面试题：设计一个基于Redis消息队列的MySQL日志收集系统架构并阐述其扩展性与容错性

Question

请设计一个完整的基于Redis消息队列的MySQL日志收集系统架构，详细说明各个组件的功能与交互流程。同时，阐述该架构如何应对业务增长带来的扩展性需求，以及在面对Redis节点故障、MySQL服务器故障等异常情况下，系统如何保持容错性，确保日志收集工作不中断或数据不丢失。

Answer 1

基于Redis消息队列的MySQL日志收集系统架构

1. 架构组件及功能

   • MySQL Binlog Exporter：负责从MySQL数据库的二进制日志（Binlog）中提取日志数据。它通过解析Binlog协议，将数据库的变更操作（如INSERT、UPDATE、DELETE等）转化为易于处理的格式。
   • Redis消息队列：作为日志数据的暂存区。MySQL Binlog Exporter将解析后的日志数据发送到Redis的List结构中。Redis具有高性能、高并发的特点，能够快速接收和存储日志消息，起到缓冲和解耦的作用。
   • 日志处理模块：从Redis消息队列中读取日志数据，根据业务需求进行进一步处理，例如数据清洗、转换、聚合等。处理后的数据可以准备写入目标存储。
   • MySQL数据库（目标存储）：用于持久化存储处理后的日志数据。日志处理模块将处理好的数据插入到MySQL的特定表结构中，以便后续的查询和分析。

2. 交互流程

   • 日志提取：MySQL Binlog Exporter持续监听MySQL Binlog的变化，一旦有新的日志记录生成，就立即解析并将其发送到Redis消息队列。
   • 消息入队：Redis接收来自MySQL Binlog Exporter的日志消息，并将其添加到List队列的尾部。
   • 消息处理：日志处理模块定期从Redis消息队列的头部读取日志消息，按照预定的规则进行处理。处理完成后，将数据准备写入MySQL数据库。
   • 数据存储：日志处理模块将处理好的数据插入到MySQL的日志表中，完成日志收集的整个流程。

扩展性需求应对

1. 垂直扩展
   • MySQL Binlog Exporter：可以增加硬件资源（如CPU、内存、磁盘等），提升单个Exporter的处理能力，以应对更多的MySQL数据库实例或更高的日志生成速率。
   • 日志处理模块：同样通过增加硬件资源，提高单个处理模块处理日志数据的速度，以适应业务增长带来的数据量增加。
2. 水平扩展
   • Redis消息队列：采用Redis Cluster集群模式，将日志数据分布存储在多个Redis节点上，提高消息队列的容量和读写性能。可以根据业务增长情况动态添加Redis节点。
   • MySQL Binlog Exporter：可以部署多个实例，每个实例负责一部分MySQL数据库实例的日志提取工作，实现负载均衡。
   • 日志处理模块：部署多个日志处理模块实例，通过负载均衡器（如Nginx、HAProxy等）将Redis消息队列中的日志消息均匀分配给各个实例进行处理，从而提高整体处理能力。

容错性处理

1. Redis节点故障
   • 主从复制：配置Redis的主从复制，主节点负责处理写操作（接收MySQL Binlog Exporter发送的日志消息），从节点复制主节点的数据。当主节点发生故障时，从节点可以晋升为主节点，确保消息队列的可用性。
   • 哨兵模式：引入Redis Sentinel，它可以监控Redis主从节点的运行状态。当主节点出现故障时，Sentinel自动将一个从节点提升为主节点，并通知其他节点进行相应的调整，保障消息队列的正常工作。
2. MySQL服务器故障
   • 双活/多活架构：部署多个MySQL服务器，采用双活或多活架构。日志处理模块将处理后的数据同时写入多个MySQL服务器，确保在某个MySQL服务器发生故障时，数据仍然可以从其他服务器获取。
   • 数据备份与恢复：定期对MySQL数据库进行备份，例如使用MySQL的逻辑备份工具（如mysqldump）或物理备份工具（如XtraBackup）。当MySQL服务器故障导致数据丢失时，可以通过备份数据进行恢复。同时，在日志处理模块写入MySQL数据库时，可以采用事务机制，确保数据的一致性和完整性。如果写入过程中发生故障，事务回滚，避免部分数据写入导致的数据不一致问题。