• Kafka 一文读懂


    第一、Kafka 简介

           Kafka是一个分布式的基于发布/订阅模式消息队列(Message Queue),主要应用于大数据实时处理领域。

    消息队列应用场景

    消息队列优点

    • 解耦
    • 可恢复性
    • 缓冲
    • 灵活性 & 峰值处理能力
    • 异步通信

    消息队列模式

    点对点模式(一对一,消费者主动拉取数据,消息收到后消息清除)

            消息生产者生产消息发送到Queue中,然后消息消费者从Queue中取出并且消费消息。消息被消费以后,queue中不再有存储,所以消息消费者不可能消费到已经被消费的消息。Queue支持存在多个消费者,但是对一个消息而言,只会有一个消费者可以消费。

    发布/订阅模式(一对多,消费者消费数据之后不会清除消息)

            消息生产者(发布)将消息发布到topic中,同时有多个消息消费者(订阅)消费该消息。和点对点方式不同,发布到topic的消息会被所有订阅者消费。

    Kafka 基础架构和概念

    • Producer :消息生产者,就是向kafka broker发消息的客户端;
    • Consumer :消息消费者,向kafka broker取消息的客户端;
    • Consumer Group (CG):消费者组,由多个consumer组成。消费者组内每个消费者负责消费不同分区的数据,一个分区只能由一个组内消费者消费;消费者组之间互不影响。所有的消费者都属于某个消费者组,即消费者组是逻辑上的一个订阅者
    • Broker :一台kafka服务器就是一个broker。一个集群由多个broker组成。一个broker可以容纳多个topic。
    • Topic :可以理解为一个队列,生产者和消费者面向的都是一个topic
    • Partition:为了实现扩展性,一个非常大的topic可以分布到多个broker(即服务器)上,一个topic可以分为多个partition,每个partition是一个有序的队列;
    • Replica:副本,为保证集群中的某个节点发生故障时,该节点上的partition数据不丢失,且kafka仍然能够继续工作,kafka提供了副本机制,一个topic的每个分区都有若干个副本,一个leader和若干个follower
    • leader:每个分区多个副本的“主”,生产者发送数据的对象,以及消费者消费数据的对象都是leader。
    • follower:每个分区多个副本中的“从”,实时从leader中同步数据,保持和leader数据的同步。leader发生故障时,某个follower会成为新的leader。 

    第二、Kafka 快速入门

    Docker 安装Kafka

    请参考:Docker 安装Kafka

     Kafka 指令操作

    温馨提示:本章节全部的操作是在docker 安装Kafka 环境下进行的操作。

    1. [root@localhost ~]# docker exec -it 06a66409d7ce /bin/sh # 进入Kafka 容器后端
    2. / # cd /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin # 进入Kafka bin 目录
    3. /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin # ls -a # 查看Kafka 支持指令
    4. . kafka-mirror-maker.sh
    5. .. kafka-preferred-replica-election.sh
    6. connect-distributed.sh kafka-producer-perf-test.sh
    7. connect-mirror-maker.sh kafka-reassign-partitions.sh
    8. connect-standalone.sh kafka-replica-verification.sh
    9. kafka-acls.sh kafka-run-class.sh
    10. kafka-broker-api-versions.sh kafka-server-start.sh
    11. kafka-cluster.sh kafka-server-stop.sh
    12. kafka-configs.sh kafka-storage.sh
    13. kafka-console-consumer.sh kafka-streams-application-reset.sh
    14. kafka-console-producer.sh kafka-topics.sh
    15. kafka-consumer-groups.sh kafka-verifiable-consumer.sh
    16. kafka-consumer-perf-test.sh kafka-verifiable-producer.sh
    17. kafka-delegation-tokens.sh trogdor.sh
    18. kafka-delete-records.sh windows
    19. kafka-dump-log.sh zookeeper-security-migration.sh
    20. kafka-features.sh zookeeper-server-start.sh
    21. kafka-leader-election.sh zookeeper-server-stop.sh
    22. kafka-log-dirs.sh zookeeper-shell.sh
    23. kafka-metadata-shell.sh

    1、查看当前服务器中的所有topic

    kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.43.10:2181 --list

    1. /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin # kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.43.10:2181 --lis
    2. t
    3. mykafka

    2、创建topic

     kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.43.10:2181 --create --replication-factor 1 --partitions 1 --topic first

    1. /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin # kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.43.10:2181 --cre
    2. ate --replication-factor 1 --partitions 1 --topic first
    3. Created topic first.

    3、删除topic

    kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.43.10:2181 --delete --topic first

    1. /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin # kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.43.10:2181 --del
    2. ete --topic first
    3. Topic first is marked for deletion.
    4. Note: This will have no impact if delete.topic.enable is not set to true.

