编者按：本文转自田守枝的技术博客，详细阐述了异地多活场景下的南宫NG·28同步之道，为我们解答了诸多技术的相关问题，读之受益匪浅。故联系作者转载此文，希望更多的人能有所收益。

在当今互联网行业，大多数人互联网从业者对”单元化”、”异地多活”这些词汇已经耳熟能详。而南宫NG·28同步是异地多活的基础，所有具备南宫NG·28存储能力的组件如：南宫NG·28库、缓存、MQ等，南宫NG·28都可以进行同步，形成一个庞大而复杂的南宫NG·28同步拓扑。

本文将先从概念上介绍单元化、异地多活、就近访问等基本概念。之后，将以南宫NG·28库为例，讲解在南宫NG·28同步的情况下，如何解决南宫NG·28回环、南宫NG·28冲突、南宫NG·28重复等典型问题。

1. 什么是单元化

如果仅仅从”单元化”这个词汇的角度来说，我们可以理解为将南宫NG·28划分到多个单元进行存储。”单元”是一个抽象的概念，通常与南宫NG·28中心(IDC)概念相关，一个单元可以包含多个IDC，也可以只包含一个IDC。本文假设一个单元只对应一个IDC。

考虑一开始只有一个IDC的情况，所有用户的南宫NG·28都会写入同一份底层存储中，如下图所示：

这种架构是大多南宫NG·28中小型互联网公司采用的方案，存在以下几个问题：

1 不同地区的用户体验不同。一个IDC必然只能部署在一个地区，例如部署在北京，那么北京的用户访问将会得到快速响应；但是对于上海的用户，访问延迟一般就会大一点，上海到北京的一个RTT可能有20ms左右。

2 容灾问题。这里容灾不是单台机器故障，而是指机房断电，自然灾害，或者光纤被挖断等重大灾害。一旦出现这种问题，将无法正常为用户提供访问，甚至出现南宫NG·28丢失的情况。这并不是不可能，例如：2015年，支付宝杭州某南宫NG·28中心的光缆就被挖断过；2018年9月，云栖大会上，蚂蚁金服当场把杭州两个南宫NG·28中心的网线剪断。

为了解决这些问题，我们可以将服务部署到多个不同的IDC中，不同IDC之间的南宫NG·28互相进行同步。如下图：

    

通过这种方式，我们可以解决单机房遇到的问题：

1 用户体验。不同的用户可以选择离自己最近的机房进行访问。

2 容灾问题。当一个机房挂了之后，我们可以将这个机房用户的流量调度到另外一个正常的机房，由于不同机房之间的南宫NG·28是实时同步的，用户流量调度过去后，也可以正常访问南宫NG·28 (故障发生那一刻的少部分南宫NG·28可能会丢失)。

需要注意的是，关于容灾，存在一个容灾级别的划分，例如：单机故障，机架(rack)故障，机房故障，城市级故障等。我们这里只讨论机房故障和城市故障。

• 机房容灾 : 上面的案例中，我们使用了2个IDC，但是2个IDC并不能具备机房容灾能力。至少需要3个IDC，例如，一些基于多数派协议的一致性组件，如zookeeper，redis、etcd、consul等，需要得到大部分节点的同意。例如我们部署了3个节点，在只有2个机房的情况下， 必然是一个机房部署2个节点，一个机房部署一个节点。当部署了2个节点的机房挂了之后，只剩下一个节点，无法形成多数派。在3机房的情况下，每个机房部署一个节点，任意一个机房挂了，还剩2个节点，还是可以形成多数派。这也就是我们常说的”两地三中心”。

• 城市级容灾：在发生重大自然灾害的情况下，可能整个城市的机房都无法访问。一些组件，例如蚂蚁的ocean base，为了达到城市级容灾的能力，使用的是”三地五中心”的方案。这种情况下，3个城市分别拥有2、2、1个机房。当整个城市发生灾难时，其他两个城市依然至少可以保证有3个机房依然是存活的，同样可以形成多数派。

