「从零单排canal 05」 server模块源码解析

Posted 2020-12-18

基于1.1.5-alpha版本，具体源码笔记可以参考我的github：https://github.com/saigu/JavaKnowledgeGraph/tree/master/code_reading/canal

本文将对canal的server模块进行分析，跟之前一样，我们带着几个问题来看源码：

CanalServer有几种使用方式？

控制台Admin、客户端client是如何与CanalServer交互的？

CanalServerWithNetty和CanalServerWithEmbedded究竟有什么关系？

Canal事件消费的特色协议，异步流式api（get/ack/rollback协议）的设计是如何实现的？

server模块内的结构如下：

主要分为了三个包：

admin包：

这个包的CanalAdmin接口定义了canalServer上暴露给canal-admin控制台使用的一些服务接口。

上一篇deployer模块解析中提到的CanalAdminController就是实现了CanalAdmin接口（把这个接口的实现放在deployer模块是挺奇怪的）。Admin包中使用了netty作为服务端（CanalAdminWithNetty类中实现），接受控制台Admin的请求，返回当前canalServer的一些运行状态。

server包：

server模块的核心包，本文重点解析的部分，需要了解CanalServerWithEmbedded 和CanalServerWithNetty。

spi包：

定义了canalServer的监控内容 通过spi实现，比如项目中的Prometheus子模块实现了监控能力，我们不展开分析。

1. 从CanalServer的架构说起
   CanalServer目前支持两种模式：

serverMode = tcp的Server-Client模式

serverMode = kafak 或 rocketMQ 的 Server-MQ-Client模式

为了大家能充分理解canalServer的结构，这里精心制作了一个canalServer的架构图（如果觉得这图不错，给本文点个赞吧）。

1.1 Server-Client模式

架构如图所示：

我们可以清楚的看到Server模块中各个模块的关系与能力：

CanalServerWithEmbedde维护了具体的instance任务，负责对binlog进行订阅、过滤、缓存，就是之前的文章介绍过的parser-sink-store的方式。

CanalServerWithNetty作为服务端，接收CanalClient的请求，将binlog的消息发送给client。

CanalAdminWithNetty作为admin的服务器，接收控制台Admin的控制操作、查询状态操作等，启停或显示当前CanalServer以及instance的状态。

1.2 Server-MQ-Client模式

架构如图所示：

主体部分与Server-client模式一致，主要区别如下：

不需要CanalServerWithNetty，改为CanalMQProducer投递消息给消息队列。

不使用CanalClient，改为MqClient获取消息队列的消息进行消费。

这种模式相比于Server-client模式

下游解耦，利用消息队列的特性，可以支持多个客户端广播消费、集群消费、重复消费等。

会增加系统的复杂度，增加一些延迟。

具体模式的选择，需要根据具体的使用场景来决定。

2.server包
admin包和spi包都不属于核心逻辑，因此我们重点关注server包的代码。

我们看到，server包下面分为了embedded包、exception包、netty包和几个接口类。

其中，最顶层的设计就要从CanalServer接口入手。

它的实现类有两个，CanalServerWithEmbedded 和 CanalServerWithNetty。

它们之间的区别官方文档给了一些说明。

那么，对于官方文档中提到的Embedded(嵌入式)的自主开发是怎么使用呢？

跟我们上面提到的Server-Client模式和Server-MQ-Client模式完全不同，采用了一种无server的架构，如下图所示。

我们可以看到，这种模式没有了Canal-Server，直接在自己的应用中引入canal，然后使用CanalServerWithEmbedded进行数据抓取和订阅。

当然，这种方式开发成本有点高，一般也不会去这样使用。

对于CanalServerWithEmbedded 和 CanalServerWithNetty，官方文档里面实际上没有解释的特别到位，只讲了区别，没有讲联系。

这两个实现类除了官方文档中说明的区别之外，还有很大的联系。

可以看看我们上文介绍的架构图，对于Server-Client模式下的模块联系

实际上，真正的执行逻辑是在CanalServerWithEmbedded中的，CanalServerWithNetty中持有了CanalServerWithEmbedded对象，委托embedded进行相关逻辑处理，CanalServerWithNetty更多的作用是充当服务端与CanalClient进行交互。

3. CanalServerWithNetty类
   下面，我们先看看CanalServerWithNetty类。

3.1 单例构建

使用 private构造器 + 静态内部类 来实现一个单例模式，保证了一个CanalServer内部只有一个CanalServerWithNetty。

同时，我们能看到内部持有一个CanalServerWithEmbedded对象，用来处理相关请求，验证了我们上面的说明。

3.2 启动逻辑 start()