    4、发送消息

    kafka-console-producer.sh --broker-list 192.168.43.10:9092 --topic first

    1. /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin # kafka-console-producer.sh --broker-list 192.168.43.1
    2. 0:9092 --topic first
    3. >Hello

    温馨提示:Ctrl + C 退出消息生产者控制台

    5、消费消息

    kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 192.168.43.10:9092 --topic first

    1. /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin # kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 192.168
    2. .43.10:9092 --topic first

    6、查看某个topic的详情

    kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.43.10:2181 --describe –-topic first

    1. /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin # kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.43.10:2181 --d
    2. escribe –-topic first
    3. Topic: __consumer_offsets TopicId: f59s-dtdTLmUMQaCQiWOJg PartitionCount: 50 ReplicationFactor: 1 Configs: compression.type=producer,cleanup.policy=compact,segment.bytes=104857600
    4. Topic: __consumer_offsets Partition: 0 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    5. Topic: __consumer_offsets Partition: 1 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    6. Topic: __consumer_offsets Partition: 2 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    7. Topic: __consumer_offsets Partition: 3 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    8. Topic: __consumer_offsets Partition: 4 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    9. Topic: __consumer_offsets Partition: 5 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    10. Topic: __consumer_offsets Partition: 6 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    11. Topic: __consumer_offsets Partition: 7 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    12. Topic: __consumer_offsets Partition: 8 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    13. Topic: __consumer_offsets Partition: 9 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    14. Topic: __consumer_offsets Partition: 10 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    15. Topic: __consumer_offsets Partition: 11 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    16. Topic: __consumer_offsets Partition: 12 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    17. Topic: __consumer_offsets Partition: 13 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    18. Topic: __consumer_offsets Partition: 14 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    19. Topic: __consumer_offsets Partition: 15 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    20. Topic: __consumer_offsets Partition: 16 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    21. Topic: __consumer_offsets Partition: 17 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    22. Topic: __consumer_offsets Partition: 18 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    23. Topic: __consumer_offsets Partition: 19 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    24. Topic: __consumer_offsets Partition: 20 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    25. Topic: __consumer_offsets Partition: 21 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    26. Topic: __consumer_offsets Partition: 22 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    27. Topic: __consumer_offsets Partition: 23 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    28. Topic: __consumer_offsets Partition: 24 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    29. Topic: __consumer_offsets Partition: 25 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    30. Topic: __consumer_offsets Partition: 26 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    31. Topic: __consumer_offsets Partition: 27 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    32. Topic: __consumer_offsets Partition: 28 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    33. Topic: __consumer_offsets Partition: 29 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    34. Topic: __consumer_offsets Partition: 30 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    35. Topic: __consumer_offsets Partition: 31 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    36. Topic: __consumer_offsets Partition: 32 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    37. Topic: __consumer_offsets Partition: 33 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    38. Topic: __consumer_offsets Partition: 34 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    39. Topic: __consumer_offsets Partition: 35 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    40. Topic: __consumer_offsets Partition: 36 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    41. Topic: __consumer_offsets Partition: 37 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    42. Topic: __consumer_offsets Partition: 38 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    43. Topic: __consumer_offsets Partition: 39 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    44. Topic: __consumer_offsets Partition: 40 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    45. Topic: __consumer_offsets Partition: 41 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    46. Topic: __consumer_offsets Partition: 42 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    47. Topic: __consumer_offsets Partition: 43 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    48. Topic: __consumer_offsets Partition: 44 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    49. Topic: __consumer_offsets Partition: 45 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    50. Topic: __consumer_offsets Partition: 46 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    51. Topic: __consumer_offsets Partition: 47 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    52. Topic: __consumer_offsets Partition: 48 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    53. Topic: __consumer_offsets Partition: 49 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    54. Topic: first TopicId: HWeVjvVwRUSvK1zilceuvA PartitionCount: 1 ReplicationFactor: 1 Configs:
    55. Topic: first Partition: 0 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0
    56. Topic: mykafka TopicId: T5XvnQAGS4uToZfCJJLlpA PartitionCount: 1 ReplicationFactor: 1 Configs:
    57. Topic: mykafka Partition: 0 Leader: 0 Replicas: 0 Isr: 0

    第三、Kafka架构

    Kafka工作流程及其文件存储机制

            Kafka中消息是以topic进行分类的,生产者生产消息,消费者消费消息,都是面向topic的。

            topic是逻辑上的概念,而partition是物理上的概念,每个partition对应于一个log文件,该log文件中存储的就是producer生产的数据。Producer生产的数据会被不断追加到该log文件末端,且每条数据都有自己的offset。消费者组中的每个消费者,都会实时记录自己消费到了哪个offset,以便出错恢复时,从上次的位置继续消费。

            由于生产者生产的消息会不断追加到log文件末尾,为防止log文件过大导致数据定位效率低下,Kafka采取了分片索引机制,将每个partition分为多个segment。每个segment对应两个文件——“.index”文件和“.log”文件。这些文件位于一个文件夹下,该文件夹的命名规则为:topic名称+分区序号。例如,first这个topic有三个分区,则其对应的文件夹为first-0,first-1,first-2。

            index和log文件以当前segment的第一条消息的offset命名。下图为index文件和log文件的结构示意图。

            “.index”文件存储大量的索引信息,“.log”文件存储大量的数据,索引文件中的元数据指向对应数据文件中message的物理偏移地址。 

    Kafka生产者

    分区策略

    分区原因

    (1)方便在集群中扩展,每个Partition可以通过调整以适应它所在的机器,而一个topic又可以有多个Partition组成,因此整个集群就可以适应任意大小的数据了;

    (2)可以提高并发,因为可以以Partition为单位读写了。

    分区原则

    需要将producer发送的数据封装成一个ProducerRecord对象。

    (1)  指明 partition 的情况下,直接将指明的值直接作为 partiton 值;

    (2) 没有指明 partition 值但有 key 的情况下,将 key 的 hash 值与 topic 的 partition 数进行取余得到 partition 值;

    (3)  既没有 partition 值又没有 key 值的情况下, kafka采用Sticky Partition(黏性分区器),会随机选择一个分区,并尽可能一直使用该分区,待该分区的batch已满或者已完成,kafka再随机一个分区进行使用.

