微服务MySQL分库分表数据到MongoDB同步方案

需求背景

近年来，微服务概念持续火热，网络上针对微服务和单体架构的讨论也是越来越多，面对日益增长的业务需求是，很多公司做技术架构升级时优先选用微服务方式。我所在公司也是选的这个方向来升级技术架构，以支撑更大访问量和更方便的业务扩展。

发现问题

微服务拆分主要分两种方式：拆分业务系统不拆分数据库，拆分业务系统拆分库。如果数据规模小的话大可不必拆分数据库，因为拆分数据看必将面对多维度数据查询，跨进程之间的事务等问题。而我所在公司随着业务发展单数据库实例已经不能满足业务需要，所以选择了拆分业务系统同时拆分数据库的模式，所以也面临着以上的问题。本文主要介绍多维度数据实时查询解决方案。当前系统架构和存储结构如下：

解决思路

• 要对多数据库数据进行查询，首先就需要将数据库同步到一起以方便查询
• 为了满足大数据量数据需求，所以优先选择NOSQL数据库做同步库
• NOSQL数据库基本无法进行关联查询，所以需要将关系数据进行拼接操作，转换成非关系型数据
• 业务多维度查询需要实时性，所以需要选择NOSQL中实时性相对比较好的数据库：MongoDB

根据以上思路，总结数据整合架构如下图所示：

解决方案

目前网上一些数据同步案例分两种：MQ消息同步和binlog数据读取同步

先说MQ消息同步，该同步方式我所在公司试用过一段时间，发现以下问题：
- 数据围绕业务进行，对业务关键性数据操作发送MQ消息，对业务系统依赖性比较高
- 对于数据库中存量数据需要单独处理
- 对于工具表还需要单独维护同步
- 每次新增数据表都需要重新添加MQ逻辑

考虑到以上问题，用MQ方式同步数据最优解决办法

使用binlog 数据读取方式目前有一些成熟方案，比如tungsten replicator，但这些同步工具只能实现数据1:1复制，数据复制过程自定义逻辑添加比较麻烦，不支持分库分表数据归集操作。综上所述，最优方案应该是读取后binlog后自行处理后续数据逻辑。目前binlog读取binlog工具中最成熟的方案应该就是alibaba开源的canal了。

canal

canal是阿里巴巴mysql数据库binlog的增量订阅&消费组件 。阿里云DRDS、阿里巴巴TDDL 二级索引、小表复制. 都是基于canal做的，应用广泛。
canal原理相对比较简单：
- 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)

canal介绍： https://github.com/alibaba/canal/wiki

我使用的是canal的HA模式,由zookeeper选举可用实例，每个数据库一个instance,服务端配置如下：

目录：

conf
    database1
        -instance.properties
    database2
        -instance.properties
    canal.properties

instance.properties

canal.instance.mysql.slaveId = 1001
canal.instance.master.address = X.X.X.X:3306
canal.instance.master.journal.name = 
canal.instance.master.position = 
canal.instance.master.timestamp = 
canal.instance.dbUsername = canal
canal.instance.dbPassword = canal
canal.instance.defaultDatabaseName =
canal.instance.connectionCharset = UTF-8
canal.instance.filter.regex = .*\\..*
canal.instance.filter.black.regex =  

canal.properties

canal.id= 1
canal.ip=X.X.X.X
canal.port= 11111
canal.zkServers=X.X.X.X:2181,X.X.X.X:2181,X.X.X.X:2181
canal.zookeeper.flush.period = 1000
canal.file.data.dir = ${canal.conf.dir}
canal.file.flush.period = 1000
canal.instance.memory.buffer.size = 16384
canal.instance.memory.buffer.memunit = 1024 
canal.instance.memory.batch.mode = MEMSIZE
canal.instance.detecting.enable = true
canal.instance.detecting.sql = select 1
canal.instance.detecting.interval.time = 3
canal.instance.detecting.retry.threshold = 3
canal.instance.detecting.heartbeatHaEnable = false
canal.instance.transaction.size =  1024
canal.instance.fallbackIntervalInSeconds = 60
canal.instance.network.receiveBufferSize = 16384
canal.instance.network.sendBufferSize = 16384
canal.instance.network.soTimeout = 30
canal.instance.filter.query.dcl = true
canal.instance.filter.query.dml = false
canal.instance.filter.query.ddl = false
canal.instance.filter.table.error = false
canal.instance.filter.rows = false
canal.instance.binlog.format = ROW,STATEMENT,MIXED 
canal.instance.binlog.image = FULL,MINIMAL,NOBLOB
canal.instance.get.ddl.isolation = false
canal.destinations= example,p4-test
canal.conf.dir = ../conf
canal.auto.scan = true
canal.auto.scan.interval = 5
canal.instance.global.mode = spring 
canal.instance.global.lazy = false
canal.instance.global.spring.xml = classpath:spring/default-instance.xml