小结：如果仅仅是考虑不同地区的用户南宫NG·28就近写入距离最近的IDC，这是纯粹意义上的”单元化”。不同单元的之间南宫NG·28实时进行同步，相互备份对方的南宫NG·28，才能做到真正意义上”异地多活”。实现单元化，技术层面我们要解决的事情很多，例如：流量调度，即如何让用户就近访问附近的IDC；南宫NG·28互通，如何实现不同机房之间南宫NG·28的相互同步。流量调度不在本文的讨论范畴内，南宫NG·28同步是本文讲解的重点。

2 如何实现南宫NG·28同步

需要同步的组件有很多，例如南宫NG·28库，缓存等，这里以多个Mysql集群之间的南宫NG·28同步为例进行讲解，实际上缓存的同步思路也是类似。

2.1 基础知识

为了了解如何对不同mysql的南宫NG·28相互进行同步，我们先了解一下mysql主从复制的基本架构，如下图所示：

通常一个mysql集群有一主多从构成。用户的南宫NG·28都是写入主库Master，Master将南宫NG·28写入到本地二进制日志binary log中。从库Slave启动一个IO线程(I/O Thread)从主从同步binlog，写入到本地的relay log中，同时slave还会启动一个SQL Thread，读取本地的relay log，写入到本地，从而实现南宫NG·28同步。

基于这个背景知识，我们就可以考虑自己编写一个组件，其作用类似与mysql slave，也是去主库上拉取binlog，只不过binlog不是保存到本地，而是将binlog转换成sql插入到目标mysql集群中，实现南宫NG·28的同步。

这并非是一件不可能完成的事，MySQL官网上已经提供好所有你自己编写一个mysql slave 同步binlog所需的相关背景知识，访问这个链接：http://dev.mysql.com/doc/internals/en/client-server-protocol.html，你将可以看到mysql 客户端与服务端的通信协议。下图红色框中展示了Mysql主从复制的相关协议：

当然，笔者的目的并不是希望读者真正的按照这里的介绍尝试编写一个mysql 的slave，只是想告诉读者，模拟mysql slave拉取binlog并非是一件很神奇的事，只要你的网络基础知识够扎实，完全可以做到。然而，这是一个庞大而复杂的工作。以一人之力，要完成这个工作，需要占用你大量的时间。好在，现在已经有很多开源的组件，已经实现了按照这个协议可以模拟成一个mysql的slave，拉取binlog。例如：

• 阿里巴巴开源的canal

• 美团开源的puma

• linkedin开源的databus       …

你可以利用这些组件来完成南宫NG·28同步，而不必重复造轮子。假设你采用了上面某开源组件进行同步，需要明白的是这个组件都要完成最基本的2件事：从源库拉取binlog并进行解析，笔者把这部分功能称之为binlog syncer；将获取到的binlog转换成SQL插入目标库，这个功能称之为sql writer。

为什么划分成两块独立的功能？因为binlog订阅解析的实际应用场景并不仅仅是南宫NG·28同步，如下图：

如图所示，我们可以通过binlog来做很多事，如：

• 实时更新搜索引擎，如es中的索引信息

• 实时更新redis中的缓存

• 发送到kafka供下游消费，由业务方自定义业务逻辑处理等

• …

因此，通常我们把binlog syncer单独作为一个模块，其只负责解析从南宫NG·28库中拉取并解析binlog，并在内存中缓存(或持久化存储)。另外，binlog syncer另外提一个sdk，业务方通过这个sdk从binlog syncer中获取解析后的binlog信息，然后完成自己的特定业务逻辑处理。

显然，在南宫NG·28同步的场景下，我们可以基于这个sdk，编写一个组件专门用于将binlog转换为sql，插入目标库，实现南宫NG·28同步，如下图所示：

北京用户的南宫NG·28不断写入离自己最近的机房的DB，通过binlog syncer订阅这个库binlog，然后下游的binlog writer将binlog转换成SQL，插入到目标库。上海用户类似，只不过方向相反，不再赘述。通过这种方式，我们可以实时的将两个库的南宫NG·28同步到对端。当然事情并非这么简单，我们有一些重要的事情需要考虑。