    数据可靠性保证

    生产者发送数据到topic partition的可靠性保证

            为保证producer发送的数据,能可靠的发送到指定的topic,topic的每个partition收到producer发送的数据后,都需要向producer发送ack(acknowledgement确认收到),如果producer收到ack,就会进行下一轮的发送,否则重新发送数据。

    Topic partition存储数据的可靠性保证

    副本数据同步策略对比

    方案

    优点

    缺点

    半数以上完成同步,就发送ack

    延迟低

    选举新的leader时,容忍n台节点的故障,需要2n+1个副本

    全部完成同步,才发送ack

    选举新的leader时,容忍n台节点的故障,需要n+1个副本

    延迟高

    Kafka选择了第二种方案,原因如下:

    1. 同样为了容忍n台节点的故障,第一种方案需要2n+1个副本,而第二种方案只需要n+1个副本,而Kafka的每个分区都有大量的数据,第一种方案会造成大量数据的冗余。

    2. 虽然第二种方案的网络延迟会比较高,但网络延迟对Kafka的影响较小。

    ISR

            采用第二种方案之后,设想以下情景:leader收到数据,所有follower都开始同步数据,但有一个follower,因为某种故障,迟迟不能与leader进行同步,那leader就要一直等下去,直到它完成同步,才能发送ack。这个问题怎么解决呢?

            Leader维护了一个动态的in-sync replica set (ISR),意为和leader保持同步的follower集合。当ISR中的follower完成数据的同步之后,leader就会给producer发送ack。如果follower长时间未向leader同步数据,则该follower将被踢出ISR,该时间阈值由replica.lag.time.max.ms参数设定。Leader发生故障之后,就会从ISR中选举新的leader。

     ack应答级别

            对于某些不太重要的数据,对数据的可靠性要求不是很高,能够容忍数据的少量丢失,所以没必要等ISR中的follower全部接收成功。

            所以Kafka为用户提供了三种可靠性级别,用户根据对可靠性和延迟的要求进行权衡,选择以下的配置。

    acks参数配置:

    acks

    0:这一操作提供了一个最低的延迟,partition的leader接收到消息还没有写入磁盘就已经返回ack,当leader故障时有可能丢失数据

    1: partition的leader落盘成功后返回ack,如果在follower同步成功之前leader故障,那么将会丢失数据

    -1(all): partition的leader和follower全部落盘成功后才返回ack。但是如果在follower同步完成后,broker发送ack之前,leader发生故障,那么会造成数据重复

    leader和 follower故障处理细节

    LEO:指的是每个副本最大的offset;

    HW:指的是消费者能见到的最大的offset,ISR队列中最小的LEO。

    (1)follower故障

    follower发生故障后会被临时踢出ISR,待该follower恢复后,follower会读取本地磁盘记录的上次的HW,并将log文件高于HW的部分截取掉,从HW开始向leader进行同步。等该follower的LEO大于等于该Partition的HW,即follower追上leader之后,就可以重新加入ISR了。

    (2)leader故障

    leader发生故障之后,会从ISR中选出一个新的leader,之后,为保证多个副本之间的数据一致性,其余的follower会先将各自的log文件高于HW的部分截掉,然后从新的leader同步数据。

    注意:这只能保证副本之间的数据一致性,并不能保证数据不丢失或者不重复。

    Exactly Once语义

            将服务器的ACK级别设置为-1,可以保证Producer到Server之间不会丢失数据,即At Least Once语义。相对的,将服务器ACK级别设置为0,可以保证生产者每条消息只会被发送一次,即At Most Once语义。

            At Least Once可以保证数据不丢失,但是不能保证数据不重复;相对的,At Least Once可以保证数据不重复,但是不能保证数据不丢失。但是,对于一些非常重要的信息,比如说交易数据,下游数据消费者要求数据既不重复也不丢失,即Exactly Once语义。在0.11版本以前的Kafka,对此是无能为力的,只能保证数据不丢失,再在下游消费者对数据做全局去重。对于多个下游应用的情况,每个都需要单独做全局去重,这就对性能造成了很大影响。

            0.11版本的Kafka,引入了一项重大特性:幂等性。所谓的幂等性就是指Producer不论向Server发送多少次重复数据,Server端都只会持久化一条。幂等性结合At Least Once语义,就构成了Kafka的Exactly Once语义。即:At Least Once + 幂等性 = Exactly Once

            要启用幂等性,只需要将Producer的参数中enable.idempotence设置为true即可。Kafka的幂等性实现其实就是将原来下游需要做的去重放在了数据上游。开启幂等性的Producer在初始化的时候会被分配一个PID,发往同一Partition的消息会附带Sequence Number。而Broker端会对做缓存,当具有相同主键的消息提交时,Broker只会持久化一条。但是PID重启就会变化,同时不同的Partition也具有不同主键,所以幂等性无法保证跨分区跨会话的Exactly Once。

