Redis和MySQL如何保持缓存一致性？阿里Canal告诉你

一、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。早期阿里巴巴因为杭州和美国双机房部署，存在跨机房同步的业务需求，实现方式主要是基于业务 trigger 获取增量变更。从 2010 年开始，业务逐步尝试数据库日志解析获取增量变更进行同步，由此衍生出了大量的数据库增量订阅和消费业务。

Canal 是用 Java 开发的基于数据库增量日志解析，提供增量数据订阅&消费的中间件。目前，Canal 主要支持了 MySQL 的 Binlog 解析，解析完成后才利用 Canal Client 来处理获得 的相关数据。（数据库同步需要阿里的 Otter 中间件，基于 Canal）。

当前的 canal 支持源端 MySQL 版本包括 5.1.x , 5.5.x , 5.6.x , 5.7.x , 8.0.x。

canal github地址：https://github.com/alibaba/canal。

二、MySQL 的 Binlog

1、Binlog介绍

MySQL 的二进制日志可以说 MySQL 最重要的日志了，它记录了所有的 DDL 和 DML(除 了数据查询语句)语句，以事件形式记录，还包含语句所执行的消耗的时间，MySQL 的二进 制日志是事务安全型的。一般来说开启二进制日志大概会有 1%的性能损耗。二进制有两个最重要的使用场景：

• MySQL Replication 在 Master 端开启 Binlog，Master 把它的二进制日志传递给 Slaves 来达到 Master-Slave 数据一致的目的，这就是我们常用的主从复制。
• 就是数据恢复了，通过使用 MySQL Binlog 工具来使恢复数据，生产上要开启，不然真的要删库跑路了 。

2、Binlog 的分类

MySQL Binlog 的格式有三种，分别是 STATEMENT,MIXED,ROW。在配置文件中可以选择配 置 binlog_format= statement|mixed|row。

• statement：语句级，binlog 会记录每次一执行写操作的语句。比如update user set create_date=now()优点：节省空间。缺点：有可能造成数据不一致。
• row：行级， binlog 会记录每次操作后每行记录的变化。优点：保持数据的绝对一致性 缺点：占用较大空间
• mixed：statement 的升级版，一定程度上解决了，因为一些情况而造成的 statement 模式不一致问题，默认还是 statement，一些会产生不一致的情况还是会选择row。

==综合对比== Canal 想做监控分析，选择 row 格式比较合适。

三、工作原理

1、MySQL主备复制原理

• MySQL master 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 将 master 的 binary log events 拷贝到它的中继日志(relay log)。
• MySQL slave 重放 relay log 中事件，将数据变更反映它自己的数据

2、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 (即 canal )。
• canal 解析 binary log 对象(原始为 byte 流)。

总结：

我们可以把canal理解为从机，拿到数据然后进行后续操作，可以同步到redis上，再也不需要进行延迟双删来保证mysql和redis的数据一致性了，而且还不会出现各种各样的问题！

四、canal使用场景

场景一：阿里 Otter 中间件的一部分 Otter 是阿里用于进行异地数据库之间的同步框架，Canal 是其中一部分。

otter github地址：https://github.com/alibaba/otter。

场景二：保证缓存和数据库一致性（我们今天要测试的）。

场景三：实时数据分析。

抓取业务表的新增变化数据，用于制作实时统计。

五、安装MySQL、redis

1、安装MySQL

sudo docker run -p 3306:3306 --name mysql \
-v /mydata/mysql/log:/var/log/mysql \
-v /mydata/mysql/data:/var/lib/mysql \
-v /mydata/mysql/conf:/etc/mysql \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root \
-d mysql:5.7