2.2 如何获取全量+增量南宫NG·28？

通常，mysql不会保存所有的历史binlog。原因在于，对于一条记录，可能我们会更新多次，这依然是一条记录，但是针对每一次更新操作，都会产生一条binlog记录，这样就会存在大量的binlog，很快会将磁盘占满。因此DBA通常会通过一些配置项，来定时清理binlog，只保留最近一段时间内的binlog。

例如，官方版的mysql提供了expire_logs_days配置项，可以设置保存binlog的天数，笔者这里设置为0，表示默认不清空，如果将这个值设置大于0，则只会保存指定的天数。

另外一些mysql 的分支，如percona server，还可以指定保留binlog文件的个数。我们可以通过show binary logs来查看当前mysql存在多少个binlog文件，如下图：

通常，如果binlog如果从来没被清理过，那么binlog文件名字后缀通常是000001，如果不是这个值，则说明可能已经被清理过。当然，这也不是绝对，例如执行”reset master”命令，可以将所有的binlog清空，然后从000001重新开始计数。

Whatever! 我们知道了，binlog可能不会一直保留，所以直接同步binlog，可能只能获取到部分南宫NG·28。因此，通常的策略是，由DBA先dump一份源库的完整南宫NG·28快照，增量部分，再通过binlog订阅解析进行同步。

2.3 如何解决重复插入

考虑以下情况下，源库中的一条记录没有唯一索引。对于这个记录的binlog，通过sql writer将binlog转换成sql插入目标库时，抛出了异常，此时我们并不知道知道是否插入成功了，则需要进行重试。如果之前已经是插入目标库成功，只是目标库响应时网络超时(socket timeout)了，导致的异常，这个时候重试插入，就会存在多条记录，造成南宫NG·28不一致。

因此，通常，在南宫NG·28同步时，通常会限制记录必须有要有主键或者唯一索引。

2.4 如何解决唯一索引冲突

 由于两边的库都存在南宫NG·28插入，如果都使用了同一个唯一索引，那么在同步到对端时，将会产生唯一索引冲突。对于这种情况，通常建议是使用一个全局唯一的分布式ID生成器来生成唯一索引，保证不会产生冲突。

另外，如果真的产生冲突了，同步组件应该将冲突的记录保存下来，以便之后的问题排查。

2.5 对于DDL语句如何处理

如果南宫NG·28库表中已经有大量南宫NG·28，例如千万级别、或者上亿，这个时候对于这个表的DDL变更，将会变得非常慢，可能会需要几分钟甚至更长时间，而DDL操作是会锁表的，这必然会对业务造成极大的影响。

因此，同步组件通常会对DDL语句进行过滤，不进行同步。DBA在不同的南宫NG·28库集群上，通过一些在线DDL工具(如gh-ost)，进行表结构变更。

2.6 如何解决南宫NG·28回环问题

南宫NG·28回环问题，是南宫NG·28同步过程中，最重要的问题。我们针对INSERT、UPDATE、DELETE三个操作来分别进行说明：

INSERT操作

假设在A库插入南宫NG·28，A库产生binlog，之后同步到B库，B库同样也会产生binlog。由于是双向同步，这条记录，又会被重新同步回A库。由于A库应存在这条记录了，产生冲突。

UPDATE操作

先考虑针对A库某条记录R只有一次更新的情况，将R更新成R1，之后R1这个binlog会被同步到B库，B库又将R1同步会A库。对于这种情况下，A库将不会产生binlog。因为A库记录当前是R1，B库同步回来的还是R1，意味着值没有变。

在一个更新操作并没有改变某条记录值的情况下，mysql是不会产生binlog，相当于同步终止。下图演示了当更新的值没有变时，mysql实际上不会做任何操作：

   

上图演示了，南宫NG·28中原本有一条记录(1,”tianshouzhi”)，之后执行一个update语句，将id=1的记录的name值再次更新为”tianshouzhi”，意味着值并没有变更。这个时候，我们看到mysql 返回的影响的记录函数为0，也就是说，并不会产生真是的更新操作。         