    Kafka 消费者

    消费方式

    consumer采用pull(拉)模式从broker中读取数据。

    push(推)模式很难适应消费速率不同的消费者,因为消息发送速率是由broker决定的。它的目标是尽可能以最快速度传递消息,但是这样很容易造成consumer来不及处理消息,典型的表现就是拒绝服务以及网络拥塞。而pull模式则可以根据consumer的消费能力以适当的速率消费消息。

    pull模式不足之处是,如果kafka没有数据,消费者可能会陷入循环中,一直返回空数据。针对这一点,Kafka的消费者在消费数据时会传入一个时长参数timeout,如果当前没有数据可供消费,consumer会等待一段时间之后再返回,这段时长即为timeout。

    分区分配策略

    一个consumer group中有多个consumer,一个 topic有多个partition,所以必然会涉及到partition的分配问题,即确定那个partition由哪个consumer来消费。

    Kafka有三种分配策略,RoundRobin,Range , Sticky。

    分区分配策略之RoundRobin(轮训)

    分区分配策略之Range(范围)

    分区分配策略之Sticky(标记)

    offset维护

    由于consumer在消费过程中可能会出现断电宕机等故障,consumer恢复后,需要从故障前的位置的继续消费,所以consumer需要实时记录自己消费到了哪个offset,以便故障恢复后继续消费。

    Kafka 0.9版本之前,consumer默认将offset保存在Zookeeper中,从0.9版本开始,consumer默认将offset保存在Kafka一个内置的topic中,该topic为__consumer_offsets

    Kafka 高效读写数据

    顺序写磁盘

            Kafka的producer生产数据,要写入到log文件中,写的过程是一直追加到文件末端,为顺序写。官网有数据表明,同样的磁盘,顺序写能到600M/s,而随机写只有100K/s。这与磁盘的机械机构有关,顺序写之所以快,是因为其省去了大量磁头寻址的时间。

    持久化应用

    Kafka数据持久化是直接持久化到Pagecache中,这样会产生以下几个好处:

    • I/O Scheduler 会将连续的小块写组装成大块的物理写从而提高性能
    • I/O Scheduler 会尝试将一些写操作重新按顺序排好,从而减少磁盘头的移动时间
    • 充分利用所有空闲内存(非 JVM 内存)。如果使用应用层 Cache(即 JVM 堆内存),会增加 GC 负担
    • 读操作可直接在 Page Cache 内进行。如果消费和生产速度相当,甚至不需要通过物理磁盘(直接通过 Page Cache)交换数据
    • 如果进程重启,JVM 内的 Cache 会失效,但 Page Cache 仍然可用

    尽管持久化到Pagecache上可能会造成宕机丢失数据的情况,但这可以被Kafka的Replication机制解决。如果为了保证这种情况下数据不丢失而强制将 Page Cache 中的数据 Flush 到磁盘,反而会降低性能。

    零拷贝

    ZooKeeper在Kafka 的作用

     Kafka集群中有一个broker会被选举为Controller,负责管理集群broker的上下线,所有topic的分区副本分配leader选举等工作。

            Controller的管理工作都是依赖于Zookeeper的。

    以下为partition的leader选举过程:

    Kafka 事务 

    Kafka从0.11版本开始引入了事务支持。事务可以保证Kafka在Exactly Once语义的基础上,生产和消费可以跨分区和会话,要么`全部成功,要么全部失败。

    生产者事务

            为了实现跨分区跨会话的事务,需要引入一个全局唯一的Transaction ID,并将Producer获得的PID和Transaction ID绑定。这样当Producer重启后就可以通过正在进行的Transaction ID获得原来的PID。

            为了管理Transaction,Kafka引入了一个新的组件Transaction Coordinator。Producer就是通过和Transaction Coordinator交互获得Transaction ID对应的任务状态。Transaction Coordinator还负责将事务所有写入Kafka的一个内部Topic,这样即使整个服务重启,由于事务状态得到保存,进行中的事务状态可以得到恢复,从而继续进行。        

    消费者事务

     上述事务机制主要是从Producer方面考虑,对于Consumer而言,事务的保证就会相对较弱,尤其时无法保证Commit的信息被精确消费。这是由于Consumer可以通过offset访问任意信息,而且不同的Segment File生命周期不同,同一事务的消息可能会出现重启后被删除的情况。

    如果想完成Consumer端的精准一次性消费,那么需要kafka消费端将消费过程和提交offset过程做原子绑定。此时我们需要将kafka的offset保存到支持事务的自定义介质(比如mysql)。这部分知识会在后续项目部分涉及。

    Kafka API开发

    生产者发送消息核心流程

            Kafka的Producer发送消息采用的是异步发送的方式。在消息发送的过程中,涉及到了两个线程——main线程和Sender线程,以及一个线程共享变量——RecordAccumulator。main线程将消息发送给RecordAccumulator,Sender线程不断从RecordAccumulator中拉取消息发送到Kafka broker。

    相关参数:

    batch.size只有数据积累到batch.size之后,sender才会发送数据。

    linger.ms如果数据迟迟未达到batch.size,sender等待linger.time之后就会发送数据。

    前提:在Kafka 创建Topic  名称为"first"

