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  • Kafka概述
  • Kafka快速入门
  • Kafka生产者
  • Kafka Broker
  • Kafka 消费者
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入门篇

Kafka概述

定义

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

发布订阅:消息的发布者不会将消息直接发送给特定的订阅者,而是将发布的消息分为不同的类别,订阅者只接收感兴趣的消息。

Kafka最新定义 : Kafka是一个开源的分布式事件流平台(Event Streaming Platform),被数千家公司用于高性能数据管道、流分析、数据集成和关键任务应用。

消息队列

概述

目前企业中比较常见的消息队列产品主要有Kafka、ActiveMQ 、RabbitMQ 、RocketMQ等。

在大数据场景主要采用 Kafka 作为消息队列。在 JavaEE 开发中主要采用 ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ。

传统消息队列的应用场景

传统的消息队列的主要应用场景包括:缓存消峰、解耦和异步通信。

**缓冲/消峰:**有助于控制和优化数据流经过系统的速度,解决生产消息和消费消息的处理速度不一致的情况。

**解耦:**允许你独立的扩展或修改两边的处理过程,只要确保它们遵守同样的接口约束。

**异步通信:**允许用户把一个消息放入队列,但并不立即处理它,然后在需要的时候再去处理它们。

消息队列的两种模式

1)点对点模式:消费者主动拉取数据,消息收到后清除消息

2)发布订阅模式

  • 消费者消费数据之后,不删除数据

  • 每个消费者相互独立,都可以消费到数据

  • 可以有多个topic主题(浏览、点赞、收藏、评论等)

Kafka基础架构

1.为方便扩展,并提高吞吐量,一个topic分为多个partition

2.配合分区的设计,提出消费者组的概念,组内每个消费者并行消费

3.为提高可用性,为每个partition增加若干副本,类似NameNode HA

4. ZK中记录谁是leader,Kafka2.8.0以后也可以配置不采用ZK

**(1)Producer:**消息生产者,就是向 Kafka broker 发消息的客户端。

**(2)Consumer:**消息消费者,向 Kafka broker 取消息的客户端。

**(3)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。

**(4)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。

**(5)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。

**(6)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。

(7)Replica:副本。一个 topic 的每个分区都有若干个副本,一个 Leader 和若干个Follower。

**(8)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。

**(9)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。

Kafka快速入门

安装部署

集群规划

MQ1
MQ2
MQ3

zk

zk

zk

kafka

kafka

kafka

集群部署

  • 下载地址:http://kafka.apache.org/downloads.html

  • 上传到~目录下,解压安装包

tar -zxvf kafka_2.12-3.2.0.tgz
cp -r kafka_2.12-3.2.0 /usr/local/kafka
  • 修改配置文件

cd /usr/local/kafka
cd config
vim server.properties

主要修改以下内容:

broker.id=0 # 分别设置0,1,2,保证集群id唯一
advertised.listeners=PLAINTEXT://192.168.183.101:9092 # 改成本机ip地址,一定要配置,不然后面通过java无法连接到
log.dirs=/usr/local/kafka/kafka-logs
zookeeper.connect=192.168.183.101:2181,192.168.183.102,:2181,192.168.183.103:2181/kafka

完整详细内容:

#broker 的全局唯一编号,不能重复,只能是数字。
broker.id=0
#处理网络请求的线程数量
num.network.threads=3
#用来处理磁盘 IO 的线程数量
num.io.threads=8
#发送套接字的缓冲区大小
socket.send.buffer.bytes=102400
#接收套接字的缓冲区大小
socket.receive.buffer.bytes=102400
#请求套接字的缓冲区大小
socket.request.max.bytes=104857600
#kafka 运行日志(数据)存放的路径,路径不需要提前创建,kafka 自动帮你创建,可以配置多个磁盘路径,路径与路径之间可以用","分隔
log.dirs=/usr/local/kafka/kafka-logs
#topic 在当前 broker 上的分区个数
num.partitions=1
#用来恢复和清理 data 下数据的线程数量
num.recovery.threads.per.data.dir=1
# 每个 topic 创建时的副本数,默认时 1 个副本
offsets.topic.replication.factor=1
#segment 文件保留的最长时间,超时将被删除
log.retention.hours=168
#每个 segment 文件的大小,默认最大 1G
log.segment.bytes=1073741824
# 检查过期数据的时间,默认 5 分钟检查一次是否数据过期
log.retention.check.interval.ms=300000
#配置连接 Zookeeper 集群地址(在 zk 根目录下创建/kafka,方便管理)
zookeeper.connect=192.168.183.101:2181,192.168.183.102,:2181,192.168.183.103:2181/kafka
  • 其他机器都配置相同的kafka

  • 但是需要修改server.properties中的broker.id=1、``broker.id=2`

  • 配置环境变量

sudo vim /etc/profile

配置如下:

# KAFKA_HOME
export KAFKA_HOME=/usr/local/kafka
export PATH=$KAFKA_HOME/bin:$PATH

刷新环境变量

source /etc/profile
  • 启动集群

./bin/kafka-server-start.sh -daemon ./config/server.properties
  • 关闭集群

./bin/kafka-server-stop.sh

Kafka命令行操作

主题命令操作

  • 查看操作主题命令参数

./bin/kafka-topics.sh
参数
描述

--bootstrap-server<String: server toconnect to>

连接的 Kafka Broker 主机名称和端口号。

--topic <String: topic>

操作的 topic 名称。

--create

创建主题。

--delete

删除主题。

--alter

修改主题

--list

查看所有主题。

--describe

查看主题详细描述。

--partitions <Integer: # of partitions>

设置分区数。

--replication-factor<Integer: replication factor>

设置分区副本。

--config <String: name=value>

更新系统默认的配置。

  • 查看当前服务器中的所有topic

./bin/kafka-topics.sh --list --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 创建topic

./bin/kafka-topics.sh --create --partitions 1 --replication-factor 3 --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

选项说明:

--topic:定义topic名

--replication-factor:定义副本数

--partitions:定义分区数

  • 查看first主题的详情

./bin/kafka-topics.sh --describe --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 修改分区数(注意,分区数只能增加,不能减少)

./bin/kafka-topics.sh --alter --topic first --partitions 3 --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 再次查看first主题详情

./bin/kafka-topics.sh --describe --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 删除topic

./bin/kafka-topics.sh --delete --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

生产者命令行操作

  • 查看操作生产者命令参数

./bin/kafka-console-producer.sh
参数
描述

--bootstrap-server <String: server toconnect to>

连接的 Kafka Broker 主机名称和端口号。

--topic <String: topic>

操作的 topic 名称。

  • 发送消息

./bin/kafka-console-producer.sh --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

消费者命令行操作

  • 查看操作消费者命令参数

./bin/kafka-console-consumer.sh
参数
描述

--bootstrap-server <String: server toconnect to>

连接的 Kafka Broker 主机名称和端口号。

--topic <String: topic>

操作的 topic 名称。

--from-beginning

从头开始消费。

--group <String: consumer group id>

指定消费者组名称。

  • 消费消息

消费first主题中的数据,不会读取历史数据,只会实时接收发送端发送的信息。

./bin/kafka-console-consumer.sh --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

把主题中所有的数据都读取出来(包括历史数据)。

./bin/kafka-console-consumer.sh --from-beginning --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

Kafka生产者

生产者消息发送流程

发送原理

在消息发送的过程中,涉及到了两个线程——main线程和Sender 线程。在 main 线程中创建了一个双端队列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。

生产者重要参数列表

参数名称
描述

bootstrap.servers

生产者连接集群所需的 broker 地 址 清 单 。 例如192.168.183.101:9092,92.168.183.102:9092,92.168.183.103:9092,可以 设置 1 个或者多个,中间用逗号隔开。注意这里并非需要所有的 broker 地址,因为生产者从给定的 broker 里查找到其他 broker 信息。

key.serializer 和value.serializer

指定发送消息的 key 和 value 的序列化类型。一定要写全类名。

buffer.memory

RecordAccumulator 缓冲区总大小,默认 32m。

batch.size

缓冲区一批数据最大值,默认 16k。适当增加该值,可以提高吞吐量,但是如果该值设置太大,会导致数据

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。单位 ms,默认值是 0ms,表示没 有延迟。生产环境建议该值大小为 5-100ms 之间。

acks

0:生产者发送过来的数据,不需要等数据落盘应答。 1:生产者发送过来的数据,Leader 收到数据后应答。 -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。默认值是-1,-1 和 all 是等价的。

max.in.flight.requests.per.connection

允许最多没有返回 ack 的次数,默认为 5,开启幂等性 要保证该值是 1-5 的数字。

retries

当消息发送出现错误的时候,系统会重发消息。retries 表示重试次数。默认是 int 最大值,2147483647。 如果设置了重试,还想保证消息的有序性,需要设置 MAX_IN_FLIGHT_REQUESTS_PER_CONNECTION=1 否则在重试此失败消息的时候,其他的消息可能发送 成功了。

retry.backoff.ms

两次重试之间的时间间隔,默认是 100ms。

enable.idempotence

是否开启幂等性,默认 true,开启幂等性。

compression.type

生产者发送的所有数据的压缩方式。默认是 none,也就是不压缩。 支持压缩类型:none、gzip、snappy、lz4 和 zstd。

异步发送API

可以从返回的future对象中稍后获取发送的结果,ProducerRecord、RecordMetadata包含了返回的结果信息

普通异步发送

  • 需求:创建Kafka生产者,采用异步的方式发送到Kafka Broker

  • 代码实战

(1)创建工厂kafka-demo

(2)导入依赖

<dependency>
    <groupId>org.apache.kafka</groupId>
    <artifactId>kafka-clients</artifactId>
    <version>3.1.0</version>
</dependency>

(3)创建包名:com.study.kafka.producer

(4)编写不带回调函数的API代码

public class CustomProducer {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建kafka生产者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给kafka配置对象添加配置信息:bootstrap.servers(连接集群)
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092,192.168.183.102:9092");

        // 指定对应的key和value序列化(必须):key.serializer,value.serializer
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());

        // 3. 创建kafka生产者对象
        KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);

        // 4. 调用send方法,发送消息
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","hello kafka"+i));
            System.out.println("hello kafka"+i);
        }