2、Docker配置MySQL

vim /mydata/mysql/conf/my.cnf # 创建并进入编辑

添加如下配置：

[client]
default-character-set=utf8
[mysql]
default-character-set=utf8
[mysqld]
init_cnotallow='SET collation_connection = utf8_unicode_ci'
init_cnotallow='SET NAMES utf8'
character-set-server=utf8
collation-server=utf8_unicode_ci
skip-character-set-client-handshake
skip-name-resolve
# 开启binlog日志：目录为docker里的目录
log-bin=/var/lib/mysql/mysql-bin
# server_id 需保证唯一，不能和 canal 的 slaveId 重复
server-id=123456
binlog_format=row
# test数据库开启，不设置则所有库开启
binlog-do-db=test

3、重新启动MySQL

docker restart mysql

4、创建用户并赋权限

查看mysql的 id：

docker ps

进入docker容器：

docker exec -it 7d /bin/bash

连接到mysql：

mysql -u root -p

创建用户并赋予权限：

GRANT SELECT, REPLICATION SLAVE, REPLICATION CLIENT ON *.* TO 'canal'@'%' IDENTIFIED BY 'canal' ;

刷新：

flush privileges;

5、Win10连接mysql创建user表

CREATE TABLE `user`  (
  `id` int(10) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(25) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `sex` varchar(1) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 8 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Dynamic;

SET FOREIGN_KEY_CHECKS = 1;

6、创建redis

docker run -p 6379:6379 --name redis \
-v /mydata/redis/data:/data \
-v /mydata/redis/conf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf \
-d redis redis-server /etc/redis/redis.conf

六、安装canal

1、启动容器

docker run -it --name canal -p 11111:11111 -d canal/canal-server:v1.1.5

查看三个容器：

docker ps

2、配置canal

进入容器：

docker exec -it 56 /bin/bash

切换目录：

cd canal-server/conf/example

修改两个地方：

「第一个是mysql的地址，第二个是我们创建数据库名字（可以使用默认带的，就是全部的库都进行收集binlog日志）」

canal.instance.master.address=192.168.84.138:3306

canal.instance.filter.regex=test\..*

3、查看日志

我们查看一下canal的日志，看是否启动成功！首先进入容器：

docker exec -it 56 /bin/bash

切换目录：

cd canal-server/logs/example/

查看日志：

cat example.log

无报错，刚刚新建的表这里也可以检测到！

4、查看canal.properties

cd /canal-server/conf

cat canal.properties

我们可以看到有很多个模式，可以把canal收集到的binlog发送到三大MQ中，或者tcp。

本次以tcp为准测试，如果大家有需求可以进行发送到MQ，往下滑都有对应的配置！

七、简单测试

1、新建springboot项目，导入依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
    <scope>test</scope>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.junit.vintage</groupId>
            <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.otter</groupId>
    <artifactId>canal.client</artifactId>
    <version>1.1.0</version>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
    <artifactId>jackson-core</artifactId>
    <version>2.8.6</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.module</groupId>
    <artifactId>jackson-module-jaxb-annotations</artifactId>
    <version>2.8.6</version>
</dependency>