    Kafka API 之异步发送

    第一步:添加Kafka 相关Jar 包依赖

    1. <dependency>
    2. <groupId>org.apache.kafkagroupId>
    3. <artifactId>kafka-clientsartifactId>
    4. <version>2.4.1version>
    5. dependency>

    第二步:核心类说明

    KafkaProducer:需要创建一个生产者对象,用来发送数据

    ProducerConfig:获取所需的一系列配置参数

    ProducerRecord:每条数据都要封装成一个ProducerRecord对象

    第三步:测试功能代码

    1. package com.zzg.kafka;
    2. import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
    3. import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
    4. import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
    5. import java.util.Properties;
    6. public class KafkaProduce {
    7. public static void main(String[] args) {
    8. Properties props = new Properties();
    9. //kafka集群,broker-list
    10. props.put("bootstrap.servers", "192.168.43.10:9092");
    11. props.put("acks", "all");
    12. //重试次数
    13. props.put("retries", 1);
    14. //批次大小
    15. props.put("batch.size", 16384);
    16. //等待时间
    17. props.put("linger.ms", 1);
    18. //RecordAccumulator缓冲区大小
    19. props.put("buffer.memory", 33554432);
    20. props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    21. props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    22. Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);
    23. for (int i = 0; i < 100; i++) {
    24. producer.send(new ProducerRecord<String, String>("first", Integer.toString(i), Integer.toString(i)));
    25. }
    26. producer.close();
    27. }
    28. }

     Kafka API 之回调函数

    第一步:与上类同

    第二步:与上类同

    第三步:测试功能代码

            回调函数会在producer收到ack时调用,为异步调用,该方法有两个参数,分别是RecordMetadata和Exception,如果Exception为null,说明消息发送成功,如果Exception不为null,说明消息发送失败。

    注意:消息发送失败会自动重试,不需要我们在回调函数中手动重试。

    1. package com.zzg.kafka;
    2. import org.apache.kafka.clients.producer.*;
    3. import java.util.Properties;
    4. public class KafkaProduceCallBack {
    5. public static void main(String[] args) {
    6. Properties props = new Properties();
    7. //kafka集群,broker-list
    8. props.put("bootstrap.servers", "192.168.43.10:9092");
    9. props.put("acks", "all");
    10. //重试次数
    11. props.put("retries", 1);
    12. //批次大小
    13. props.put("batch.size", 16384);
    14. //等待时间
    15. props.put("linger.ms", 1);
    16. //RecordAccumulator缓冲区大小
    17. props.put("buffer.memory", 33554432);
    18. props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    19. props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    20. Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);
    21. for (int i = 0; i < 100; i++) {
    22. producer.send(new ProducerRecord<String, String>("first", Integer.toString(i), Integer.toString(i)), new Callback() {
    23. //回调函数,该方法会在Producer收到ack时调用,为异步调用
    24. @Override
    25. public void onCompletion(RecordMetadata metadata, Exception exception) {
    26. if (exception == null) {
    27. System.out.println("success->" + metadata.offset());
    28. } else {
    29. exception.printStackTrace();
    30. }
    31. }
    32. });
    33. }
    34. producer.close();
    35. }
    36. }

     Kafka API 之分发器

    1. 默认的分区器 DefaultPartitioner
    2. 自定义分区器
    1. package com.zzg.kafka;
    2. import org.apache.kafka.clients.producer.Partitioner;
    3. import org.apache.kafka.common.Cluster;
    4. import java.util.Map;
    5. public class MyPartitioner implements Partitioner {
    6. /**
    7. * 计算某条消息要发送到哪个分区
    8. *
    9. * @param topic 主题
    10. * @param key 消息的key
    11. * @param keyBytes 消息的key序列化后的字节数组
    12. * @param value 消息的value
    13. * @param valueBytes 消息的value序列化后的字节数组
    14. * @param cluster
    15. * @return 需求: 以first主题为例,2个分区
    16. * 消息的 value包含"atguigu"的 进入0号分区
    17. * 其他的消息进入1号分区
    18. */
    19. @Override
    20. public int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {
    21. String msgValue = value.toString();
    22. int partition;
    23. if (msgValue.contains("atguigu")) {
    24. partition = 0;
    25. } else {
    26. partition = 1;
    27. }
    28. return partition;
    29. }
    30. /**
    31. * 收尾工作
    32. */
    33. @Override
    34. public void close() {
    35. }
    36. /**
    37. * 读取配置的
    38. * @param configs
    39. */
    40. @Override
    41. public void configure(Map<String, ?> configs) {
    42. }
    43. }