部署数据流如下：

tip:
虽然canal同时支持mixed和row类型的binlog日志，但是获取行数据时如果是mixed类型的日志则获取不到表名，所以本方案暂只支持row格式的binlog

数据同步

创建canal client应用订阅canal读取的binlog数据

1.开启多instance 订阅,订阅多个instance

public void initCanalStart() {
    List destinations = canalProperties.getDestination();
    final List canalClientList = new ArrayList<>();
    if (destinations != null && destinations.size() > 0) {
        for (String destination : destinations) {
            // 基于zookeeper动态获取canal server的地址，建立链接，其中一台server发生crash，可以支持failover
            CanalConnector connector = CanalConnectors.newClusterConnector(canalProperties.getZkServers(), destination, "", "");
            CanalClient client = new CanalClient(destination, connector);
            canalClientList.add(client);
            client.start();
        }
    }
    Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {
        public void run() {
            try {
                logger.info("## stop the canal client");
                for (CanalClient canalClient : canalClientList) {
                    canalClient.stop();
                }
            } catch (Throwable e) {
                logger.warn("##something goes wrong when stopping canal:", e);
            } finally {
                logger.info("## canal client is down.");
            }
        }
    });
}

订阅消息处理

private void process() {
    int batchSize = 5 * 1024;
    while (running) {
        try {
            MDC.put("destination", destination);
            connector.connect();
            connector.subscribe();
            while (running) {
                Message message = connector.getWithoutAck(batchSize); // 获取指定数量的数据
                long batchId = message.getId();
                int size = message.getEntries().size();
                if (batchId != -1 && size > 0) {
                    saveEntry(message.getEntries());
                }
                connector.ack(batchId); // 提交确认
                // connector.rollback(batchId); // 处理失败, 回滚数据
            }
        } catch (Exception e) {
            logger.error("process error!", e);
        } finally {
            connector.disconnect();
            MDC.remove("destination");
        }
    }
}

根据数据库事件处理消息,过滤消息列表，对数据变动进行处理,用到信息为：
- insert :schemaName,tableName,beforeColumnsList
- update :schemaName,tableName,afterColumnsList
- delete :schemaName,tableName,afterColumnsList

        RowChange rowChage = null;
            try {
                rowChage = RowChange.parseFrom(entry.getStoreValue());
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException("parse event has an error , data:" + entry.toString(), e);
            }
            EventType eventType = rowChage.getEventType();
            logger.info(row_format,
                    entry.getHeader().getLogfileName(),
                    String.valueOf(entry.getHeader().getLogfileOffset()), entry.getHeader().getSchemaName(),
                    entry.getHeader().getTableName(), eventType,
                    String.valueOf(entry.getHeader().getExecuteTime()), String.valueOf(delayTime));
            if (eventType == EventType.QUERY || rowChage.getIsDdl()) {
                logger.info(" sql ----> " + rowChage.getSql());
                continue;
            }
            DataService dataService = SpringUtil.getBean(DataService.class);
            for (RowData rowData : rowChage.getRowDatasList()) {
                if (eventType == EventType.DELETE) {
                    dataService.delete(rowData.getBeforeColumnsList(), entry.getHeader().getSchemaName(), entry.getHeader().getTableName());
                } else if (eventType == EventType.INSERT) {
                    dataService.insert(rowData.getAfterColumnsList(), entry.getHeader().getSchemaName(), entry.getHeader().getTableName());
                } else if (eventType == EventType.UPDATE) {
                    dataService.update(rowData.getAfterColumnsList(), entry.getHeader().getSchemaName(), entry.getHeader().getTableName());
                } else {
                    logger.info("未知数据变动类型：{}", eventType);
                }
            }
        }