        // 5. 关闭资源
        kafkaProducer.close();
    }
}

在虚拟机上开启Kafka消费者,

./bin/kafka-console-consumer.sh --from-beginning --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

带回调函数的异步发送

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,分别是元数据信息(RecordMetadata)和异常信息(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。

kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","hello kafka"+i),(metadata,exception)->{
    if(exception == null)
        System.out.println("主题:"+metadata.topic() + "分区:"+metadata.partition());
});

// 延迟一会会看到数据发往不同分区
Thread.sleep(2);

同步发送API

如果需要使用同步发送,可以在每次发送之后使用get方法,因为producer.send方法返回一个Future类型的结果,Future的get方法会一直阻塞直到该线程的任务得到返回值,也就是broker返回发送成功。

只需在异步发送的基础上,再调用一下 get()方法即可。

kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","hello kafka"+i),(metadata,exception)->{
    if(exception == null)
        System.out.println("主题:"+metadata.topic() + "分区:"+metadata.partition());
}).get();

生产者分区

分区好处

  • 便于合理使用存储资源,每个Partition在一个Broker上存储,可以把海量的数据按照分区切割成一块一块数据存储在多台Broker上。合理控制分区的任务,可以实现负载均衡的效果。

  • 提高并行度,生产者可以以分区为单位发送数据;消费者可以以分区为单位进行消费数据。

生产者发送 消息的分区策略

  • 默认的分区器DefaultPartitioner

在 IDEA 中 ctrl +n,全局查找 DefaultPartitioner。

  • 案例一:将数据发往指定 partition 的情况下,例如,将所有数据发往分区 1 中。

kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first",1,"","hello kafka"+i))
  • 案例二: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。

kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","","hello kafka"+i))

自定义分区器

需求:例如实现一个分区器实现,发送过来的数据中如果包含hutao,就发往 0 号分区,不包含 hutao,就发往 1 号分区。

实现步骤:

  • 定义类实现Partitioner接口

  • 重写partition()方法

/**
 * 1. 实现接口 Partitioner
 * 2. 实现 3 个方法:partition,close,configure
 * 3. 编写 partition 方法,返回分区号
 */
public class MyPartitioner implements Partitioner {
    /**
     * * 返回信息对应的分区
     *  * @param topic      主题
     *  * @param key        消息的 key
     *  * @param keyBytes   消息的 key 序列化后的字节数组
     *  * @param value      消息的 value
     *  * @param valueBytes 消息的 value 序列化后的字节数组
     *  * @param cluster    集群元数据可以查看分区信息
     */
    @Override
    public int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {
        // 获取消息
        String msg = value.toString();

        // 创建partition
        int partition;

        // 判断消息是否包含 hutao
        if(msg.contains("hutao"))
            partition = 0;
        else
            partition = 1;

        return partition;
    }

    // 关闭资源
    @Override
    public void close() {

    }

    // 配置方法
    @Override
    public void configure(Map<String, ?> map) {

    }
}
  • 使用分区器的方法,在生产者的配置中添加分区器参数。

public class CustomProducer {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 1. 创建kafka生产者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给kafka配置对象添加配置信息:bootstrap.servers(连接集群)
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092,192.168.183.103:9092");

        // 指定对应的key和value序列化(必须):key.serializer,value.serializer
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());

        // 添加自定义分区器
        properties.put(ProducerConfig.PARTITIONER_CLASS_CONFIG,MyPartitioner.class.getName());

        // 3. 创建kafka生产者对象
        KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);

        // 4. 调用send方法,发送消息
        for (int i = 0; i < 5; i++) {

            String msg = i%2==0?"hutao":"";

            kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","",msg+"hello kafka"+i),(metadata,exception)->{
                if(exception == null)
                    System.out.println("主题:"+metadata.topic() + "分区:"+metadata.partition());
            });
        }

        // 5. 关闭资源
        kafkaProducer.close();
    }
}

生产经验-生产者如何提高吞吐量

public class CustomProducerParameters {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 1. 创建kafka生产者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给kafka配置对象添加配置信息:bootstrap.servers(连接集群)
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092,192.168.183.103:9092");

        // 指定对应的key和value序列化(必须):key.serializer,value.serializer
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());

        // RecordAccumulator:缓冲区大小,默认 32M:buffer.memory
        properties.put(ProducerConfig.BUFFER_MEMORY_CONFIG,1024*1024*32);

        // batch.size:批次大小,默认 16K
        properties.put(ProducerConfig.BATCH_SIZE_CONFIG,16*1024*1024);

        // linger.ms:等待时间,默认 0
        properties.put(ProducerConfig.LINGER_MS_CONFIG,1);

        // compression.type:压缩,默认 none,可配置值 gzip、snappy、lz4 和 zstd
        properties.put(ProducerConfig.COMPRESSION_TYPE_CONFIG,"snappy");

        // 3. 创建kafka生产者对象
        KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);

        // 4. 调用send方法,发送消息
        for (int i = 0; i < 5; i++) {

            kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","","hello kafka"+i),(metadata,exception)->{
                if(exception == null)
                    System.out.println("主题:"+metadata.topic() + "分区:"+metadata.partition());
            });
        }

        // 5. 关闭资源
        kafkaProducer.close();
    }
}

生产经验-数据可靠性

回顾发送流程

ack应答原理

代码实战

// 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);

生产经验-数据去重

数据传递语义

  • 至少一次(At Least Once)= 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

  • 最多一次(At Most Once)= ACK级别设置为0

  • 总结:

    • At Least Once可以保证数据不丢失,但是不能保证数据不重复;

    • At Most Once可以保证数据不重复,但是不能保证数据不丢失。

  • **精确一次(Exactly Once):**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

  • 幂等性原理

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。

  1. 其中PID是Kafka每次重启都会分配一个新的;

  2. Partition 表示分区号;

  3. 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。

生产者事务

  • Kafka事务原理

说明:开启事务,必须开启幂等性。

  • Kafka的事务一共有如下5个API

// 设置事务id(必须),事务id任意起名
properties.put(ProducerConfig.TRANSACTIONAL_ID_CONFIG,"transaction_id_1");

// 1 初始化事务
void initTransactions();

// 2 开启事务
void beginTransaction() throws ProducerFencedException;

// 3 在事务内提交已经消费的偏移量(主要用于消费者)
void sendOffsetsToTransaction(Map<TopicPartition, OffsetAndMetadata> offsets,
                              String consumerGroupId) throws 
    ProducerFencedException;

// 4 提交事务
void commitTransaction() throws ProducerFencedException;

// 5 放弃事务(类似于回滚事务的操作)
void abortTransaction() throws ProducerFencedException;
  • 单个Producer,使用事务保证消息的仅一次发送

public class CustomProducerTransactions {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 1. 创建kafka生产者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给kafka配置对象添加配置信息:bootstrap.servers(连接集群)
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092,192.168.183.103:9092");

        // 指定对应的key和value序列化(必须):key.serializer,value.serializer
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());

        // 设置事务id(必须),事务id任意起名
        properties.put(ProducerConfig.TRANSACTIONAL_ID_CONFIG,"transaction_id_1");

        // 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++) {

                String msg = i%2==0?"hutao":"";

                kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","",msg+"hello kafka"+i),(metadata,exception)->{
                    if(exception == null)
                        System.out.println("主题:"+metadata.topic() + "分区:"+metadata.partition());
                });
            }
            // 故意出错
            int i = 1 / 0;

            // 提交事务
            kafkaProducer.commitTransaction();
        }catch (Exception e){
            // 放弃事务(回滚)
            kafkaProducer.abortTransaction();
        }finally {
            // 关闭事务
            kafkaProducer.close();
        }

        // 5. 关闭资源
        kafkaProducer.close();
    }
}

生产经验-数据有序

生产经验-数据乱序

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需要设置小于等于5。

  • 未开启幂等性

    • max.in.flight.requests.per.connection需要设置为1。

原因说明: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。

Kafka Broker

Kafka Broker工作流程

Zookeeper存储的Kafka消息

  • 启动Zookeeper客户端

./bin/zkCli.sh
  • 通过ls命令可以查看kafka相关信息

ls /kafka

Kafka Broker 总体工作流程

Broker 重要参数

参数名称
描述

replica.lag.time.max.ms

ISR中,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,默认30s

auto.leader.rebalance.enable

默认是true。自动Leader Partition平衡。

leader.imbalance.per.brokerpercentage

默认是10%。每个broker允许的不平衡的leader 的比率。如果每个broker 超过了这个值,控制器 会触发leader的平衡。

leader.imbalance.check.interval.seconds

默认值300秒。检查leader负载是否平衡的间隔时间。

log.segmentbytes

Kafka中log日志是分成一块块存储的,此配置是 指log日志划分成块的大小,默认值1G

log.index.interval.bytes

默认4kb,kafka里面每当写入了4kb 大小的日志 (.log),然后就往index文件里面记录一个索引。

log.retention.hours

Kafka中数据保存的时间,默认7天。

log.retention.minutes

Kafka中数据保存的时间,分钟级别,默认关闭。

log.retention.ms

Kafka中数据保存的时间,毫秒级别,默认关闭。

log.retention.check. interval.ms

检查数据是否保存超时的间隔,默认是5分钟。

log.retention.bytes

默认等于-1,表示无穷大。超过设置的所有日志总 大小,删除最早的segment.

log.cleanup.policy

默认是delete,表示所有数据启用删除策略; 如果设置值为compact,表示所有数据启用压缩策 略。

num.io.threads

默认是8。负责写磁盘的线程数。整个参数值要占 总核数的50%。

num.replica.fetchers

副本拉取线程数,这个参数占总核数的50%的1/3

log.retention.hours

Kafka中数据保存的时间,默认7天。

log.retention.minutes

Kafka中数据保存的时间,分钟级别,默认关闭。

log.retention.ms

Kafka中数据保存的时间,毫秒级别,默认关闭。

log.retention.check. interval.ms

检查数据是否保存超时的间隔,默认是5分钟。

log.retention.bytes

默认等于-1,表示无穷大。超过设置的所有日志总 大小,删除最早的segment.

