，忽略继续同步。

路由

binlog 过滤完成之后，对于需要同步的表就会根据过滤步骤获得的库名和表名，通过 路由规则 转换得到需要同步到的目标库名和表名，在接下来的转换步骤来使用目标库名和表名来转换出正确的 DML 和 DDL statement。

转换

row event 转换处理和 query event 转换处理的实现存在一些差异，这里分开来讲述。

row event 转换处理通过三个转换函数生成对应的 statements：

• generate insert sqls ：将 write rows event 转换为 replace into statements。
• generate update sqls：
  • safe mode = true，将 update rows event 转换为 delete + replace statements。
  • safe mode = false，将 update row event 转换为 update statements。
• generate delete sqls：将 delete rows event 转换为 delete statements。

query event 转换处理：

• 因为 TiDB 目前不支持一条 DDL 语句包含多个 DDL 操作，query event 转换处理会首先尝试将 包含多个 DDL 变更操作的单条 DDL 语句 拆分成 只包含一个 DDL 操作的多条 DDL 语句（具体代码实现）。

• 使用 parser 将 DDL statement 对应的 ast 结构里面的库名和表名替换成对应的目标库名和表名（具体代码实现）。

通过转换处理之后，将不同的 binlog event 包装成不同的 job 发送到 executor 执行：

• row event -> insert/update/delete job
• query event -> ddl job
• xid event -> xid job

Job 执行

冲突检测

binlog 顺序同步模型要求按照 binlog 顺序一个一个来同步 binlog event，这样的顺序同步势必不能满足高 QPS 低同步延迟的同步需求，并且不是所有的 binlog 涉及到的操作都存在冲突。Binlog replication 采用冲突检测机制，鉴别出来需要顺序执行的 jobs，在确保这些 jobs 的顺序执行的基础上，最大程度地保持其他 job 的并发执行来满足性能方面的要求。

冲突检测流程如下：

• 遇到 DDL job，等待前面已经分发出来的所有 DML jobs 执行完成后，然后单独执行该 DDL job，执行完成之后保存 checkpoint 信息。
• 遇到 DML job，会 先检测并且尝试解决冲突。如果检测到冲突（即存在两个 executor 的 worker 的 jobs 都需要与当前的 job 保持顺序执行），会发送一个 flush job 来等待已经分发的所有 DML jobs 执行完成，然后再将 job 分发到对应的 worker，并且记录该分发信息到内存。在没有冲突的情况下，如果不需要与已经分发出去的 job 保持顺序的话，发送 job 到任意 worker 上；如果需要保持顺序的话，那么根据内存储存的历史分发信息，发送 job 到对应的 worker 上。

冲突检测实现比较简单，根据转换步骤获得每条 statement 对应的 primary/unique key 信息，来进行交集检测，如果存在交集那么认定是需要顺序的执行两条 statement，请参考 具体实现代码。

执行

job 分发到对应的 worker 后，worker 根据一定的规则来批量执行这些 job，如下：

• 遇到 DDL 立即执行。
• 遇到 flush 或者积累的 job 数量超过 配置的 batch 数量 立即执行。
• 没有新的 job 分发进来，清空当前已经积累的 jobs 或者 sleep 10 ms。

根据上面三个规则可以很快地将已经分发的 jobs 应用到下游 TiDB。

小结

本篇文章详细地介绍 DM 核心处理单元 Binlog replication，内容包含 binlog 读取、过滤、路由、转换，以及执行等逻辑。下一篇我们会对 relay log 数据处理单元的设计进行详细的讲解。