ColumnsList转换成MongoTemplate 可用的数据类：DBObject,顺便做下数据类型转换

public static DBObject columnToJson(List columns) {
    DBObject obj = new BasicDBObject();
    try {
        for (CanalEntry.Column column : columns) {
            String mysqlType = column.getMysqlType();
            //int类型，长度11以下为Integer，以上为long
            if (mysqlType.startsWith("int")) {
                int lenBegin = mysqlType.indexOf('(');
                int lenEnd = mysqlType.indexOf(')');
                if (lenBegin > 0 && lenEnd > 0) {
                    int length = Integer.parseInt(mysqlType.substring(lenBegin + 1, lenEnd));
                    if (length > 10) {
                        obj.put(column.getName(), StringUtils.isBlank(column.getValue()) ? null : Long.parseLong(column.getValue()));
                        continue;
                    }
                }
                obj.put(column.getName(), StringUtils.isBlank(column.getValue()) ? null : Integer.parseInt(column.getValue()));
            } else if (mysqlType.startsWith("bigint")) {
                obj.put(column.getName(), StringUtils.isBlank(column.getValue()) ? null : Long.parseLong(column.getValue()));
            } else if (mysqlType.startsWith("decimal")) {
                int lenBegin = mysqlType.indexOf('(');
                int lenCenter = mysqlType.indexOf(',');
                int lenEnd = mysqlType.indexOf(')');
                if (lenBegin > 0 && lenEnd > 0 && lenCenter > 0) {
                    int length = Integer.parseInt(mysqlType.substring(lenCenter + 1, lenEnd));
                    if (length == 0) {
                        obj.put(column.getName(), StringUtils.isBlank(column.getValue()) ? null : Long.parseLong(column.getValue()));
                        continue;
                    }
                }
                obj.put(column.getName(), StringUtils.isBlank(column.getValue()) ? null : Double.parseDouble(column.getValue()));
            } else if (mysqlType.equals("datetime") || mysqlType.equals("timestamp")) {
                obj.put(column.getName(), StringUtils.isBlank(column.getValue()) ? null : DATE_TIME_FORMAT.parse(column.getValue()));
            } else if (mysqlType.equals("date")) {
                obj.put(column.getName(), StringUtils.isBlank(column.getValue()) ? null : DATE_FORMAT.parse(column.getValue()));
            } else if (mysqlType.equals("time")) {
                obj.put(column.getName(), StringUtils.isBlank(column.getValue()) ? null : TIME_FORMAT.parse(column.getValue()));
            } else {
                obj.put(column.getName(), column.getValue());
            }
        }
    } catch (ParseException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return obj;
}

tip:
DBObject对象如果同时用于保存原始数据和组合数据或其他数据，使用时应该深度拷贝对象生成副本，然后使用副本

数据拼接

我们获取了数据库数据后做拼接操作，比如两张用户表：

user_info:{id,user_no,user_name,user_password}
user_other_info:{id,user_no,idcard,realname}

拼接后mongo数据为：

user:{_id,user_no,userInfo:{id,user_no,user_name,user_password},userOtherInfo:{id,user_no,idcard,realname})

接收到的数据信息很多，如何才能简单的触发数据拼接操作呢？

先看我们能获取的信息:schemaName,tableName,DBObject,Event(insert,update,delete)

将这些信息标识拼接起来看看:/schemaName/tableName/Event(DBObject),没错,就是一个标准的restful链接。只要我们实现一个简单的springMVC 就能自动获取需要的数据信息进行拼接操作。

先实现@Controller,定义名称为Schema，value对应schemaName

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Component
public  @interface Schema {
 String value() default "";
}