log.cleanup.policy

默认是delete,表示所有数据启用删除策略; 如果设置值为compact,表示所有数据启用压缩策 略。

num.io.threads

默认是8。负责写磁盘的线程数。整个参数值要占 总核数的50%。

num.replica.fetchers

副本拉取线程数,这个参数占总核数的50%的1/3

num.network.threads

默认是3。数据传输线程数,这个参数占总核数的 50%的2/3。

log.flush.interval.messages

强制页缓存刷写到磁盘的条数,默认是long 的最大值,9223372036854775807。一般不建议修改, 交给系统自己管理。

log.flush.interval.ms

每隔多久,刷数据到磁盘,默认是null。一般不建 议修改,交给系统自己管理。

生产经验—节点服役和退役

服役新节点

1)新节点准备:拷贝MQ3,也就是192.168.183.103这台虚拟机,新的虚拟机命名为MQ4,地址为192.168.183.104。

 vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
  • 修改主机名称

vi /etc/hostname
  • 然后重启MQ4

  • 然后修改MQ4中的kafka的server.properties配置,将broker.id修改为3,以及advertised.listeners。

  • 删除MQ4中的kafka的kafka-logs以及logs两个文件夹

rm -rf kafka-logs
rm -rf logs
  • 然后启动MQ1、MQ2、MQ3集群

  • 然后单独启动MQ4的kafka。

2)执行负载均衡操作

  • 创建一个要均衡的主体

vim topics-to-move.json

{
    topics": [
        {"topic": "first"}
    ],
    "version": 1
}
  • 生成一个负载均衡的计划

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --topics-to-move-json-file topics-to-move.json --broker-list "0,1,2,3" --generate --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 创建副本存储计划(所有副本存储在broker0、broker1、broker3中)

vim increase-replication-factor.json

输入如下内容:

{
    "version":1,
    "partitions":[
        {
            "topic":"first",
            "partition":0,
            "replicas":[2,3,0],
            "log_dirs":["any","any","any"]
        },{
            "topic":"first",
            "partition":1,
            "replicas":[3,0,1],
            "log_dirs":["any","any","any"]
        },{
            "topic":"first",
            "partition":2,
            "replicas":[0,1,2],
            "log_dirs":["any","any","any"]
        }
    ]
}
  • 执行副本存储计划

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --execute --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 验证副本存储计划

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --verify --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

退役旧节点

1)执行负载均衡操作:先按照退役一台节点,生成执行计划,然后按照服役时操作流程执行负载均衡。

  • 创建一个要均衡的主题

vim topics-to-move.json

内容如下:

{
    topics": [
        {"topic": "first"}
    ],
    "version": 1
}
  • 创建执行计划

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --topics-to-move-json-file topics-to-move.json --broker-list "0,1,2" --generate --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

输出如下:

Current partition replica assignment
{"version":1,"partitions":[{"topic":"first","partition":0,"replicas":[2,3,1],"log_dirs":["any","any","any"]},{"topic":"first","partition":1,"replicas":[3,2,0],"log_dirs":["any","any","any"]},{"topic":"first","partition":2,"replicas":[0,3,1],"log_dirs":["any","any","any"]}]}

Proposed partition reassignment configuration
{"version":1,"partitions":[{"topic":"first","partition":0,"replicas":[2,1,0],"log_dirs":["any","any","any"]},{"topic":"first","partition":1,"replicas":[0,2,1],"log_dirs":["any","any","any"]},{"topic":"first","partition":2,"replicas":[1,0,2],"log_dirs":["any","any","any"]}]}
  • 创建副本存储计划(所有副本存储在broker0,broker1,broker2中)

{"version":1,"partitions":[{"topic":"first","partition":0,"replicas":[2,1,0],"log_dirs":["any","any","any"]},{"topic":"first","partition":1,"replicas":[0,2,1],"log_dirs":["any","any","any"]},{"topic":"first","partition":2,"replicas":[1,0,2],"log_dirs":["any","any","any"]}]}
  • 执行副本存储计划

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --execute --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 验证副本存储计划

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --verify --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

2)执行停止命令:在MQ4上执行停止命令即可。

./bin/kafka-server-stop.sh

Kafka副本

副本基本信息

(1)Kafka 副本作用:提高数据可靠性。

(2)Kafka 默认副本 1 个,生产环境一般配置为 2 个,保证数据可靠性;太多副本会增加磁盘存储空间,增加网络上数据传输,降低效率。

(3)Kafka 中副本分为:Leader 和 Follower。Kafka 生产者只会把数据发往 Leader,然后 Follower 找 Leader 进行同步数据。

(4)Kafka 分区中的所有副本统称为 AR(Assigned Repllicas)。

AR = ISR + OSR

ISR,表示和 Leader 保持同步的 Follower 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。Leader 发生故障之后,就会从 ISR 中选举新的 Leader。

OSR,表示 Follower 与 Leader 副本同步时,延迟过多的副本。

Leader选举过程

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

Controller 的信息同步工作是依赖于 Zookeeper 的。

(1)创建一个新的 topic,4 个分区,4 个副本

./bin/kafka-topics.sh --create --topic test --partitions 4 --replication-factor 4 --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

(2)查看 Leader 分布情况

./bin/kafka-topics.sh --describe --topic test --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

(3)停止掉 MQ4的 kafka 进程,并查看 Leader 分区情况

./bin/kafka-server-stop.sh 
./bin/kafka-topics.sh --describe --topic test --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

Leader和Follower故障处理细节

LEO(Log End Offset):每个副本的最后一个offset,LEO其实就是最新的offset + 1。

HW(High Watermark):所有副本中最小的LEO 。

分区副本分配

如果 kafka 服务器只有 4 个节点,那么设置 kafka 的分区数大于服务器台数,在 kafka底层如何分配存储副本呢?

比如,创建 16 分区,3 个副本

(1)创建一个新的 topic,名称为 second。

./bin/kafka-topics.sh --create --topic second --partitions 16 --replication-factor 3 --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

(2)查看分区和副本情况。

./bin/kafka-topics.sh --describe --topic second --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

生产经验–手动调整分区副本存储

在生产环境中,每台服务器的配置和性能不一致,但是Kafka只会根据自己的代码规则创建对应的分区副本,就会导致个别服务器存储压力较大。所有需要手动调整分区副本的存储。

需求:创建一个新的topic,4个分区,两个副本,名称为three。将该topic的所有副本都存储到broker0和broker1两台服务器上。

相对均匀的分配,前两台尽量多用,后面两台尽量少用

手动调整分区存储的步骤如下:

  • 创建一个新的topic,名称为three

./bin/kafka-topics.sh --create --topic three --partitions 4 --replication-factor 2 --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 查看分区副本存储情况

./bin/kafka-topics.sh --describe --topic three --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 创建副本存储计划(所有副本都指定存储在broker0、broker1中)

vim increase-replication-factor.json

内容如下:

{
    "version":1,
    "partitions":[
        {"topic":"three","partition":0,"replicas":[0,1]},
        {"topic":"three","partition":1,"replicas":[0,1]},
        {"topic":"three","partition":2,"replicas":[1,0]},
        {"topic":"three","partition":3,"replicas":[1,0]}
    ] 
}
  • 执行副本存储计划

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --execute --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 验证副本存储计划

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --verify --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 查看分区副本存储情况

./bin/kafka-topics.sh --describe --topic three --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

生产经验–Leader Partition负载均衡

正常情况下,Kafka本身会自动把Leader Partition均匀分散在各个机器上,来保证每台机器的读写吞吐量都是均匀的。但是如果某些broker宕机,会导致Leader Partition过于集中在其他少部分几台broker上,这会导致少数几台broker的读写请求压力过高,其他宕机的broker重启之后都是follower partition,读写请求很低,造成集群负载不均衡。

参数名称
描述

auto.leader.rebalance.enable

默认是 true。 自动 Leader Partition 平衡。生产环 境中,leader 重选举的代价比较大,可能会带来性能影响,建议设置为 false 关闭。

leader.imbalance.per.broker.percentage

默认是 10%。每个 broker 允许的不平衡的 leader 的比率。如果每个 broker 超过了这个值,控制器 会触发 leader 的平衡。

leader.imbalance.check.interval.seconds

默认值 300 秒。检查 leader 负载是否平衡的间隔 时间。

生产经验–增加副本因子

在生产环境当中,由于某个主题的重要等级需要提升,考虑增加副本。副本数的增加需要先制定计划,然后根据计划执行。

  • 创建topic

./bin/kafka-topics.sh --create --topic four --partitions 3 --replication-factor 1 --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 手动增加副本存储

(1)创建副本存储计划(所有副本都指定存储在 broker0、broker1、broker2 中)。

vim increase-replication-factor.json

内容如下:

{
    "version":1,"partitions":[
        {
            "topic":"four","partition":0,"replicas":[0,1,2]
        },
        {
            "topic":"four","partition":1,"replicas":[0,1,2]
        },
        {
            "topic":"four","partition":2,"replicas":[0,1,2]
        }
    ]
}

(2)执行副本存储计划。

./bin/kafka-reassign-partitions.sh --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --execute --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

文件存储

Kafka文件存储机制

1)Topic数据的存储机制

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,为防止log文件过大导致数据定位效率低下,Kafka采取了分片和索引机制, 将每个partition分为多个segment。每个segment包括:.index文件、.log文件和.timeindex等文件。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-0。

2)思考:Topic数据到底存储在什么位置?

  • 启动生产者,并发送消息

./bin/kafka-console-producer.sh --bootstrap-server 192.168.183.101:9092 --topic first

>hello
  • 查看 MQ1(或者 MQ2、MQ3)的/usr/local/kafka/datas/first-1 (first-0、first-2)路径上的文件。

ll /usr/local/kafka/kafka-logs/first-1
  • 直接查看 log 日志,发现是乱码。

cat  00000000000000000000.log
  • 通过工具查看 index 和 log 信息。

kafka-run-class.sh kafka.tools.DumpLogSegments --files ./00000000000000000000.index
kafka-run-class.sh kafka.tools.DumpLogSegments --files ./00000000000000000000.log

3)index文件和 log 文件详解

参数
描述

log.segment.bytes

Kafka 中 log 日志是分成一块块存储的,此配置是指 log 日志划分成块的大小,默认值 1G。

log.index.interval.bytes

默认 4kb,kafka 里面每当写入了 4kb 大小的日志(.log),然后就往 index 文件里面记录一个索引。 稀疏索引。

文件清理策略

Kafka 中默认的日志保存时间为 7 天,可以通过调整如下参数修改保存时间。

  • log.retention.hours,最低优先级小时,默认 7 天。

  • log.retention.minutes,分钟。

  • log.retention.ms,最高优先级毫秒。

  • log.retention.check.interval.ms,负责设置检查周期,默认 5 分钟。

那么日志一旦超过了设置的时间,怎么处理呢?