源码如下：

主要流程如下：

启动embeddedServer。

创建bootstrap实例,设置netty相关配置。

参数NioserverSocketChannelFactory也是Netty的API，接受2个线程池参数，第一个线程池是Accept线程池，第二个线程池是woker线程池，Accept线程池接收到client连接请求后，会将代表client的对象转发给worker线程池处理。这里属于netty的知识，不熟悉的可以暂时不必深究，简单认为netty使用线程来处理客户端的高并发请求即可。

构造对应的pipeline，包括解码处理、身份验证、创建netty的 seesionHandler（真正处理客户端请求，seesionHandler的实现是核心逻辑）。

pipeline实际上就是netty对客户端请求的处理器链，可以类比JAVA EE编程中Filter的责任链模式，上一个filter处理完成之后交给下一个filter处理，只不过在netty中，不再是filter，而是ChannelHandler。

启动netty，监听port端口，然后客户端对 这个端口的请求可以被接收到

对于 netty的相关知识 ，本文 不深入展开，简单理解 为一个高性能服务器即可，可以监听 端口请求，并 进行相应的处理。

重点在于sessionHandler的处理。

3.3 逻辑分发SessionHandler类

canalServer的处理逻辑显然都在sessionHandler里面，而这个handler在构建时，传入了embeddedServer。

前面我们提过，serverWithNetty的处理逻辑是委派给embeddedServer的，所以这里就非常顺理成章了，让handler维护embeddedServer实例，进行逻辑处理。

sessionHandler继承了netty的SimpleChannelHandler类，重写了messageReceived方法，接收到不同请求后，委托embeddedServer用不同方法进行处理 。

这个方法里面的代码非常冗长，而本质都是委托给embeddedServer去处理，因此，我们看下主干逻辑即可。

可以看到，根据不同的packet类型，最终都是委托给embeddedServer进行处理，这里只是做一个逻辑的判断和分发。

3.4 CanalServerWithNetty小结

到此，我们已经了解了CanalServerWithNetty是如何启动的。

并且，它的主要定位就是充当服务器，接收客户端的请求，然后做消息分发，委托给CanalServerEmbedded进行处理。

下面，我们来看下CanalServerEmbedded的相关实现。

4. CanalServerEmbedded类
   4.1 基本认识

非完全单例模式，这里使用public的构造器，用户还是有机会自己new对象出来的，应用是用来独立引入进行开发的时候使用。

维护了instance的对象容器

继承了CanalServer和CanalService接口

CannalServer接口其实就是就是start()和stop()方法，没有特别的地方，主要是start()配置了一个MigrateMap.makeComputingMap，

当需要某个instance的时候，就会调用apply方法用instanceGenerator创建对应的instance。

我们重点看下CanalService接口定义的方法。

每个方法的入参都带来clientIdentity，这个是客户端的身份标示

目前canal只支持一个客户端对一个instance进行订阅，clientId全部写死为1001，据说以后可能会支持多用户订阅。

了解CanalService定义的方法在CanalServerEmbedded中如何实现，基本也就能看清CanalServerEmbedded的全貌了。

尤其是，你能理解官网wiki中介绍的canal核心功能——异步消费流式api（get/ack/rollback协议） 设计。

4.2 subscribe方法

主要步骤：

根据客户端标识clientIdentity中的destination，找到对应的instance。

通过instance的metaManager记录下当前这个客户端在订阅。

通过instace的metaManage获取当前订阅binlog的position位置。如果是第一次订阅，那么metaManage没有position信息，就从eventStore获取第一个binlog的position，然后更新到metaManager。

通知下订阅关系变化。

这里需要注意一下metaManager，这是一个接口，有多种实现方式，包括基于内存、基于文件、基于内存+zookeeper混合、基于zookeeper等，都在meta模块中，这里就简单了解下概念即可。

MemoryMetaManager：位点信息保存在内存中。

ZookeeperMetaManage：位点信息保存在zk上。

PeriodMixedMetaManager：前面两种的混合，保存在内存中，然后位点信息定期刷新到zk上。

我们在集群模式下，default-instance.xml使用的是基于PeriodMixedMetaManager的实现。

4.3 unsubscribe方法

这个方法比较简单，就不放源码了。

就是找到instance对应的metaManager，然后调用unsubscribe方法取消这个客户端的订阅。

需要注意的是，取消订阅，instance本身仍然是在运行的，可以有新的client来订阅这个instance。

4.4 getWithoutAck方法

先解释几个概念。

我们用的集群版canalServer，默认是使用PeriodMixedMetaManager来管理位点信息，也就是MemoryMetaManager + zookeeperMetaManager。