    Kafka API 之同步发送

    同步发送的意思就是,一条消息发送之后,会阻塞当前线程,直至返回ack。

    由于send方法返回的是一个Future对象,根据Futrue对象的特点,我们也可以实现同步发送的效果,只需在调用Future对象的get方发即可。

    1. package com.zzg.kafka;
    2. import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
    3. import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
    4. import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
    5. import java.util.Properties;
    6. import java.util.concurrent.ExecutionException;
    7. public class KafkaProduceSync {
    8. public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    9. Properties props = new Properties();
    10. props.put("bootstrap.servers", "192.168.43.10:9092");//kafka集群,broker-list
    11. props.put("acks", "all");
    12. props.put("retries", 1);//重试次数
    13. props.put("batch.size", 16384);//批次大小
    14. props.put("linger.ms", 1);//等待时间
    15. props.put("buffer.memory", 33554432);//RecordAccumulator缓冲区大小
    16. props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    17. props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    18. Producer producer = new KafkaProducer<>(props);
    19. for (int i = 0; i < 100; i++) {
    20. Object result = producer.send(new ProducerRecord("first", Integer.toString(i), Integer.toString(i))).get();
    21. System.out.println("success->" + String.valueOf(result));
    22. }
    23. producer.close();
    24. }
    25. }

    消费者消费消息核心说明

            Consumer消费数据时的可靠性是很容易保证的,因为数据在Kafka中是持久化的,故不用担心数据丢失问题。

            由于consumer在消费过程中可能会出现断电宕机等故障,consumer恢复后,需要从故障前的位置的继续消费,所以consumer需要实时记录自己消费到了哪个offset,以便故障恢复后继续消费。

            所以offset的维护是Consumer消费数据是必须考虑的问题。        

    Kafka API之自动提交offset

    核心类说明:

    KafkaConsumer:需要创建一个消费者对象,用来消费数据

    ConsumerConfig:获取所需的一系列配置参数

    ConsuemrRecord:每条数据都要封装成一个ConsumerRecord对象

    为了使我们能够专注于自己的业务逻辑,Kafka提供了自动提交offset的功能。 

    自动提交offset的相关参数:

    enable.auto.commit是否开启自动提交offset功能

    auto.commit.interval.ms自动提交offset的时间间隔

    1. package com.zzg.kafka.comsumer;
    2. import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
    3. import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecords;
    4. import org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer;
    5. import java.util.Arrays;
    6. import java.util.Properties;
    7. public class KafkaComsumer {
    8. public static void main(String[] args) {
    9. Properties props = new Properties();
    10. props.put("bootstrap.servers", "192.168.43.10:9092");
    11. props.put("group.id", "test");
    12. props.put("enable.auto.commit", "true");
    13. props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");
    14. props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    15. props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    16. KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
    17. consumer.subscribe(Arrays.asList("first"));
    18. while (true) {
    19. ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(100);
    20. for (ConsumerRecord<String, String> record : records)
    21. System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
    22. }
    23. }
    24. }

    Kafka API之重置Offset

    auto.offset.rest = earliest | latest | none |

    Kafka API之手动提交offset

            自动提交offset十分简介便利,但由于其是基于时间提交的,开发人员难以把握offset提交的时机。因此Kafka还提供了手动提交offset的API。

            手动提交offset的方法有两种:分别是commitSync(同步提交)commitAsync(异步提交)。两者的相同点是,都会将本次poll的一批数据最高的偏移量提交;不同点是,commitSync阻塞当前线程,一直到提交成功,并且会自动失败重试(由不可控因素导致,也会出现提交失败);而commitAsync则没有失败重试机制,故有可能提交失败。

    1)同步提交offset

    由于同步提交offset有失败重试机制,故更加可靠。

    1. package com.zzg.kafka.comsumer;
    2. import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
    3. import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecords;
    4. import org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer;
    5. import java.util.Arrays;
    6. import java.util.Properties;
    7. public class KafkaManualComsumer {
    8. public static void main(String[] args) {
    9. Properties props = new Properties();
    10. //Kafka集群
    11. props.put("bootstrap.servers", "192.168.43.10:9092");
    12. //消费者组,只要group.id相同,就属于同一个消费者组
    13. props.put("group.id", "test");
    14. props.put("enable.auto.commit", "false");//关闭自动提交offset
    15. props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    16. props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    17. KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
    18. consumer.subscribe(Arrays.asList("first"));//消费者订阅主题
    19. while (true) {
    20. //消费者拉取数据
    21. ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(100);
    22. for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
    23. System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
    24. }
    25. //同步提交,当前线程会阻塞直到offset提交成功
    26. consumer.commitSync();
    27. }
    28. }
    29. }

    2)异步提交offset

            同步提交offset更可靠一些,但是由于其会阻塞当前线程,直到提交成功。因此吞吐量会收到很大的影响。因此更多的情况下,会选用异步提交offset的方式。

    1. package com.zzg.kafka.comsumer;
    2. import org.apache.kafka.clients.consumer.*;
    3. import org.apache.kafka.common.TopicPartition;
    4. import java.util.Arrays;
    5. import java.util.Map;
    6. import java.util.Properties;
    7. public class KafkaSyncComsumer {
    8. public static void main(String[] args) {
    9. Properties props = new Properties();
    10. //Kafka集群
    11. props.put("bootstrap.servers", "192.168.43.10:9092");
    12. //消费者组,只要group.id相同,就属于同一个消费者组
    13. props.put("group.id", "test");
    14. //关闭自动提交offset
    15. props.put("enable.auto.commit", "false");
    16. props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    17. props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    18. KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
    19. consumer.subscribe(Arrays.asList("first"));//消费者订阅主题
    20. while (true) {
    21. ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(100);//消费者拉取数据
    22. for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
    23. System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
    24. }
    25. //异步提交
    26. consumer.commitAsync(new OffsetCommitCallback() {
    27. @Override
    28. public void onComplete(Map offsets, Exception exception) {
    29. if (exception != null) {
    30. System.err.println("Commit failed for" + offsets);
    31. }
    32. }
    33. });
    34. }
    35. }
    36. }
    1. 数据漏消费和重复消费分析