Kafka 中提供的日志清理策略有 delete 和 compact 两种。

  • delete 日志删除:将过期数据删除

# 所有数据启用删除策略
log.cleanup.policy = delete

(1)基于时间:默认打开。以 segment 中所有记录中的最大时间戳作为该文件时间戳。

(2)基于大小:默认关闭。超过设置的所有日志总大小,删除最早的 segment。

log.retention.bytes,默认等于-1,表示无穷大。

**思考:**如果一个 segment 中有一部分数据过期,一部分没有过期,怎么处理?

  • compact日志压缩:对于相同key的不同value值,只保留最后一个版本。

# 所有数据启用压缩策略
log.cleanup.policy = compact

压缩后的offset可能是不连续的,比如上图中没有6,当从这些offset消费消息时,将会拿到比这个offset大的offset对应的消息,实际上会拿到offset为7的消息,并从这个位置开始消费。

这种策略只适合特殊场景,比如消息的key是用户ID,value是用户的资料,通过这种压缩策略,整个消息集里就保存了所有用户最新的资料。

高效读写数据

1)Kafka本身是分布式集群,可以采用分区技术,并行度高

2)读数据采用稀疏索引,可以快速定位要消费的数据

3)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。

4)页缓存+ 零拷贝技术

**零拷贝:**Kafka的数据加工处理操作交由Kafka生产者和Kafka消费者处理。Kafka Broker应用层不关心存储的数据,所以就不用走应用层,传输效率高。

**PageCache页缓存:**Kafka重度依赖底层操作系统提供的PageCache功能。当上层有写操作时,操作系统只是将数据写入PageCache。当读操作发生时,先从PageCache中查找,如果找不到,再去磁盘中读取。实际上PageCache是把尽可能多的空闲内存都当做了磁盘缓存来使用。

参数
描述

log.flush.interval.messages

强制页缓存刷写到磁盘的条数,默认是 long 的最大值, 9223372036854775807。一般不建议修改,交给系统自己管 理。

log.flush.interval.ms

每隔多久,刷数据到磁盘,默认是 null。一般不建议修改, 交给系统自己管理。

Kafka 消费者

Kafka消费方式

  • **pull(拉)模 式:**consumer采用从broker中主动拉取数据。Kafka采用这种方式。

  • **push(推)模式:**Kafka没有采用这种方式,因为由broker决定消息发送速率,很难适应所有消费者的消费速率。例如推送的速度是50m/s,Consumer1、Consumer2就来不及处理消息。

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。

Kafka消费者工作流程

消费者总体工作流程

消费者组原理

1)消费者组

Consumer Group(CG):消费者组,由多个consumer组成。形成一个消费者组的条件,是所有消费者的groupid相同。

  • 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。

2)消费者组初始化流程

  • coordinator:辅助实现消费者组的初始化和分区的分配。

coordinator节点选择 = groupid的hashcode值 % 50(__consumer_offsets的分区数量)

例如: groupid的hashcode值 = 1,1% 50 = 1,那么__consumer_offsets 主题的1号分区,在哪个broker上,就选择这个节点的coordinator作为这个消费者组的老大。消费者组下的所有的消费者提交offset的时候就往这个分区去提交offset。

3)消费者组详细消费流程

消费者重要参数

参数名称
描述

bootstrap.servers

向Kafka集群建立初始连接用到的host/port列表。

key.deserializer 和value.deserializer

指定接收消息的key和 value的反序列化类型。一定要写全 类名。

group.id

标记消费者所属的消费者组。

enable.auto.commit

默认值为true,消费者会自动周期性地向服务器提交偏移 量。

auto.commit.interval.ms

如果设置了enable.auto.commit的值为true,则该值定义了 消费者偏移量向Kafka提交的频率,默认5so

auto.offset.reset

当Kafka中没有初始偏移量或当前偏移量在服务器中不存在 (如,数据被删除了),该如何处理?earliest:自动重置偏 移量到最早的偏移量。latest:默认,自动重置偏移量为最 新的偏移量。none:如果消费组原来的(previous)偏移量 不存在,则向消费者抛异常。anything:向消费者抛异常。

offsets.topic.num.partitions

consumer_offsets的分区数,默认是50个分区。

heartbeat.interval.ms

Kafka消费者和coordinator之间的心跳时间,默认3s. 该条目的值必须小于session.timeout.ms ,也不应该高于 session.timeout.ms的1/3。

session.timeout.ms

Kafka消费者和coordinator 之间连接超时时间,默认45s。 超过该值,该消费者被移除,消费者组执行再平衡。

max.poll.interval.ms

消费者处理消息的最大时长,默认是5分钟。超过该值,该 消费者被移除,消费者组执行再平衡。

fetch.min.bytes

默认1个字节。消费者获取服务器端一批消息最小的字节 数。

fetch.max.wait.ms

默认500ms。如果没有从服务器端获取到一批数据的最小字 节数。该时间到,仍然会返回数据。

fetch.max.bytes

默认Default:52428800 (50 m)。消费者获取服务器端一批 消息最大的字节数。如果服务器端一批次的数据大于该值 (50m)仍然可以拉取回来这批数据,因此,这不是一个绝 对最大值。一批次的大小受message.max.bytes( broker config) or max.message.bytes(topic config)影响。

max.poll.records

一次poll拉取数据返回消息的最大条数,默认是500条。

消费者API

独立消费者案例(订阅主题)

1)需要:创建一个独立消费者,消费first主题中数据

**注意:**在消费者 API 代码中必须配置消费者组 id。命令行启动消费者不填写消费者组id 会被自动填写随机的消费者组 id。

2)实现步骤

  • 创建包名:com.study.kafka.consumer

  • 编写代码

public class CustomConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建消费者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给消费者配置对象添加参数

        // 连接集群
        properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092");

        // 反序列化
        properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());

        // 配置消费者组id(任意起名)
        properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG,"test");

        // 3. 创建消费者对象
        KafkaConsumer<String, String> kafkaConsumer = new KafkaConsumer<String, String>(properties);

        // 4. 注册要消费的主题(可以消费多个主题)
        ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
        topics.add("first");
        kafkaConsumer.subscribe(topics);

        // 5. 消费数据
        while (true){
            ConsumerRecords<String,String> consumerRecords  = kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
            for(ConsumerRecord<String,String> consumerRecord:consumerRecords)
                System.out.println(consumerRecord);
        }
    }
}

运行生产者代码或者命令行操作,进行演示,这里命令行操作:

./bin/kafka-console-producer.sh --bootstrap-server 192.168.183.101:9092 --topic first

> hello

观察消费者代码的输出:

独立消费者案例(订阅分区)

1)需求:创建一个独立消费者,消费first主题0号分区的数据

2)实现步骤

public class CustomConsumerPartition {
    public static void main(String[] args) {

        Properties properties = new Properties();
        properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092");
        properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG,"test");

        KafkaConsumer<String, String> kafkaConsumer = new KafkaConsumer<String, String>(properties);

        // 消费某个主题的某个分区数据
        ArrayList<TopicPartition> topics = new ArrayList<>();;
        topics.add(new TopicPartition("first",0));
        kafkaConsumer.assign(topics);

        while (true){
            ConsumerRecords<String,String> consumerRecords = kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
            for (ConsumerRecord<String,String> consumerRecord:consumerRecords)
                System.out.println(consumerRecord);
        }

    }
}

3)测试,通过生产者代码通过指定分区0发送数据,然后观察消费者

消费者组案例

1)需求:测试同一个主题的分区数据,只能由一个消费者组中的一个消费。

2)实例:复制两份基础消费者的代码(CustomConsumer1,CustomConsumer2),在 IDEA 中同时启动,即可启动同一个消费者组中的三个消费者。

public class CustomConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建消费者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给消费者配置对象添加参数

        // 连接集群
        properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092");

        // 反序列化
        properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());

        // 配置消费者组id(任意起名)
        properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG,"test");

        // 3. 创建消费者对象
        KafkaConsumer<String, String> kafkaConsumer = new KafkaConsumer<String, String>(properties);

        // 4. 注册要消费的主题(可以消费多个主题)
        ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
        topics.add("first");
        kafkaConsumer.subscribe(topics);

        // 5. 消费数据
        while (true){
            ConsumerRecords<String,String> consumerRecords  = kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
            for(ConsumerRecord<String,String> consumerRecord:consumerRecords)
                System.out.println(consumerRecord);
        }
    }
}

3)测试:生产者代码使用自定义分区的

@Override
public int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {
    int paritionCount = cluster.partitionCountForTopic(topic);


    //主题分区数量
    return valueBytes.hashCode() % paritionCount;
    //自定义发送的分区
}

然后每个消费者代码会接收一个分区的数据。

生产经验–分区的分配以及再平衡

概述

1、一个consumer group中有多个consumer组成,一个 topic有多个partition组成,现在的问题是,到底由哪个consumer来消费哪个partition的数据。

2、Kafka有四种主流的分区分配策略: Range、RoundRobin、Sticky、CooperativeSticky。可以通过配置参数partition.assignment.strategy,修改分区的分配策略。默认策略是Range + CooperativeSticky。Kafka可以同时使用多个分区分配策略。

参数名称
描述

heartbeat.interval.ms

Kafka消费者和coordinator之间的心跳时间,默认3s。 该条目的值必须小于session.timeout.ms,也不应该高于 session.timeout.ms的1/3。

session.timeout.ms

Kafka消费者和coordinator之间连接超时时间,默认45s。超 过该值,该消费者被移除,消费者组执行再平衡。

max.poll.interval.ms

消费者处理消息的最大时长,默认是5分钟。超过该值,该 消费者被移除,消费者组执行再平衡。

partition.assignment.strategy

消费者分区分配策略,默认策略是Range + CooperativeSticky。Kafka 可以同时使用多个分区分配策略。 可 以 选 择 的 策 略 包 括 : Range 、 RoundRobin 、 Sticky 、 CooperativeSticky

Range以及再平衡

1)Range分区策略原理

Range 是对每个 topic 而言的。

首先对同一个 topic 里面的分区按照序号进行排序,并对消费者按照字母顺序进行排序。

假如现在有 7 个分区,3 个消费者,排序后的分区将会是0,1,2,3,4,5,6;消费者排序完之后将会是C0,C1,C2。

例如,7/3 = 2 余 1 ,除不尽,那么 消费者 C0 便会多消费 1 个分区。 8/3=2余2,除不尽,那么C0和C1分别多消费一个。

通过 partitions数/consumer数 来决定每个消费者应该消费几个分区。如果除不尽,那么前面几个消费者将会多消费 1 个分区。

注意:如果只是针对 1 个 topic 而言,C0消费者多消费1个分区影响不是很大。但是如果有 N 多个 topic,那么针对每个 topic,消费者C0都将多消费 1 个分区,topic越多,C0消费的分区会比其他消费者明显多消费 N 个分区。

容易产生数据倾斜!

