3.kafka如何保证消息的可靠性

kafka应答原理

0：生产者发送过来的数据，不需要等数据落盘应答

如下图，生产者发送了信息之后，不需要等待kafka回复，如果kafka上的节点挂了后，这个消息就丢失了。

1：生产者发送过来的数据，Leader收到数据后应答。

如下图，可能leader收到消息后，还没同步leader挂了，消息丢失了

-1（all）：生产者发送过来的数据，Leader和ISR队列里面的所有节点收齐数据后应答。

如下图，需要等leader和ISR队列中的所有follower都收到后才应答。

什么是ISR队列？

ISR队列中有Leader保持同步的Follower+Leader集合，如果Follower长时间未向Leader发送通信请求或同步数据，则该Follower将被踢出ISR。该时间阈值由replica.lag.time.max.ms参数设定，默认30s。这样保证了不会因为某个follower没有收到而一直等待。

数据完全可靠条件 = ACK级别设置为-1 + 分区副本大于等于2 + ISR里应答的最小副本数量大于等于2

数据重复分析

生产者发送过来的数据，Leader和ISR队列里面的所有节点收齐数据后准备应答，此时leader挂了，follower节点们重新选举出一个leader，由于刚刚发的Hello消息没收到，所以生产者会重试，但是此时的follower其实已经收到了，这样就会导致重复。如下图：

代码中配置ack

// 设置 acks
 properties.put(ProducerConfig.ACKS_CONFIG, "all");
 // 重试次数 retries，默认是 int 最大值，2147483647
 properties.put(ProducerConfig.RETRIES_CONFIG, 3);

数据去重

对于一些非常重要的信息，比如和钱相关的数据，要求数据既不能重复也不丢失。Kafka 0.11版本以后，引入了一项重大特性：幂等性和事务。

幂等性

幂等性就是指Producer不论向Broker发送多少次重复数据，Broker端都只会持久化一条，保证了不重复。

精确一次（Exactly Once） = 幂等性 + 至少一次（ ack=-1 + 分区副本数>=2 + ISR最小副本数量>=2）。

重复数据的判断标准：

具有<PID, Partition, SeqNumber>相同主键的消息提交时，Broker只会持久化一条。其中PID是Kafka每次重启都会分配一个新的；Partition 表示分区号；Sequence Number是单调自增的。

所以幂等性只能保证的是在单分区单会话内不重复。

如何使用幂等性

开启参数 enable.idempotence，默认为 true，false 关闭。

kafka事务

幂等性只能解决单个会话内消息不重复，一旦生产者挂了后，无法保证消息不重复。kafka事务就是为了实现跨分区跨会话的消息不重复。

**原理：**它引入了一个全局唯一的TransactionID，并且将producer获得pid和TransactionID绑定，这样当producer重启后就可以通过正在运行的TransactionID获得原来的pid。

为了管理Transaction，Kafka引入了事务协调器Transaction Coordinator，Producer通过Transaction Coordinator交互得到transactionid对应的任务状态。

Transaction Coordinator还负责将事务所有写入一个kafka内部的topic，这样即使服务重启，运行中的事务也能得到恢复，从而继续运行。

在代码中使用方法

// 设置事务 id（必须），事务 id 任意起名
 properties.put(ProducerConfig.TRANSACTIONAL_ID_CONFIG, "transaction_id_0");
 // 3. 创建 kafka 生产者对象
 KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
 // 初始化事务
 kafkaProducer.initTransactions();
 // 开启事务
 kafkaProducer.beginTransaction();
 try {
 	// 4. 调用 send 方法,发送消息
	 for (int i = 0; i < 5; i++) {
 	// 发送消息
 	kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first", "atguigu " + i));
 }
 // int i = 1 / 0;
 // 提交事务
 kafkaProducer.commitTransaction();
 } catch (Exception e) {
 // 终止事务
 kafkaProducer.abortTransaction();
 } finally {
 // 5. 关闭资源
 kafkaProducer.close();
 }

数据有序

kafka在1.x版本之前保证数据单分区有序，条件如下：

max.in.flight.requests.per.connection=1（不需要考虑是否开启幂等性）。
kafka在1.x及以后版本保证数据单分区有序，条件如下：
- 开启幂等性
- max.in.flight.requests.per.connection（队列中请求个数）需要设置小于等于5。
  
  因为在kafka1.x以后，启用幂等后，kafka服务端会缓存producer发来的最近5个request的元数据，
故无论如何，都可以保证最近5个request的数据都是有序的。