Kafka

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Kafka术语

消息:Record。Kafka 是消息引擎嘛,这里的消息就是指 Kafka 处理的主要对象。

主题:Topic。主题是承载消息的逻辑容器,在实际使用中多用来区分具体的业务。

分区:Partition。一个有序不变的消息序列。每个主题下可以有多个分区。

消息位移:Offset。表示分区中每条消息的位置信息,是一个单调递增且不变的值。

副本:Replica。Kafka 中同一条消息能够被拷贝到多个地方以提供数据冗余,这些地方就是所谓的副本。副本还分为领导者副本和追随者副本,各自有不同的角色划分。副本是在分区层级下的,即每个分区可配置多个副本实现高可用。

生产者:Producer。向主题发布新消息的应用程序。

消费者:Consumer。从主题订阅新消息的应用程序。

消费者位移:Consumer Offset。表征消费者消费进度,每个消费者都有自己的消费者位移。

消费者组:Consumer Group。多个消费者实例共同组成的一个组,同时消费多个分区以实现高吞吐。

重平衡:Rebalance。消费者组内某个消费者实例挂掉后,其他消费者实例自动重新分配订阅主题分区的过程。Rebalance 是 Kafka 消费者端实现高可用的重要手段。

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分区

Kafka 的消息组织方式实际上是三级结构:主题 - 分区 - 消息。主题下的每条消息只会保存在某一个分区中,而不会在多个分区中被保存多份。官网上的这张图非常清晰地展示了 Kafka 的三级结构,如下所示:

分区的作用就是提供负载均衡的能力,或者说对数据进行分区的主要原因,就是为了实现系统的高伸缩性(Scalability)。不同的分区能够被放置到不同节点的机器上,而数据的读写操作也都是针对分区这个粒度而进行的,这样每个节点的机器都能独立地执行各自分区的读写请求处理。并且,我们还可以通过添加新的节点机器来增加整体系统的吞吐量。

有哪些分区策略

  • 轮询策略
  • 随机策略
  • 按消息键保序策略

Kafka 允许为每条消息定义消息键,简称为 Key。这个 Key 的作用非常大,它可以是一个有着明确业务含义的字符串,比如客户代码、部门编号或是业务 ID 等;也可以用来表征消息元数据。特别是在 Kafka 不支持时间戳的年代,在一些场景中,工程师们都是直接将消息创建时间封装进 Key 里面的。一旦消息被定义了 Key,那么你就可以保证同一个 Key 的所有消息都进入到相同的分区里面,由于每个分区下的消息处理都是有顺序的,故这个策略被称为按消息键保序策略,如下图所示。

Kafka 默认分区策略实际上同时实现了两种策略:如果指定了 Key,那么默认实现按消息键保序策略;如果没有指定 Key,则使用轮询策略。

如何保证消息不丢失

  1. 不要使用 producer.send(msg),而要使用 producer.send(msg, callback)。记住,一定要使用带有回调通知的 send 方法。
  2. 设置 acks = all。acks 是 Producer 的一个参数,代表了你对“已提交”消息的定义。如果设置成 all,则表明所有副本 Broker 都要接收到消息,该消息才算是“已提交”。这是最高等级的“已提交”定义。
  3. 设置 retries 为一个较大的值。这里的 retries 同样是 Producer 的参数,对应前面提到的 Producer 自动重试。当出现网络的瞬时抖动时,消息发送可能会失败,此时配置了 retries > 0 的 Producer 能够自动重试消息发送,避免消息丢失。
  4. 设置 unclean.leader.election.enable = false。这是 Broker 端的参数,它控制的是哪些 Broker 有资格竞选分区的 Leader。如果一个 Broker 落后原先的 Leader 太多,那么它一旦成为新的 Leader,必然会造成消息的丢失。故一般都要将该参数设置成 false,即不允许这种情况的发生。
  5. 设置 replication.factor >= 3。这也是 Broker 端的参数。其实这里想表述的是,最好将消息多保存几份,毕竟目前防止消息丢失的主要机制就是冗余。
  6. 设置 min.insync.replicas > 1。这依然是 Broker 端参数,控制的是消息至少要被写入到多少个副本才算是“已提交”。设置成大于 1 可以提升消息持久性。在实际环境中千万不要使用默认值 1。
  7. 确保 replication.factor > min.insync.replicas。如果两者相等,那么只要有一个副本挂机,整个分区就无法正常工作了。我们不仅要改善消息的持久性,防止数据丢失,还要在不降低可用性的基础上完成。推荐设置成 replication.factor = min.insync.replicas + 1。
  8. 确保消息消费完成再提交。Consumer 端有个参数 enable.auto.commit,最好把它设置成 false,并采用手动提交位移的方式。就像前面说的,这对于单 Consumer 多线程处理的场景而言是至关重要的。

消费者组到底是什么

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消费者组,即 Consumer Group,应该算是 Kafka 比较有亮点的设计了。那么何谓 Consumer Group 呢?用一句话概括就是:Consumer Group 是 Kafka 提供的可扩展且具有容错性的消费者机制。既然是一个组,那么组内必然可以有多个消费者或消费者实例(Consumer Instance),它们共享一个公共的 ID,这个 ID 被称为 Group ID。组内的所有消费者协调在一起来消费订阅主题(Subscribed Topics)的所有分区(Partition)。当然,每个分区只能由同一个消费者组内的一个 Consumer 实例来消费。

理解 Consumer Group 记住下面这三个特性就好了。

  1. Consumer Group 下可以有一个或多个 Consumer 实例。这里的实例可以是一个单独的进程,也可以是同一进程下的线程。在实际场景中,使用进程更为常见一些。
  2. Group ID 是一个字符串,在一个 Kafka 集群中,它标识唯一的一个 Consumer Group。
  3. Consumer Group 下所有实例订阅的主题的单个分区,只能分配给组内的某个 Consumer 实例消费。这个分区当然也可以被其他的 Group 消费。