2)Range分区分配策略案例

  • 修改主题first为7个分区

./bin/kafka-topics.sh --alter --topic first --partitions 7 --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 查看当前主题分区情况

./bin/kafka-topics.sh --describe --topic first --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 复制 CustomConsumer 类,创建 CustomConsumer2。这样可以由三个消费者CustomConsumer、CustomConsumer1、CustomConsumer2 组成消费者组,组名都为“test”,

    同时启动 3 个消费者。

  • 启动 CustomProducer 生产者,发送 500 条消息,随机发送到不同的分区。

public class CustomProducer {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 1. 创建kafka生产者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给kafka配置对象添加配置信息:bootstrap.servers(连接集群)
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092,192.168.183.103:9092");

        // 指定对应的key和value序列化(必须):key.serializer,value.serializer
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());

        // 3. 创建kafka生产者对象
        KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);

        // 4. 调用send方法,发送消息
        for (int i = 0; i < 500; i++) {


            kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","hello kafka"+i),(metadata,exception)->{
                if(exception == null)
                    System.out.println("主题:"+metadata.topic() + "分区:"+metadata.partition());
            });
            Thread.sleep(10);
        }

        // 5. 关闭资源
        kafkaProducer.close();
    }
}

说明:Kafka 默认的分区分配策略就是 Range + CooperativeSticky,所以不需要修改策略。

  • 观看 3 个消费者分别消费哪些分区的数据。

3)Range分区分配再平衡案例

  • 停止掉 0 号消费者,快速重新发送消息观看结果(45s 以内,越快越好)。

0 号消费者挂掉后,消费者组需要按照超时时间 45s 来判断它是否退出,所以需要等待,时间到了 45s 后,判断它真的退出就会把任务分配给其他 broker 执行。

  • 再次重新发送消息观看结果(45s 以后)。

消费者 0 已经被踢出消费者组,所以重新按照 range 方式分配。

RoundRobin以及再平衡

1)RoundRobin分区策略原理

RoundRobin 针对集群中所有Topic而言。

RoundRobin 轮询分区策略,是把所有的 partition 和所有的consumer 都列出来,然后按照 hashcode 进行排序,最后通过轮询算法来分配 partition 给到各个消费者。

2)RoundRobin分区分配策略案例

  • 依次在 CustomConsumer、CustomConsumer1、CustomConsumer2 三个消费者代码中修改分区分配策略为 RoundRobin。

properties.put(ConsumerConfig.PARTITION_ASSIGNMENT_STRATEGY_CONFIG, RoundRobinAssignor.class.getName());
  • 重启 3 个消费者,重复发送消息的步骤,观看分区结果。

3)RoundRobin 分区分配再平衡案例

  • 停止掉 0 号消费者,快速重新发送消息观看结果(45s 以内,越快越好)。

0 号消费者挂掉后,消费者组需要按照超时时间 45s 来判断它是否退出,所以需要等待,时间到了 45s 后,判断它真的退出就会把任务分配给其他 broker 执行。

  • 再次重新发送消息观看结果(45s 以后)

消费者 0 已经被踢出消费者组,所以重新按照 RoundRobin 方式分配。

Sticky以及再平衡

**粘性分区定义:**可以理解为分配的结果带有“粘性的”。即在执行一次新的分配之前,考虑上一次分配的结果,尽量少的调整分配的变动,可以节省大量的开销。

粘性分区是 Kafka 从 0.11.x 版本开始引入这种分配策略,首先会尽量均衡的放置分区到消费者上面,在出现同一消费者组内消费者出现问题的时候,会尽量保持原有分配的分区不变化。

1)需求:设置主题为 first,7 个分区;准备 3 个消费者,采用粘性分区策略,并进行消费,观察消费分配情况。然后再停止其中一个消费者,再次观察消费分配情况。

2)步骤

  • 修改分区分配策略为粘性。

注意:3 个消费者都应该注释掉,之后重启 3 个消费者,如果出现报错,全部停止等会再重启,或者修改为全新的消费者组。

ArrayList<String> startegys = new ArrayList<>();
startegys.add(StickyAssignor.class.getName());
properties.put(ConsumerConfig.PARTITION_ASSIGNMENT_STRATEGY_CONFIG, startegys);
  • 使用同样的生产者发送 500 条消息。

可以看到会尽量保持分区的个数近似划分分区。

offset位移

offset的默认维护位置

__consumer_offsets 主题里面采用 key 和 value 的方式存储数据。key 是 group.id+topic+分区号,value 就是当前 offset 的值。每隔一段时间,kafka 内部会对这个 topic 进行compact,也就是每个 group.id+topic+分区号就保留最新数据。

1)消费offset案例

  • 思想:__consumer_offsets 为 Kafka 中的 topic,那就可以通过消费者进行消费。

  • 在配置文件 config/consumer.properties 中添加配置 exclude.internal.topics=false,默认是 true,表示不能消费系统主题。为了查看该系统主题数据,所以该参数修改为 false。(不用重启)

  • 采用命令行方式,创建一个新的topic

./bin/kafka-topics.sh --create --topic hutao --partitions 2 --replication-factor 2 --bootstrap-server 192.168.183.101:909
  • 启动生产者往hutao主题生产数据

./bin/kafka-console-producer.sh --topic hutao --bootstrap-server 192.168.183.101:9092
  • 启动消费者消费hutao主题数据

./bin/kafka-console-consumer.sh --topic hutao --group test --bootstrap-server 192.168.183.101:9092

注意:指定消费者组名称,更好观察数据存储位置(key 是 group.id+topic+分区号)。

  • 查看消费者消费主题__consumer_offsets。

bin/kafka-console-consumer.sh --topic __consumer_offsets --consumer.config config/consumer.properties --formatter "kafka.coordinator.group.GroupMetadataManager\$OffsetsMessageFormatter" --from-beginning --bootstrap-server 192.168.183.101:9092 

0.9版本以前维护在zookeeper中,0.9以后,维护在系统主题中

自动提交offset

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。

5s

自动提交offset的相关参数:

  • **enable.auto.commit:**是否开启自动提交offset功能,默认是true。消费者会自动周期性地向服务器提交偏移量。

  • **auto.commit.interval.ms:**自动提交offset的时间间隔,默认是5s

1)消费者自动提交offset

// 自动提交
properties.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG,true);
// 提交时间间隔
properties.put(ConsumerConfig.AUTO_COMMIT_INTERVAL_MS_CONFIG,1000);

手动提交offset

虽然自动提交offset十分简单便利,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)和commitAsync(异步提交)。两者的相同点是,都会将本次提交的一批数据最高的偏移量提交;不同点是,同步提交阻塞当前线程,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);而异步提交则没有失败重试机制,故有可能提交失败。

  • commitSync(同步提交):必须等待offset提交完毕,再去消费下一批数据。

  • commitAsync(异步提交) :发送完提交offset请求后,就开始消费下一批数据了。

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,但是由于一直等待提交结果,提交的效率比较低。以下为同步提交 offset 的示例。

public class CustomConsumerByHandSync {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建消费者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给消费者配置对象添加参数

        // 连接集群
        properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092");

        // 反序列化
        properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());

        // 配置消费者组id(任意起名)
        properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG,"test5");

        // 手动提交
        properties.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG,false);

        // 3. 创建消费者对象
        KafkaConsumer<String, String> kafkaConsumer = new KafkaConsumer<String, String>(properties);

        // 4. 注册要消费的主题(可以消费多个主题)
        ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
        topics.add("first");
        kafkaConsumer.subscribe(topics);

        // 5. 消费数据
        while (true){
            ConsumerRecords<String,String> consumerRecords  = kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
            for(ConsumerRecord<String,String> consumerRecord:consumerRecords)
                System.out.println(consumerRecord);

            // 手动提交offset
            kafkaConsumer.commitSync(); // 同步
        }
    }
}

2)异步提交offset

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

kafkaConsumer.commitAsync(); // 异步提交

指定Offset消费

auto.offset.reset = earliest | latest | none 默认是 latest。

当 Kafka 中没有初始偏移量(消费者组第一次消费)或服务器上不再存在当前偏移量时(例如该数据已被删除),该怎么办?

(1)earliest:自动将偏移量重置为最早的偏移量,--from-beginning。

(2)latest(默认值):自动将偏移量重置为最新偏移量。

(3)none:如果未找到消费者组的先前偏移量,则向消费者抛出异常。

(4)任意指定 offset 位移开始消费

public class CustomConsumerSeek {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 消费者配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 配置信息
        properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092");
        properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG,"test6");

        // 3. 消费者对象
        KafkaConsumer<String,String> kafkaConsumer = new KafkaConsumer<String, String>(properties);

        // 4. 订阅主题
        ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
        topics.add("first");

        kafkaConsumer.subscribe(topics);

        // 指定位置进行消费
        Set<TopicPartition> assignment = kafkaConsumer.assignment();

        // 保证分区分配方案已经制定完毕
        while (assignment.size() == 0){
            kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
            // 获取消费者分区分配信息(有了分区分配信息才能开始消费)
            assignment = kafkaConsumer.assignment();
        }

        // 指定offset
        // 遍历所有分区,并指定 offset 从 100 的位置开始消费
        for(TopicPartition topicPartition:assignment){
            kafkaConsumer.seek(topicPartition,100);
        }

        // 5. 消费数据
        while (true){

            ConsumerRecords<String,String> consumerRecords = kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));

            for(ConsumerRecord<String,String> consumerRecord : consumerRecords)
                System.out.println(consumerRecord);

        }
    }
}

注意:每次执行完,需要修改消费者组名;

指定时间消费

需求:在生产环境中,会遇到最近消费的几个小时数据异常,想重新按照时间消费。

例如要求按照时间消费前一天的数据,怎么处理?