2、编写测试文件

来自官方例子：

我把statis关键字删除了，方便和redis进行整合。

例子地址：http://www.zzvips.com/uploads/allimg/cizhtaqaxm2 class="language-java">import com.alibaba.otter.canal.client.CanalConnector; import com.alibaba.otter.canal.protocol.Message; import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.Column; import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.Entry; import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.EntryType; import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.EventType; import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.RowChange; import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.RowData; import com.alibaba.otter.canal.client.*; import org.springframework.context.annotation.Bean; import org.springframework.context.annotation.Configuration; /** * @author wangzhenjun * @date 2022/6/29 9:31 */ @Configuration public class SimpleCanalClientExample { // private static String REDIS_DATABASE = "mall"; // private static String REDIS_KEY_ADMIN = "ums:admin"; @Bean public void canalSync() { // 创建链接,第一个参数是canal的ip，第二个参数是canal的端口号， // 第三个参数是canal虚拟的模块名称，canal是创建的数据库账号密码 CanalConnector connector = CanalConnectors.newSingleConnector(new InetSocketAddress("192.168.84.138", 11111), "example", "canal", "canal"); int batchSize = 1000; int emptyCount = 0; try { connector.connect(); // 对应上面的配置只对test库进行获取binlog文件 connector.subscribe("test\\..*"); connector.rollback(); int totalEmptyCount = 120; while (emptyCount < totalEmptyCount) { 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) { emptyCount++; System.out.println("empty count : " + emptyCount); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { } } else { emptyCount = 0; // System.out.printf("message[batchId=%s,size=%s] \n", batchId, size); printEntry(message.getEntries()); } connector.ack(batchId); // 提交确认 // connector.rollback(batchId); // 处理失败, 回滚数据 } System.out.println("empty too many times, exit"); } finally { connector.disconnect(); } } private void printEntry(List<Entry> entrys) { for (Entry entry : entrys) { if (entry.getEntryType() == EntryType.TRANSACTIONBEGIN || entry.getEntryType() == EntryType.TRANSACTIONEND) { continue; } RowChange rowChage = null; try { rowChage = RowChange.parseFrom(entry.getStoreValue()); } catch (Exception e) { throw new RuntimeException("ERROR ## parser of eromanga-event has an error , data:" + entry.toString(), e); } EventType eventType = rowChage.getEventType(); System.out.println(String.format("================> binlog[%s:%s] , name[%s,%s] , eventType : %s", entry.getHeader().getLogfileName(), entry.getHeader().getLogfileOffset(), entry.getHeader().getSchemaName(), entry.getHeader().getTableName(), eventType)); for (RowData rowData : rowChage.getRowDatasList()) { if (eventType == EventType.DELETE) { printColumn(rowData.getBeforeColumnsList()); } else if (eventType == EventType.INSERT) { printColumn(rowData.getAfterColumnsList()); } else { System.out.println("-------> before"); printColumn(rowData.getBeforeColumnsList()); System.out.println("-------> after"); printColumn(rowData.getAfterColumnsList()); } } } } private void printColumn(List<Column> columns) { for (Column column : columns) { System.out.println(column.getName() + " : " + column.getValue() + " update=" + column.getUpdated()); } } }

3、启动项目

4、插入一条数据

INSERT INTO user VALUES (1,'小红','女');

总结： 我们测试是可以获取到binlog日志的，下面我们进入实战：实现redis缓存同步

八、实战redis同步缓存

1、编写redis序列化配置类

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.Jackson2JsonRedisSerializer;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;

/**
 * @author wangzhenjun
 * @date 2022/6/30 9:24
 */
@Configuration
public class RedisConfig {

    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
        redisTemplate.setConnectionFactory(connectionFactory);
        StringRedisSerializer stringRedisSerializer = new StringRedisSerializer();
        redisTemplate.setKeySerializer(stringRedisSerializer);
        redisTemplate.setHashKeySerializer(stringRedisSerializer);
        Jackson2JsonRedisSerializer<?> jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer<>(Object.class);
        redisTemplate.setValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
        redisTemplate.setHashValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
        redisTemplate.afterPropertiesSet();
        return redisTemplate;
    }

}

2、添加redis增删改方法

主要添加了同步到redis的两个方法，这里是2分钟就会停止监听，大家可以按自己的来调整：

int totalEmptyCount = 120;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.List;

import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import com.alibaba.otter.canal.client.CanalConnector;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.Message;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.Column;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.Entry;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.EntryType;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.EventType;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.RowChange;
import com.alibaba.otter.canal.protocol.CanalEntry.RowData;
import com.alibaba.otter.canal.client.*;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
/**
 * @author wangzhenjun
 * @date 2022/6/29 9:31
 */
@Configuration
public class SimpleCanalClientExample {

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    private static final String KEY = "user:info";