然后实现@RequestMapping,定义名称为Table,直接使用Canal中的EventType 对应RequestMethod

@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public  @interface Table {
    String value() default "";
    CanalEntry.EventType[] event() default {};
}

然后创建springUtil,实现接口ApplicationContextAware，应用启动 加载的时候初始化两个Map:intanceMap,handlerMap

private static ApplicationContext applicationContext = null;
//库名和数据处理Bean映射Map
private static Map instanceMap = new HashMap();
//路劲和数据处理Method映射Map
private static Map handlerMap = new HashMap();
@Override
public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) {
    if (SpringUtil.applicationContext == null) {
        SpringUtil.applicationContext = applicationContext;
        //初始化instanceMap数据
        instanceMap();
        //初始化handlerMap数据
        handlerMap();
    }
}
private void instanceMap() {
    Map beans = applicationContext.getBeansWithAnnotation(Schema.class);
    for (Object bean : beans.values()) {
        Class clazz = bean.getClass();
        Object instance = applicationContext.getBean(clazz);
        Schema schema = clazz.getAnnotation(Schema.class);
        String key = schema.value();
        instanceMap.put(key, instance);
        logger.info("instanceMap [{}:{}]", key, bean == null ? "null" : clazz.getName());
    }
}
private void handlerMap() {
    if (instanceMap.size() <= 0)
        return;
    for (Map.Entry entry : instanceMap.entrySet()) {
        if (entry.getValue().getClass().isAnnotationPresent(Schema.class)) {
            Schema schema = entry.getValue().getClass().getAnnotation(Schema.class);
            String schemeName = schema.value();
            Method[] methods = entry.getValue().getClass().getMethods();
            for (Method method : methods) {
                if (method.isAnnotationPresent(Table.class)) {
                    Table table = method.getAnnotation(Table.class);
                    String tName = table.value();
                    CanalEntry.EventType[] events = table.event();
                    //未标明数据事件类型的方法不做映射
                    if (events.length < 1) {
                        continue;
                    }
                    //同一个方法可以映射多张表
                    for (int i = 0; i < events.length; i++) {
                        String path = "/" + schemeName + "/" + tName + "/" + events[i].getNumber();
                        handlerMap.put(path, method);
                        logger.info("handlerMap [{}:{}]", path, method.getName());
                    }
                } else {
                    continue;
                }
            }
        } else {
            continue;
        }
    }
}

调用方法：

public static void doEvent(String path, DBObject obj) throws Exception {
    String[] pathArray = path.split("/");
    if (pathArray.length != 4) {
        logger.info("path 格式不正确：{}", path);
        return;
    }
    Method method = handlerMap.get(path);
    Object schema = instanceMap.get(pathArray[1]);
    //查找不到映射Bean和Method不做处理
    if (method == null || schema == null) {
        return;
    }
    try {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        logger.info("integrate data：{}，{}", path, obj);
        method.invoke(schema, new Object[]{obj});
        logger.info("integrate data consume: {}ms：", System.currentTimeMillis() - begin);
    } catch (Exception e) {
        logger.error("调用组合逻辑异常", e);
        throw new Exception(e.getCause());
    }
}

数据拼接消息处理：

@Schema("demo_user")
public class UserService {
    @Table(value = "user_info", event = {CanalEntry.EventType.INSERT, CanalEntry.EventType.UPDATE})
    public void saveUser_UserInfo(DBObject userInfo) {
        String userNo = userInfo.get("user_no") == null ? null : userInfo.get("user_no").toString();
        DBCollection collection = completeMongoTemplate.getCollection("user");
        DBObject queryObject = new BasicDBObject("user_no", userNo);
        DBObject user = collection.findOne(queryObject);
        if (user == null) {
            user = new BasicDBObject();
            user.put("user_no", userNo);
            user.put("userInfo", userInfo);
            collection.insert(user);
        } else {
            DBObject updateObj = new BasicDBObject("userInfo", userInfo);
            DBObject update = new BasicDBObject("$set", updateObj);
            collection.update(queryObject, update);
        }
    }
}

示例源码

https://github.com/zhangtr/canal-mongo