然而，这并不意味UPDATE 操作没有问题，事实上，其比INSERT更加危险。考虑A库的记录R被连续更新了2次，第一次更新成R1，第二次被更新成R2；这两条记录变更信息都被同步到B库，B也产生了R1和R2。由于B的南宫NG·28也在往A同步，B的R1会被先同步到A，而A现在的值是R2，由于值不一样，将会被更新成R1，并产生新的binlog；此时B的R2再同步会A，发现A的值是R1，又更新成R2，也产生binlog。由于B同步回A的操作，让A又产生了新的binlog，A又要同步到B，如此反复，陷入无限循环中。

DELETE操作

同样存在先后顺序问题。例如先插入一条记录，再删除。B在A删除后，又将插入的南宫NG·28同步回A，接着再将A的删除操作也同步回A，每次都会产生binlog，陷入无限回环。

关于南宫NG·28回环问题，笔者有着血的教训，曾经因为笔者的误操作，将一个库的南宫NG·28同步到了自身，最终也导致无限循环，原因分析与上述提到的UPDATE、DELETE操作类似，读者可自行思考。

针对上述南宫NG·28同步到过程中可能会存在的南宫NG·28回环问题，最终会导致南宫NG·28无限循环，因此我们必须要解决这个问题。由于存在多种解决方案，我们将在稍后统一进行讲解。

 2.7 南宫NG·28同步架构设计

现在，让我们先把思路先从解决南宫NG·28同步的具体细节问题转回来，从更高的层面讲解南宫NG·28同步的架构应该如何设计。稍后的内容中，我们将讲解各种避免南宫NG·28回环的各种解决方案。

前面的架构中，只涉及到2个DB的南宫NG·28同步，如果有多个DB南宫NG·28需要相互同步的情况下，架构将会变得非常复杂。例如：

这个图演示的是四个DB之间南宫NG·28需要相互同步，这种拓扑结构非常复杂。为了解决这种问题，我们可以将南宫NG·28写入到一个南宫NG·28中转站，例如MQ中进行保存，如下：

我们在不同的机房各部署一套MQ集群，这个机房的binlog syncer将需要同步的DB binlog南宫NG·28写入MQ对应的Topic中。对端机房如果需要同步这个南宫NG·28，只需要通过binlog writer订阅这个topic，消费topic中的binlog南宫NG·28，插入到目标库中即可。一些MQ支持consumer group的概念，不同的consumer group的消费位置offset相互隔离，从而达到一份南宫NG·28，同时供多个消费者进行订阅的能力。

当然，一些binlog订阅解析组件，可能实现了类似于MQ的功能，此时，则不需要独立部署MQ。

那么MQ应该选择什么呢？别问，问就是Kafka，具体原因问厮大。

 

3 南宫NG·28据回环问题解决方案

南宫NG·28回环问题有多种解决方案，通过排除法，一一进行讲解。

 3.1 同步操作不生成binlog

在mysql中，我们可以设置session变量，来控制当前会话上的更新操作，不产生binlog。这样当往目标库插入南宫NG·28时，由于不产生binlog，也就不会被同步会源库了。为了演示这个效果，笔者清空了本机上的所有binlog(执行reset master)，现在如下图所示：

忽略这两个binlog event，binlog文件格式最开始就是这两个event。

接着，笔者执行set sql_log_bin=0，然后插入一条语句，最后可以看到的确没有产生新的binlog事件：

通过这种方式，貌似可以解决南宫NG·28回环问题。目标库不产生binlog，就不会被同步会源库。但是，答案是否定的。我们是往目标库的master插入南宫NG·28，如果不产生binlog，目标库的slave也无法同步南宫NG·28，主从南宫NG·28不一致。所以，需要排除这种方案。        

提示：如果恢复set sql_log_bin=1，插入语句是会产生binlog，读者可以自行模拟。

3.2 控制binlog同步方向

既然不产生binlog不能解决问题。那么换一种思路，可以产生binlog。当把一个binlog转换成sql时，插入某个库之前，我们先判断这条记录是不是原本就是这个库产生的，如果是，那么就抛弃，也可以避免回环问题。