    @Bean
    public void canalSync() {
        // 创建链接,第一个参数是canal的ip，第二个参数是canal的端口号，
        // 第三个参数是canal虚拟的模块名称，canal是创建的数据库账号密码
        CanalConnector connector = CanalConnectors.newSingleConnector(new InetSocketAddress("192.168.84.138",
                11111), "example", "canal", "canal");
        int batchSize = 1000;
        int emptyCount = 0;
        try {
            connector.connect();
            // 对应上面的配置只对test库进行获取binlog文件
            connector.subscribe("test\\..*");
            connector.rollback();
            int totalEmptyCount = 120;
            while (emptyCount < totalEmptyCount) {
                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) {
                    emptyCount++;
                    System.out.println("empty count : " + emptyCount);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                } else {
                    emptyCount = 0;
                    // System.out.printf("message[batchId=%s,size=%s] \n", batchId, size);
                    printEntry(message.getEntries());
                }

                connector.ack(batchId); // 提交确认
                // connector.rollback(batchId); // 处理失败, 回滚数据
            }

            System.out.println("empty too many times, exit");
        } finally {
            connector.disconnect();
        }
    }

    private void printEntry(List<Entry> entrys) {
        for (Entry entry : entrys) {
            if (entry.getEntryType() == EntryType.TRANSACTIONBEGIN || entry.getEntryType() == EntryType.TRANSACTIONEND) {
                continue;
            }

            RowChange rowChage = null;
            try {
                rowChage = RowChange.parseFrom(entry.getStoreValue());
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException("ERROR ## parser of eromanga-event has an error , data:" + entry.toString(),
                        e);
            }

            EventType eventType = rowChage.getEventType();
            System.out.println(String.format("================> binlog[%s:%s] , name[%s,%s] , eventType : %s",
                    entry.getHeader().getLogfileName(), entry.getHeader().getLogfileOffset(),
                    entry.getHeader().getSchemaName(), entry.getHeader().getTableName(),
                    eventType));

            for (RowData rowData : rowChage.getRowDatasList()) {
                if (eventType == EventType.DELETE) {
                    printColumn(rowData.getBeforeColumnsList());
                    // 同步到redis
                    delete(rowData.getBeforeColumnsList());
                } else if (eventType == EventType.INSERT) {
                    printColumn(rowData.getAfterColumnsList());
                    // 同步到redis
                    insertOrUpdate(rowData.getAfterColumnsList());
                } else {
                    System.out.println("-------> before");
                    printColumn(rowData.getBeforeColumnsList());
                    System.out.println("-------> after");
                    printColumn(rowData.getAfterColumnsList());
                    // 同步到redis
                    insertOrUpdate(rowData.getAfterColumnsList());
                }
            }
        }
    }

    private void printColumn(List<Column> columns) {
        for (Column column : columns) {
            System.out.println(column.getName() + " : " + column.getValue() + "    update=" + column.getUpdated());
        }
    }

    /**
     * 更新或者添加触发同步到redis
     * @param columns
     */
    private void insertOrUpdate (List<Column> columns) {
        if (columns.size() > 0) {
            JSONObject json = new JSONObject();
            for (Column column : columns) {
                json.put(column.getName(), column.getValue());
            }
            redisTemplate.opsForHash().put(KEY,columns.get(0).getValue(),json.toJSONString());
        }
    }

    /**
     * 删除触发同步到redis
     * @param columns
     */
    private void delete (List<Column> columns) {
        if (columns.size() > 0) {
            redisTemplate.opsForHash().delete(KEY, columns.get(0).getValue());
        }
        
    }
}

3、测试添加

数据库插入一条：

insert into user values (1,'我是测试添加','男');

控制台捕捉到信息：

我们看到redis已经有数据了，同步成功！

4、测试更新

更细我们刚刚添加的那条数据：

update user set name = '修改了' where id = 1;

控制台捕捉到了更新信息：

redis也同步修改了！

5、测试删除

我们先多添加几条哈：

删除id为1的那条数据：

delete from user where id = 1;

控制台捕捉到了删除信息：

redis也同步删除了！

九、总结

这样就实现了一个canal的应用场景，当然也可以把binlog的数据发送到MQ来！