            无论是同步提交还是异步提交offset,都有可能会造成数据的漏消费或者重复消费。先提交offset后消费,有可能造成数据的漏消费;而先消费后提交offset,有可能会造成数据的重复消费。

    自定义Interceptor 

    拦截器原理

    Producer拦截器(interceptor)是在Kafka 0.10版本被引入的,主要用于实现clients端的定制化控制逻辑。

            对于producer而言,interceptor使得用户在消息发送前以及producer回调逻辑前有机会对消息做一些定制化需求,比如修改消息等。同时,producer允许用户指定多个interceptor按序作用于同一条消息从而形成一个拦截链(interceptor chain)。Intercetpor的实现接口是org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor,其定义的方法包括:

    (1)configure(configs)

    获取配置信息和初始化数据时调用。

    (2)onSend(ProducerRecord):

    该方法封装进KafkaProducer.send方法中,即它运行在用户主线程中。Producer确保在消息被序列化以及计算分区前调用该方法。用户可以在该方法中对消息做任何操作,但最好保证不要修改消息所属的topic和分区,否则会影响目标分区的计算。

    (3)onAcknowledgement(RecordMetadata, Exception):

    该方法会在消息从RecordAccumulator成功发送到Kafka Broker之后,或者在发送过程中失败时调用。并且通常都是在producer回调逻辑触发之前。onAcknowledgement运行在producer的IO线程中,因此不要在该方法中放入很重的逻辑,否则会拖慢producer的消息发送效率。

    (4)close:

    关闭interceptor,主要用于执行一些资源清理工作

    如前所述,interceptor可能被运行在多个线程中,因此在具体实现时用户需要自行确保线程安全。另外倘若指定了多个interceptor,则producer将按照指定顺序调用它们,并仅仅是捕获每个interceptor可能抛出的异常记录到错误日志中而非在向上传递。这在使用过程中要特别留意。

    拦截器案例 

    1)需求:

    实现一个简单的双interceptor组成的拦截链。第一个interceptor会在消息发送前将时间戳信息加到消息value的最前部;第二个interceptor会在消息发送后更新成功发送消息数或失败发送消息数。

    2)案例实操

    (1)增加时间戳拦截器

    1. package com.zzg.kafka.interceptor;
    2. import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor;
    3. import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
    4. import org.apache.kafka.clients.producer.RecordMetadata;
    5. import java.util.Map;
    6. public class TimeInterceptor implements ProducerInterceptor<String, String> {
    7. @Override
    8. public void configure(Map<String, ?> configs) {
    9. }
    10. @Override
    11. public ProducerRecord<String, String> onSend(ProducerRecord<String, String> record) {
    12. // 创建一个新的record,把时间戳写入消息体的最前部
    13. return new ProducerRecord(record.topic(), record.partition(), record.timestamp(), record.key(),
    14. System.currentTimeMillis() + "," + record.value().toString());
    15. }
    16. @Override
    17. public void onAcknowledgement(RecordMetadata metadata, Exception exception) {
    18. }
    19. @Override
    20. public void close() {
    21. }
    22. }

    (2)统计发送消息成功和发送失败消息数,并在producer关闭时打印这两个计数器 

    1. package com.zzg.kafka.interceptor;
    2. import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor;
    3. import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
    4. import org.apache.kafka.clients.producer.RecordMetadata;
    5. import java.util.Map;
    6. public class CounterInterceptor implements ProducerInterceptor<String, String> {
    7. private int errorCounter = 0;
    8. private int successCounter = 0;
    9. @Override
    10. public void configure(Map<String, ?> configs) {
    11. }
    12. @Override
    13. public ProducerRecord<String, String> onSend(ProducerRecord<String, String> record) {
    14. return record;
    15. }
    16. @Override
    17. public void onAcknowledgement(RecordMetadata metadata, Exception exception) {
    18. // 统计成功和失败的次数
    19. if (exception == null) {
    20. successCounter++;
    21. } else {
    22. errorCounter++;
    23. }
    24. }
    25. @Override
    26. public void close() {
    27. // 保存结果
    28. System.out.println("Successful sent: " + successCounter);
    29. System.out.println("Failed sent: " + errorCounter);
    30. }
    31. }