现在问题就变为，如何给binlog加个标记，表示其实那个mysql集群产生的。这也有几种方案，下面一一讲述。

3.2.1 ROW模式下的SQL

mysql主从同步，binlog复制一般有3种模式。STATEMENT，ROW，MIXED。默认情况下，STATEMENT模式只记录SQL语句，ROW模式只记录字段变更前后的值，MIXED模式是二者混合。binlog同步一般使用的都是ROW模式，高版本Mysql主从同步默认也是ROW模式。

我们想采取的方案是，在执行的SQL之前加上一段特殊标记，表示这个SQL的来源。例如

/*IDC1:DB1*/insert into users(name) values(“tianbowen”)

其中/*IDC1:DB1*/是一个注释，表示这个SQL原始在是IDC1的DB1中产生的。之后，在同步的时候，解析出SQL中的IDC信息，就能判断出是不是自己产生的南宫NG·28。

然而，ROW模式下，默认只记录变更前后的值，不记录SQL。所以，我们要通过一个开关，让Mysql在ROW模式下也记录INSERT、UPDATE、DELETE的SQL语句。具体做法是，在mysql的配置文件中，添加以下配置：

binlog_rows_query_log_events =1

这个配置可以让mysql在binlog中产生ROWS_QUERY_LOG_EVENT类型的binlog事件，其记录的就是执行的SQL。

通过这种方式，我们就记录下的一个binlog最初是由哪一个集群产生的，之后在同步的时候，sql writer判断目标机房和当前binlog中包含的机房相同，则抛弃这条南宫NG·28，从而避免回环。

这种思路，功能上没问题，但是在实践中，确非常麻烦。首先，让业务对执行的每条sql都加上一个这样的标识，几乎不可能。另外，如果忘记加了，就不知道南宫NG·28的来源了。如果采用这种方案，可以考虑在南宫NG·28库访问层中间件层面添加支持在sql之前增加/*..*/的功能，统一对业务屏蔽。即使这样，也不完美，不能保证所有的sql都通过中间件来来写入，例如DBA的一些日常运维操作，或者手工通过mysql命令行来操作南宫NG·28库时，肯定会存在没有添加机房信息的情况。

总的来说，这个方案不是那么完美。

 3.2.2 通过附加表

这种方案目前很多知名互联网公司在使用。大致思路是，在db中都加一张额外的表，例如叫direction，记录一个binlog产生的源集群的信息。例如

CREATE TABLE `direction` (  `idc` varchar(255) not null,  `db_cluster` varchar(255) not null,) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4

idc字段用于记录某条记录原始产生的IDC，db_cluster用于记录原始产生的南宫NG·28库集群(注意这里要使用集群的名称，不能是server_id，因为可能会发生主从切换)。

假设用户在IDC1的库A插入的一条记录(也可以在事务中插入多条记录，单条记录，即使不开启事务，mysql默认也会开启事务)：

BEGIN;insert into users(name) values(“tianshouzhi”);COMMIT;

那么A库南宫NG·28binlog通过sql writer同步到目标库B时，sql writer可以提前对事务中的信息可以进行一些修改，如下所示：

BEGIN;#往目标库同步时，首先额外插入一条记录，表示这个事务中的南宫NG·28都是A产生的。insert into direction(idc,db_cluster) values("IDC1”,"DB_A”)#插入原来的记录信息insert into users(name) values("tianshouzhi”);COMMIT;

之后B库的南宫NG·28往A同步时，就可以根据binlog中的第一条记录的信息，判断这个记录原本就是A产生的，进行抛弃，通过这种方式来避免回环。这种方案已经已经过很多的公司的实际验证。

3.2.3 通过GTID

Mysql 5.6引入了GTID(全局事务id)的概念，极大的简化的DBA的运维。在南宫NG·28同步的场景下，GTID依然也可以发挥极大的威力。

GTID 由2个部分组成：

1. server_uuid:transaction_id

其中server_uuid是mysql随机生成的，全局唯一。transaction_id事务id，默认情况下每次插入一个事务，transaction_id自增1。注意，这里并不会对GTID进行全面的介绍，仅说明其在南宫NG·28同步的场景下，如何避免回环、南宫NG·28重复插入的问题。

GTID提供了一个会话级变量gtid_next，指示如何产生下一个GTID。可能的取值如下:

• AUTOMATIC: 自动生成下一个GTID，实现上是分配一个当前实例上尚未执行过的序号最小的GTID。

• ANONYMOUS: 设置后执行事务不会产生GTID，显式指定的GTID。

默认情况下，是AUTOMATIC，也就是自动生成的，例如我们执行sql：

1. insert into users(name) values("tianbowen”);

产生的binlog信息如下：

可以看到，GTID会在每个事务(Query->…->Xid)之前，设置这个事务下一次要使用到的GTID。

从源库订阅binlog的时候，由于这个GTID也可以被解析到，之后在往目标库同步南宫NG·28的时候，我们可以显示的的指定这个GTID，不让目标自动生成。也就是说，往目标库，同步南宫NG·28时，变成了2条SQL：

SET GTID_NEXT= '09530823-4f7d-11e9-b569-00163e121964:1’insert into users(name) values("tianbowen")

由于我们显示指定了GTID，目标库就会使用这个GTID当做当前事务ID，不会自动生成。同样，这个操作也会在目标库产生binlog信息，需要同步回源库。再往源库同步时，我们按照相同的方式，先设置GTID，在执行解析binlog后得到的SQL，还是上面的内容：

SET GTID_NEXT= ‘09530823-4f7d-11e9-b569-00163e121964:1’ insert into users(name) values(“tianbowen”)

由于这个GTID在源库中已经存在了，插入记录将会被忽略，演示如下：

mysql> SET GTID_NEXT= ‘09530823-4f7d-11e9-b569-00163e121964:1’;Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)mysql> insert into users(name) values(“tianbowen”);Query OK, 0 rows affected (0.01 sec) #注意这里，影响的记录行数为0

注意这里，对于一条insert语句，其影响的记录函数居然为0，也就会插入并没有产生记录，也就不会产生binlog，避免了循环问题。

如何做到的呢？mysql会记录自己执行过的所有GTID，当判断一个GTID已经执行过，就会忽略。通过如下sql查看：

mysql> show global variables like “gtid_executed”;

+—————+——————————————+

| Variable_name | Value                                    |

+—————+——————————————+

| gtid_executed | 09530823-4f7d-11e9-b569-00163e121964:1-5 |

+—————+——————————————+

上述value部分，冒号”:”前面的是server_uuid，冒号后面的1-5，是一个范围，表示已经执行过1，2，3，4，5这个几个transaction_id。这里就能解释了，在GTID模式的情况下，为什么前面的插入语句影响的记录函数为0了。  

显然，GTID除了可以帮助我们避免南宫NG·28回环问题，还可以帮助我们解决南宫NG·28重复插入的问题，对于一条没有主键或者唯一索引的记录，即使重复插入也没有，只要GTID已经执行过，之后的重复插入都会忽略。

当然，我们还可以做得更加细致，不需要每次都往目标库设置GTID_NEXT，这毕竟是一次网络通信。sql writer在往目标库插入南宫NG·28之前，先判断目标库的server_uuid是不是和当前binlog事务信息携带的server_uuid相同，如果相同，则可以直接丢弃。查看目标库的gtid，可以通过以下sql执行：

mysql> show variables like “server_uuid”;

+—————+————————————–+

| Variable_name | Value                                |

+—————+————————————–+

| server_uuid   | 09530823-4f7d-11e9-b569-00163e121964 |

+—————+————————————–+

GTID应该算是一个终极的南宫NG·28回环解决方案，mysql原生自带，比添加一个辅助表的方式更轻量，开销也更低。需要注意的是，这倒并不是一定说GTID的方案就比辅助表好，因为辅助表可以添加机房等额外信息。在一些场景下，如果下游需要知道这条记录原始产生的机房，还是需要使用辅助表。

4 开源组件介绍canal/otter

前面深入讲解了单元化场景下南宫NG·28同步的基础知识。读者可能比较感兴趣的是，哪些开源组件在这些方面做的比较好。笔者建议的首选，是canal/otter组合。

canal的作用就是类似于前面所述的binlog syncer，拉取解析binlog。otter是canal的客户端，专门用于进行南宫NG·28同步，类似于前文所讲解的sql writer。并且，canal的最新版本已经实现了GTID。