// 指定位置进行消费
Set<TopicPartition> assignment = kafkaConsumer.assignment();

// 保证分区分配方案已经制定完毕
while (assignment.size() == 0){
    kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
    // 获取消费者分区分配信息(有了分区分配信息才能开始消费)
    assignment = kafkaConsumer.assignment();
}

// 希望把时间转换为对应的offset
HashMap<TopicPartition,Long> topicPartitionLongHashMap = new HashMap<>();
// 封装集合存储,每个分区对应一天前的数据
for(TopicPartition topicPartition:assignment){ 
    topicPartitionLongHashMap.put(topicPartition,System.currentTimeMillis() - 1 * 32*3600*1000);
}
// 获取从 1 天前开始消费的每个分区的 offset
Map<TopicPartition, OffsetAndTimestamp> topicPartitionOffsetAndTimestampMap = kafkaConsumer.offsetsForTimes(topicPartitionLongHashMap);

// 遍历每个分区,对每个分区设置消费时间。
for (TopicPartition topicPartition : assignment) {
    OffsetAndTimestamp offsetAndTimestamp = topicPartitionOffsetAndTimestampMap.get(topicPartition);
    // 根据时间指定开始消费的位置
    if (offsetAndTimestamp != null) {
        kafkaConsumer.seek(topicPartition,
                           offsetAndTimestamp.offset());
    }
}

漏消费和重复消费分析

**重复消费:**已经消费了数据,但是 offset 没提交。

**漏消费:**先提交 offset 后消费,有可能会造成数据的漏消费。

(1)场景1:重复消费。自动提交offset引起。

(2)场景1:漏消费。设置offset为手动提交,当offset被提交时,数据还在内存中未落盘,此时刚好消费者线程被kill掉,那么offset已经提交,但是数据未处理,导致这部分内存中的数据丢失。

思考:怎么能做到既不漏消费也不重复消费呢?详看消费者事务。

生产经验–消费者事务

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。

生产经验–数据积压(消费者如何提高吞吐量)

1)如果是Kafka消费能力不足,则可以考虑增加Topic的分区数,并且同时提升消费组的消费者数量,消费者数 = 分区数。(两者缺一不可)

2)如果是下游的数据处理不及时:提高每批次拉取的数量。批次拉取数据过少(拉取数据/处理时间 < 生产速度),使处理的数据小于生产的数据,也会造成数据积压。

参数名称
描述

fetch.max.bytes

默认Default: 52428800 (50 m)。消费者获取服务器端一批消息最大的字节数。如果服务器端一批次的数据大于该值 (50m)仍然可以拉取回来这批数据,因此,这不是一个绝 对最大值。一批次的大小受message.max.bytes(broker config) or max.message.bytes (topic config)影响。

max.poll.records

一次poll拉取数据返回消息的最大条数,默认是500条

Kafka-Eagle监控

概述

Kafka-Eagle 框架可以监控 Kafka 集群的整体运行情况,在生产环境中经常使用。

MySQL环境准备

Kafka-Eagle 的安装依赖于 MySQL,MySQL 主要用来存储可视化展示的数据。

Kafka环境准备

1)关闭集群

cd /usr/local/kafka
./bin/kafka-server-stop.sh
cd /usr/local/zookeeper
./bin/zkServer.sh stop

2)修改/usr/local/kafka/bin/kafka-server-start.sh 命令中

if [ "x$KAFKA_HEAP_OPTS" = "x" ]; then
 export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx1G -Xms1G"
fi

为

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

Kafka-Eagle安装

  • 下载:https://www.kafka-eagle.org/

  • 上传压缩包 kafka-eagle-bin-2.0.8.tar.gz到集群~目录

  • 解压到本地,并拷贝至/usr/local

tar -zxvf kafka-eagle-bin-2.1.0.tar.gz 

cp -r kafka-eagle-bin-2.1.0 /usr/local/kafka-eagle
  • 进入刚才解压的目录

cd /usr/local/kafka-eagle/
  • 将efak-web-xxx解压至/usr/local,并且修改名称

tar -zxvf efak-web-2.1.0-bin.tar.gz -C /usr/local/

cd ..

mv efak-web-2.1.0/ efak-web
  • 修改配置文件 /usr/local/efak-web/conf/system-config.properties

vim system-config.properties

内容如下:

######################################
# multi zookeeper & kafka cluster list
# Settings prefixed with 'kafka.eagle.' will be deprecated, use 'efak.' instead
######################################
# 修改1
efak.zk.cluster.alias=cluster1
cluster1.zk.list=192.168.183.101:2181,192.168.183.102:2181,192.168.183.103:2181/kafka
#cluster2.zk.list=xdn10:2181,xdn11:2181,xdn12:2181

######################################
# zookeeper enable acl
######################################
cluster1.zk.acl.enable=false
cluster1.zk.acl.schema=digest
cluster1.zk.acl.username=test
cluster1.zk.acl.password=test123

######################################
# broker size online list
######################################
cluster1.efak.broker.size=20

######################################
# zk client thread limit
######################################
# 修改2
kafka.zk.limit.size=32

######################################
# EFAK webui port
######################################
efak.webui.port=8048

######################################
# EFAK enable distributed
######################################
#efak.distributed.enable=false
#efak.cluster.mode.status=master
#efak.worknode.master.host=localhost
#efak.worknode.port=8085

######################################
# kafka jmx acl and ssl authenticate
######################################
cluster1.efak.jmx.acl=false
cluster1.efak.jmx.user=keadmin
cluster1.efak.jmx.password=keadmin123
cluster1.efak.jmx.ssl=false
cluster1.efak.jmx.truststore.location=/data/ssl/certificates/kafka.truststore
cluster1.efak.jmx.truststore.password=ke123456

######################################
# kafka offset storage
######################################
# 修改3
cluster1.efak.offset.storage=kafka
#cluster2.efak.offset.storage=zk

######################################
# kafka jmx uri
######################################
cluster1.efak.jmx.uri=service:jmx:rmi:///jndi/rmi://%s/jmxrmi

######################################
# kafka metrics, 15 days by default
######################################
efak.metrics.charts=true
efak.metrics.retain=15

######################################
# kafka sql topic records max
######################################
efak.sql.topic.records.max=5000
efak.sql.topic.preview.records.max=10

######################################
# delete kafka topic token
######################################
efak.topic.token=keadmin

######################################
# kafka sasl authenticate
######################################
cluster1.efak.sasl.enable=false
cluster1.efak.sasl.protocol=SASL_PLAINTEXT
cluster1.efak.sasl.mechanism=SCRAM-SHA-256
cluster1.efak.sasl.jaas.config=org.apache.kafka.common.security.scram.ScramLoginModule required username="kafka" password="kafka-eagle";
cluster1.efak.sasl.client.id=
cluster1.efak.blacklist.topics=
cluster1.efak.sasl.cgroup.enable=false
cluster1.efak.sasl.cgroup.topics=
cluster2.efak.sasl.enable=false
cluster2.efak.sasl.protocol=SASL_PLAINTEXT
cluster2.efak.sasl.mechanism=PLAIN
cluster2.efak.sasl.jaas.config=org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required username="kafka" password="kafka-eagle";
cluster2.efak.sasl.client.id=
cluster2.efak.blacklist.topics=
cluster2.efak.sasl.cgroup.enable=false
cluster2.efak.sasl.cgroup.topics=

######################################
# kafka ssl authenticate
######################################
cluster3.efak.ssl.enable=false
cluster3.efak.ssl.protocol=SSL
cluster3.efak.ssl.truststore.location=
cluster3.efak.ssl.truststore.password=
cluster3.efak.ssl.keystore.location=
cluster3.efak.ssl.keystore.password=
cluster3.efak.ssl.key.password=
cluster3.efak.ssl.endpoint.identification.algorithm=https
cluster3.efak.blacklist.topics=
cluster3.efak.ssl.cgroup.enable=false
cluster3.efak.ssl.cgroup.topics=

######################################
# kafka sqlite jdbc driver address
######################################
#efak.driver=org.sqlite.JDBC
#efak.url=jdbc:sqlite:/hadoop/kafka-eagle/db/ke.db
#efak.username=root
#efak.password=www.kafka-eagle.org

######################################
# kafka mysql jdbc driver address
######################################
# 修改4
#efak.driver=com.mysql.cj.jdbc.Driver
#efak.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/ke?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&zeroDateTimeBehavior=convertToNull
efak.username=root
efak.password=123456
efak.driver=com.mysql.cj.jdbc.Driver
efak.url=jdbc:mysql://192.168.183.101:3306/ke?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&zeroDateTimeBehavior=convertToNull
efak.username=root
efak.password=123456
  • 添加环境变量

vim /etc/profile

添加内容如下:

export KE_HOME=/usr/local/efak-web
export PATH=$KE_HOME/bin:$PATH

刷新环境变量

source /etc/profile
  • 启动集群

cd /usr/local/zookeeper

./bin/zkServer.sh start

cd /usr/local/kafka

./bin/kafka-server-start.sh -daemon ./config/server.properties

之后启动efak

cd /usr/local/efak-web
./bin/ke.sh start
  • 如果需要停止efak,执行命令

./bin/ke.sh stop

Kafka-Eagle页面操作

1)登录页面查看监控数据:http://192.168.183.101:8048

Kafka-Kraft模式

Kafka-Kraft架构

左图为 Kafka 现有架构,元数据在 zookeeper 中,运行时动态选举 controller,由controller 进行 Kafka 集群管理。右图为 kraft 模式架构(实验性),不再依赖 zookeeper 集群,而是用三台 controller 节点代替 zookeeper,元数据保存在 controller 中,由 controller 直接进行 Kafka 集群管理。

这样做的好处有以下几个:

  • Kafka 不再依赖外部框架,而是能够独立运行;

  • controller 管理集群时,不再需要从 zookeeper 中先读取数据,集群性能上升;

  • 由于不依赖 zookeeper,集群扩展时不再受到 zookeeper 读写能力限制;

  • controller 不再动态选举,而是由配置文件规定。这样我们可以有针对性的加强

  • controller 节点的配置,而不是像以前一样对随机 controller 节点的高负载束手无策。

Kafka-Kraft集群部署

1)再次解压一份 kafka 安装包

2)重命名为 kafka2

cp -r kafka_2.12-3.2.0 /usr/local/kafka2

3)然后修改/usr/local/kafka2/config/kraft/server.properties 配置文件,注意这个配置文件的位置

#kafka 的角色(controller 相当于主机、broker 节点相当于从机,主机类似 zk 功 能)
process.roles=broker, controller
#节点 ID
node.id=1
#controller 服务协议别名
controller.listener.names=CONTROLLER
#全 Controller 列表
controller.quorum.voters=1@192.168.183.101:9093,2@192.168.183.102:9093,3@192.168.183.103:9093
#不同服务器绑定的端口
listeners=PLAINTEXT://:9092,CONTROLLER://:9093
#broker 服务协议别名
inter.broker.listener.name=PLAINTEXT
#broker 对外暴露的地址
advertised.listeners=PLAINTEXT://192.168.183.101:9092
#协议别名到安全协议的映射
listener.security.protocol.map=CONTROLLER:PLAINTEXT,PLAINTEXT:PLAINTEXT,SSL:SSL,SASL_PLAINTEXT:SASL_PLAINTEXT,SASL_SSL:SASL_SSL
#kafka 数据存储目录
log.dirs=/usr/local/kafka2/kafka-logs

在 MQ2和 MQ3上 需 要 对 node.id 相应改变 , 值需要和controller.quorum.voters 对应。

在 MQ2和 MQ3上需要根据各自的主机名称,修改相应advertised.Listeners 地址。

  • 初始化集群数据目录

1)首先生成存储目录唯一 ID。

./bin/kafka-storage.sh random-uuid

P7Ixjk46TNaIlb2_wb0fKw

2)用该 ID 格式化 kafka 存储目录(三台节点)。

./bin/kafka-storage.sh format -t P7Ixjk46TNaIlb2_wb0fKw -c /usr/local/kafka2/config/kraft/server.properties
  • 启动kafka集群

 ./bin/kafka-server-start.sh -daemon ./config/kraft/server.properties
  • 停止kafka集群

./bin/kafka-server-stop.sh
  • 使用生产者以及消费者进行测试

外部系统集成篇

集成SpringBoot

概述

SpringBoot 是一个在 JavaEE 开发中非常常用的组件。可以用于 Kafka 的生产者,也可以用于 SpringBoot 的消费者。

SpringBoot环境准备

1)创建一个Spring Initializer

2)添加项目依赖

SpringBoot生产者

  • 修改 SpringBoot 核心配置文件 application.propeties, 添加生产者相关信息

# 应用名称
spring.application.name=springboot-kafka
# 应用服务 WEB 访问端口
server.port=8080

# 指定kafka的地址
spring.kafka.bootstrap-servers=192.168.183.101:9092,192.168.183.102:9092,192.168.183.103:9092

# 指定key和value的序列化其
spring.kafka.producer.key-serializer=org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
spring.kafka.producer.value-serializer=org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
  • 创建 controller 从浏览器接收数据, 并写入指定的 topic

@RestController
public class ProducerController {
    // Kafka 模板用来向 kafka 发送数据
    @Autowired
    KafkaTemplate<String,String> kafkaTemplate;

    @GetMapping("/send")
    public String send(String msg){
        kafkaTemplate.send("first",msg);
        return "ok";
    }
}
  • 在浏览器中给/send接口发送数据,地址:http://127.0.0.1:8080/send

SpringBoot消费者

  • 修改 SpringBoot 核心配置文件 application.propeties

# 指定kafka的地址
spring.kafka.bootstrap-servers=192.168.183.101:9092,192.168.183.102:9092,192.168.183.103:9092

# 指定key和value的序列化其
spring.kafka.consumer.key-deserializer=org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer
spring.kafka.consumer.value-deserializer=org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer

# 指定消费者组的group_id
spring.kafka.consumer.group-id=test
  • 创建类消费Kafka中指定的topic的数据

@Configuration
public class ConsumerController {
    // 指定要监听的topic
    @KafkaListener(topics = "first")
    public void receive(String msg){ // 参数:收到的value
        System.out.println("收到的信息:"+msg);
    }
}
  • 向 first 主题发送数据

生产调优手册

Kafka硬件配置选择

场景说明

服务器台数选择

磁盘选择

内存选择

源码解析

源码环境准备

源码下载地址

https://kafka.apache.org/downloads

安装JDK&Scala

https://www.scala-lang.org/download/2.12.0.html

需要在 Windows 本地安装 JDK 8 或者 JDK8 以上版本。

需要在 Windows 本地安装 Scala2.12。

加载源码

将 kafka-3.0.0-src.tgz 源码包,解压到非中文目录。例如:D:\SourceCode\kafka-3.2.0-src。

打开 IDEA,点击 File->Open…->源码包解压的位置。

安装gradle

Gradle 是类似于 maven 的代码管理工具。安卓程序管理通常采用 Gradle。

IDEA 自动帮你下载安装,下载的时间比较长(网络慢,需要 1 天时间,有 VPN 需要几分钟)

由于速度可能会很慢,因此在在C:\Users\用户.gradle下创建init.gradle文件

allprojects {
    repositories {
    maven {
        //允许使用外部库
        allowInsecureProtocol = true
        //阿里云镜像
        url "http://maven.aliyun.com/nexus/content/groups/public"
    	}
    }
}

生产者源码

发送流程

初始化

生产者main线程初始化

生产者sender线程初始化

程序入口

1)从用户自己编写的 main 方法开始阅读

public class CustomConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建消费者的配置对象
        Properties properties = new Properties();

        // 2. 给消费者配置对象添加参数

        // 连接集群
        properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092");

        // 反序列化
        properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());

        // 配置消费者组id(任意起名)
        properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG,"test3");

        // 3. 创建消费者对象
        KafkaConsumer<String, String> kafkaConsumer = new KafkaConsumer<String, String>(properties);

        // 4. 注册要消费的主题(可以消费多个主题)
        ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
        topics.add("first");
        kafkaConsumer.subscribe(topics);

        // 5. 消费数据
        while (true){
            ConsumerRecords<String,String> consumerRecords  = kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
            for(ConsumerRecord<String,String> consumerRecord:consumerRecords)
                System.out.println(consumerRecord);
        }
    }
}

生产者main线程初始化

点击 main()方法中的 KafkaProducer()。KafkaProducer.java

KafkaProducer(ProducerConfig config,
              Serializer<K> keySerializer,
              Serializer<V> valueSerializer,
              ProducerMetadata metadata,
              KafkaClient kafkaClient,
              ProducerInterceptors<K, V> interceptors,
              Time time) {
    try {
        this.producerConfig = config;
        this.time = time;

        // 获取事务id
        String transactionalId = config.getString(ProducerConfig.TRANSACTIONAL_ID_CONFIG);

        // 获取客户端id
        this.clientId = config.getString(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG);

        // 日志(不重要)
        LogContext logContext;
        if (transactionalId == null)
            logContext = new LogContext(String.format("[Producer clientId=%s] ", clientId));
        else
            logContext = new LogContext(String.format("[Producer clientId=%s, transactionalId=%s] ", clientId, transactionalId));
        log = logContext.logger(KafkaProducer.class);
        log.trace("Starting the Kafka producer");

        Map<String, String> metricTags = Collections.singletonMap("client-id", clientId);
        MetricConfig metricConfig = new MetricConfig().samples(config.getInt(ProducerConfig.METRICS_NUM_SAMPLES_CONFIG))
            .timeWindow(config.getLong(ProducerConfig.METRICS_SAMPLE_WINDOW_MS_CONFIG), TimeUnit.MILLISECONDS)
            .recordLevel(Sensor.RecordingLevel.forName(config.getString(ProducerConfig.METRICS_RECORDING_LEVEL_CONFIG)))
            .tags(metricTags);
        List<MetricsReporter> reporters = config.getConfiguredInstances(ProducerConfig.METRIC_REPORTER_CLASSES_CONFIG,
                                                                        MetricsReporter.class,
                                                                        Collections.singletonMap(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId));
        // 监控kafka运行情况
        JmxReporter jmxReporter = new JmxReporter();
        jmxReporter.configure(config.originals(Collections.singletonMap(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId)));
        reporters.add(jmxReporter);
        MetricsContext metricsContext = new KafkaMetricsContext(JMX_PREFIX,
                                                                config.originalsWithPrefix(CommonClientConfigs.METRICS_CONTEXT_PREFIX));
        this.metrics = new Metrics(metricConfig, reporters, time, metricsContext);
        this.producerMetrics = new KafkaProducerMetrics(metrics);
        // 获取分区器
        this.partitioner = config.getConfiguredInstance(
            ProducerConfig.PARTITIONER_CLASS_CONFIG,
            Partitioner.class,
            Collections.singletonMap(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId));
        long retryBackoffMs = config.getLong(ProducerConfig.RETRY_BACKOFF_MS_CONFIG);
        // key和value的序列化
        if (keySerializer == null) {
            this.keySerializer = config.getConfiguredInstance(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,
                                                              Serializer.class);
            this.keySerializer.configure(config.originals(Collections.singletonMap(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId)), true);
        } else {
            config.ignore(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG);
            this.keySerializer = keySerializer;
        }
        if (valueSerializer == null) {
            this.valueSerializer = config.getConfiguredInstance(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,
                                                                Serializer.class);
            this.valueSerializer.configure(config.originals(Collections.singletonMap(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId)), false);
        } else {
            config.ignore(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG);
            this.valueSerializer = valueSerializer;
        }
        // 拦截器处理(可以有多个)
        List<ProducerInterceptor<K, V>> interceptorList = (List) config.getConfiguredInstances(
            ProducerConfig.INTERCEPTOR_CLASSES_CONFIG,
            ProducerInterceptor.class,
            Collections.singletonMap(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId));
        if (interceptors != null)
            this.interceptors = interceptors;
        else
            this.interceptors = new ProducerInterceptors<>(interceptorList);
        ClusterResourceListeners clusterResourceListeners = configureClusterResourceListeners(keySerializer,
                                                                                              valueSerializer, interceptorList, reporters);
        // 控制单条日志的大小,默认是1M
        this.maxRequestSize = config.getInt(ProducerConfig.MAX_REQUEST_SIZE_CONFIG);
        // 缓冲区大小,默认是32M
        this.totalMemorySize = config.getLong(ProducerConfig.BUFFER_MEMORY_CONFIG);
        // 压缩类型,默认是none
        this.compressionType = CompressionType.forName(config.getString(ProducerConfig.COMPRESSION_TYPE_CONFIG));
        this.maxBlockTimeMs = config.getLong(ProducerConfig.MAX_BLOCK_MS_CONFIG);
        int deliveryTimeoutMs = configureDeliveryTimeout(config, log);