其中，对于客户端消费instance消息的情况，内部维护了一个对象MemoryClientIdentityBatch进行记录

回到这个方法来说，这个方法用于客户端获取binlog消息，大致流程如下：

根据clientIdentity的destination获取对应的instance

获取到流式数据中的最后一批获取的位置positionRanges（跟batchId有关联，就是上面那个map里面的）

从cananlEventStore里面获取binlog，转化为event。一般是从最后的一个batchId位置开始，如果之前没有batchId，那么就从cursor记录的消费位点开始；如果cursor为空，那只能从eventStore的第一条消息开始。

event转化为entry，并生成新的batchId，组合成message返回给客户端

注意在eventStore获取event的时候，用户可以自己设置batchSize和超时时间timeout。为了尽量提高效率，一般一次获取一批binlog，而不是获取一条。这个批次的大小(batchSize)由客户端指定。同时客户端可以指定超时时间，在超时时间内，如果获取到了batchSize的binlog，会立即返回。如果超时了还没有获取到batchSize指定的binlog个数，也会立即返回。特别的，如果没有设置超时时间，如果没有获取到binlog也立即返回。具体eventStore的获取逻辑，我们下次讲到这个模块再展开。

4.5 get方法

这个方法主要是用于客户端获取binlog消息，与getWithoutAck基本一致。

主要区别在于，客户端获取batch后，自动ack，这样相对来说肯定更快，但是无法保证可靠性。

在项目中看起来暂时没有使用，我们就不展开了。

4.6 ack方法

进行 batch id 的确认。确认之后，小于等于此 batchId 的 Message 都会被确认。

从metaManager中移除batchId对应的记录

记录已经成功消费到的binlog位置，以便下一次获取的时候可以从这个位置开始

已经ack的数据，在eventStore中清除

4.7 rollback

rollback有两个方法，回滚所有和回滚指定batchId，不过从源码来看，目前回滚指定指定batchId也是回滚所有。

回滚的本质，就是把所有还没ack的batchId都清空，流式api被get但是还没ack的消息会被重新get。

5.canalMQStarter类
在第一节的架构模式中我们分析过了，在启动过程中，如果serverMode选择tcp，会启动canalServerWithNetty，如果serverMode选择了mq，就会启动cannalMQStarter。

所以从模块组成来说，canalMQStarter跟canalServerWithNetty是比较相似的。

canalMQStarter也是委托embeddedCanal做处理，同时委托CanalMQProducer把消息投递到mq集群。

canalServerWithNetty也是委托embeddedCanal做处理，然后通过netty来跟canal-client做交互。

如果我们以后应用中要内嵌embeddedCanal，完全可以参照canalMQStarter和canalServerWithNetty的模式来写。

主要组成如下：

工作线程池executorService，对每个instance起一个worker线程。

canalMQWorks，记录了destination(instance的标识)和worker线程的关系。

维持了一个CanalServerWithEmbedded对象。

CanalMQProducer投递mq消息。

5.1 start方法

这个方法就是前面canalStarter类里面的start()方法中，对CanalMQStarter.start()的调用。

具体做了三件事情：

获取CanalServerWithEmbedded的单例对象

对应每个instance启动一个worker线程CanalMQRunnable

注册ShutdownHook，退出时关闭线程池和mqProducer

这里主要看看CanalMQRunnable做了些什么。

5.2 CanalMQRunnable

这是一个内部类，就是看看worker里面做了什么

只有一个worker方法，主要逻辑非常清晰：

给自己创建一个身份标识，作为client。

根据destination获取对应instance，如果没有就sleep，等待产生（比如从别的server那边HA过来一个instance）。

构建一个MQ的destination对象,加载相关mq的配置信息，用作mqProducer的入参。

在embeddedCanal中注册这个订阅客户端。

开始运行，并通过embededCanal进行流式get/ack/rollback协议，进行数据消费。

6.总结
回到开头的几个问题，相信文中都已经做了解答。

CanalServer有几种使用方式？

可以独立部署（推荐），可以使用Server-Client模式 和 Server-MQ-Client模式两种。

可以内嵌部署开发（embedded，难度较高）。

控制台Admin、客户端client是如何与CanalServer交互的？

控制台Admin通过CanalAdminWithNetty与服务端交互 客户端client通过CanalServerWithNetty与服务端交互。

CanalServerWithNetty和CanalServerWithEmbedded究竟有什么关系？

CanalServerWithEmbedded是真正核心逻辑（parser-sink-store）处理的地方 。CanalServerWithNetty持有CanalServerWithEmbedded对象，接收client的请求然后转发给CanalServerWithEmbedded对象处理。

Canal事件消费的特色协议，异步流式api（get/ack/rollback协议）的设计是如何实现的？

CanalServerWithEmbedded集成了CanalService接口，实现了具体的get/ack/rollback协议。

原创：阿丸笔记（微信公众号：aone_note），欢迎 分享，转载请保留出处。

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