     (3)producer主程序

    1. package com.zzg.kafka;
    2. import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
    3. import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
    4. import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig;
    5. import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
    6. import java.util.ArrayList;
    7. import java.util.List;
    8. import java.util.Properties;
    9. public class KafkaInterceptorProduce {
    10. public static void main(String[] args) {
    11. // 1 设置配置信息
    12. Properties props = new Properties();
    13. props.put("bootstrap.servers", "192.168.43.10:9092");
    14. props.put("acks", "all");
    15. props.put("retries", 3);
    16. props.put("batch.size", 16384);
    17. props.put("linger.ms", 1);
    18. props.put("buffer.memory", 33554432);
    19. props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    20. props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    21. // 2 构建拦截链
    22. List interceptors = new ArrayList<>();
    23. interceptors.add("com.zzg.kafka.interceptor.TimeInterceptor");
    24. interceptors.add("com.zzg.kafka.interceptor.CounterInterceptor");
    25. props.put(ProducerConfig.INTERCEPTOR_CLASSES_CONFIG, interceptors);
    26. String topic = "first";
    27. Producer producer = new KafkaProducer<>(props);
    28. // 3 发送消息
    29. for (int i = 0; i < 10; i++) {
    30. ProducerRecord record = new ProducerRecord<>(topic, "message" + i);
    31. producer.send(record);
    32. }
    33. // 4 一定要关闭producer,这样才会调用interceptor的close方法
    34. producer.close();
    35. }
    36. }

    (4)comsumer主程序

    1. package com.zzg.kafka.comsumer;
    2. import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
    3. import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecords;
    4. import org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer;
    5. import java.util.Arrays;
    6. import java.util.Properties;
    7. public class KafkaComsumer {
    8. public static void main(String[] args) {
    9. Properties props = new Properties();
    10. props.put("bootstrap.servers", "192.168.43.10:9092");
    11. props.put("group.id", "test");
    12. props.put("enable.auto.commit", "true");
    13. props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");
    14. props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    15. props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    16. KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
    17. consumer.subscribe(Arrays.asList("first"));
    18. while (true) {
    19. ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(100);
    20. for (ConsumerRecord<String, String> record : records)
    21. System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
    22. }
    23. }
    24. }

    第三、Kafka 监控

    1)修改kafka启动命令

    修改kafka-server-start.sh命令中

    if [ "x$KAFKA_HEAP_OPTS" = "x" ]; then

        export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx1G -Xms1G"

    fi

    if [ "x$KAFKA_HEAP_OPTS" = "x" ]; then

        export KAFKA_HEAP_OPTS="-server -Xms2G -Xmx2G -XX:PermSize=128m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:ParallelGCThreads=8 -XX:ConcGCThreads=5 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=70"

        export JMX_PORT="9999"

        #export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx1G -Xms1G"

    fi

    注意:修改之后在启动Kafka之前要分发之其他节点

    2上传压缩包kafka-eagle-bin-1.4.5.tar.gz到集群/opt/software目录

    3解压到本地

    [atguigu@hadoop102 software]$ tar -zxvf kafka-eagle-bin-1.4.5.tar.gz

    4进入刚才解压的目录

    [atguigu@hadoop102 kafka-eagle-bin-1.4.5]$ ll

    总用量 82932

    -rw-rw-r--. 1 atguigu atguigu 84920710 8月  13 23:00 kafka-eagle-web-1.4.5-bin.tar.gz

    5将kafka-eagle-web-1.3.7-bin.tar.gz解压至/opt/module

    [atguigu@hadoop102 kafka-eagle-bin-1.4.5]$ tar -zxvf kafka-eagle-web-1.4.5-bin.tar.gz -C /opt/module/

    6修改名称

    [atguigu@hadoop102 module]$ mv kafka-eagle-web-1.4.5/ eagle

    7给启动文件执行权限

    [atguigu@hadoop102 eagle]$ cd bin/

    [atguigu@hadoop102 bin]$ ll

    总用量 12

    -rw-r--r--. 1 atguigu atguigu 1848 8月  22 2017 ke.bat

    -rw-r--r--. 1 atguigu atguigu 7190 7月  30 20:12 ke.sh

    [atguigu@hadoop102 bin]$ chmod 777 ke.sh

    8修改配置文件 conf/system-config.properties

    ######################################

    # multi zookeeper&kafka cluster list

    ######################################

    kafka.eagle.zk.cluster.alias=cluster1

    cluster1.zk.list=hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181

    ######################################

    # kafka offset storage

    ######################################

    cluster1.kafka.eagle.offset.storage=kafka

    ######################################

    # enable kafka metrics

    ######################################

    kafka.eagle.metrics.charts=true

    kafka.eagle.sql.fix.error=false

    ######################################

    # kafka jdbc driver address

    ######################################

    kafka.eagle.driver=com.mysql.jdbc.Driver

    kafka.eagle.url=jdbc:mysql://hadoop102:3306/ke?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&zeroDateTimeBehavior=convertToNull

    kafka.eagle.username=root

    kafka.eagle.password=123456

    9添加环境变量

    export KE_HOME=/opt/module/eagle

    export PATH=$PATH:$KE_HOME/bin

    注意:source /etc/profile

    10启动

     [atguigu@hadoop102 eagle]$ bin/ke.sh start

    ... ...

    ... ...

    *******************************************************************

    * Kafka Eagle Service has started success.

    * Welcome, Now you can visit 'http://192.168.202.102:8048/ke'

    * Account:admin ,Password:123456

    *******************************************************************

    * ke.sh [start|status|stop|restart|stats]

    * https://www.kafka-eagle.org/

    *******************************************************************

    [atguigu@hadoop102 eagle]$

    注意:启动之前需要先启动ZK以及KAFKA

    11登录页面查看监控数据

    http://192.168.202.102:8048/ke

     第四、SpringBoot集成Kafka

    请参考文章:SpringBoot 集成Kafka

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