        this.apiVersions = new ApiVersions();
        this.transactionManager = configureTransactionState(config, logContext);

        this.accumulator = new RecordAccumulator(logContext,
                                                 config.getInt(ProducerConfig.BATCH_SIZE_CONFIG),// 批次大小,默认大小是16k
                                                 this.compressionType,  // 压缩方式,默认是none
                                                 lingerMs(config),  // liner.ms 默认是0
                                                 retryBackoffMs,
                                                 deliveryTimeoutMs,
                                                 metrics,
                                                 PRODUCER_METRIC_GROUP_NAME,
                                                 time,
                                                 apiVersions,
                                                 transactionManager,
                                                 // totalMemorySize缓存区对象,默认是32M
                                                 // 内存池
                                                 new BufferPool(this.totalMemorySize, config.getInt(ProducerConfig.BATCH_SIZE_CONFIG), metrics, time, PRODUCER_METRIC_GROUP_NAME));

        // 连接kafka集群配置
        List<InetSocketAddress> addresses = ClientUtils.parseAndValidateAddresses(
            config.getList(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG),
            config.getString(ProducerConfig.CLIENT_DNS_LOOKUP_CONFIG));
        // 获取元数据
        if (metadata != null) {
            this.metadata = metadata;
        } else {
            this.metadata = new ProducerMetadata(retryBackoffMs,
                                                 config.getLong(ProducerConfig.METADATA_MAX_AGE_CONFIG),
                                                 config.getLong(ProducerConfig.METADATA_MAX_IDLE_CONFIG),
                                                 logContext,
                                                 clusterResourceListeners,
                                                 Time.SYSTEM);
            this.metadata.bootstrap(addresses);
        }
        this.errors = this.metrics.sensor("errors");

        this.sender = newSender(logContext, kafkaClient, this.metadata);

        String ioThreadName = NETWORK_THREAD_PREFIX + " | " + clientId;
        // daemon设置为true,会把sender线程放到后台运行
        this.ioThread = new KafkaThread(ioThreadName, this.sender, true);
        // 真正的启动sender线程
        this.ioThread.start();
        config.logUnused();
        AppInfoParser.registerAppInfo(JMX_PREFIX, clientId, metrics, time.milliseconds());
        log.debug("Kafka producer started");
    } catch (Throwable t) {
        ...
    }
}

生产者sender线程初始化

点击 newSender()方法,查看发送线程初始化。

Sender newSender(LogContext logContext, KafkaClient kafkaClient, ProducerMetadata metadata) {
    // 缓存请求的个数,默认是5个
    int maxInflightRequests = producerConfig.getInt(ProducerConfig.MAX_IN_FLIGHT_REQUESTS_PER_CONNECTION);
    // 请求超时时间,默认是30s
    int requestTimeoutMs = producerConfig.getInt(ProducerConfig.REQUEST_TIMEOUT_MS_CONFIG);
    ChannelBuilder channelBuilder = ClientUtils.createChannelBuilder(producerConfig, time, logContext);
    ProducerMetrics metricsRegistry = new ProducerMetrics(this.metrics);
    Sensor throttleTimeSensor = Sender.throttleTimeSensor(metricsRegistry.senderMetrics);
    // 创建一个客户端对象
    KafkaClient client = kafkaClient != null ? kafkaClient : new NetworkClient(
        new Selector(producerConfig.getLong(ProducerConfig.CONNECTIONS_MAX_IDLE_MS_CONFIG),
                     this.metrics, time, "producer", channelBuilder, logContext),
        metadata,
        clientId, // clientId,客户端id
        maxInflightRequests, // maxInflightRequests,缓存请求的个数,默认是5个
        producerConfig.getLong(ProducerConfig.RECONNECT_BACKOFF_MS_CONFIG), // 重试时间
        producerConfig.getLong(ProducerConfig.RECONNECT_BACKOFF_MAX_MS_CONFIG),// 总的重试时间
        producerConfig.getInt(ProducerConfig.SEND_BUFFER_CONFIG),// 发送数据的缓冲区大小,默认是128k
        producerConfig.getInt(ProducerConfig.RECEIVE_BUFFER_CONFIG),// 接收数据的缓冲区大小,默认是32k
        requestTimeoutMs,
        producerConfig.getLong(ProducerConfig.SOCKET_CONNECTION_SETUP_TIMEOUT_MS_CONFIG),
        producerConfig.getLong(ProducerConfig.SOCKET_CONNECTION_SETUP_TIMEOUT_MAX_MS_CONFIG),
        time,
        true,
        apiVersions,
        throttleTimeSensor,
        logContext);
    // 0:生产者发送数据过来,不需要应答
    // 1:生产者发送数据过来,leader收到,应答
    // -1:生产者发送数据过来,leader和isr队列里面所有都收到了,才应答
    short acks = Short.parseShort(producerConfig.getString(ProducerConfig.ACKS_CONFIG));
    // 创建sender线程
    return new Sender(logContext,
                      client,
                      metadata,
                      this.accumulator,
                      maxInflightRequests == 1,
                      producerConfig.getInt(ProducerConfig.MAX_REQUEST_SIZE_CONFIG),
                      acks,
                      producerConfig.getInt(ProducerConfig.RETRIES_CONFIG),
                      metricsRegistry.senderMetrics,
                      time,
                      requestTimeoutMs,
                      producerConfig.getLong(ProducerConfig.RETRY_BACKOFF_MS_CONFIG),
                      this.transactionManager,
                      apiVersions);
}

发送数据到缓冲区

流程图

发送总体流程

点击自己编写的 CustomProducer.java 中的 send()方法。

kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","hello kafka"+i));

KafkaProducer.java

@Override
public Future<RecordMetadata> send(ProducerRecord<K, V> record, Callback callback) {
    // intercept the record, which can be potentially modified; this method does not throw exceptions
    // 拦截器相关操作
    ProducerRecord<K, V> interceptedRecord = this.interceptors.onSend(record);
    return doSend(interceptedRecord, callback);
}

点击 onSend()方法,进行拦截器相关处理。ProducerInterceptors.java

public ProducerRecord<K, V> onSend(ProducerRecord<K, V> record) {
    ProducerRecord<K, V> interceptRecord = record;
    // 拦截器处理发送的数据
    for (ProducerInterceptor<K, V> interceptor : this.interceptors) {
        try {
            // 拦截处理
            interceptRecord = interceptor.onSend(interceptRecord);
        } catch (Exception e) {
            // do not propagate interceptor exception, log and continue calling other interceptors
            // be careful not to throw exception from here
            if (record != null)
                log.warn("Error executing interceptor onSend callback for topic: {}, partition: {}", record.topic(), record.partition(), e);
            else
                log.warn("Error executing interceptor onSend callback", e);
        }
    }
    return interceptRecord;
}

从拦截器处理中返回,点击 doSend()方法。KafkaProducer.java

private Future<RecordMetadata> doSend(ProducerRecord<K, V> record, Callback callback) {
    TopicPartition tp = null;
    try {
        throwIfProducerClosed();
        // first make sure the metadata for the topic is available
        long nowMs = time.milliseconds();
        ClusterAndWaitTime clusterAndWaitTime;
        try {
            // 从 Kafka 拉取元数据。maxBlockTimeMs 表示最多能等待多长时间。
            clusterAndWaitTime = waitOnMetadata(record.topic(), record.partition(), nowMs, maxBlockTimeMs);
        } catch (KafkaException e) {
            if (metadata.isClosed())
                throw new KafkaException("Producer closed while send in progress", e);
            throw e;
        }
        nowMs += clusterAndWaitTime.waitedOnMetadataMs;
        // 剩余时间 = 最多能等待时间 - 用了多少时间;
        long remainingWaitMs = Math.max(0, maxBlockTimeMs - clusterAndWaitTime.waitedOnMetadataMs);
        // 更新集群元数据
        Cluster cluster = clusterAndWaitTime.cluster;
        // 序列化相关操作
        byte[] serializedKey;
        try {
            serializedKey = keySerializer.serialize(record.topic(), record.headers(), record.key());
        } catch (ClassCastException cce) {
            throw new SerializationException("Can't convert key of class " + record.key().getClass().getName() +
                                             " to class " + producerConfig.getClass(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG).getName() +
                                             " specified in key.serializer", cce);
        }
        byte[] serializedValue;
        try {
            serializedValue = valueSerializer.serialize(record.topic(), record.headers(), record.value());
        } catch (ClassCastException cce) {
            throw new SerializationException("Can't convert value of class " + record.value().getClass().getName() +
                                             " to class " + producerConfig.getClass(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG).getName() +
                                             " specified in value.serializer", cce);
        }
        // 分区操作
        int partition = partition(record, serializedKey, serializedValue, cluster);
        tp = new TopicPartition(record.topic(), partition);

        setReadOnly(record.headers());
        Header[] headers = record.headers().toArray();

        int serializedSize = AbstractRecords.estimateSizeInBytesUpperBound(apiVersions.maxUsableProduceMagic(),
                                                                           compressionType, serializedKey, serializedValue, headers);

        // 校验发送消息的大小是否超过最大值,默认是 1m(序列化后、压缩后的)
        ensureValidRecordSize(serializedSize);
        long timestamp = record.timestamp() == null ? nowMs : record.timestamp();
        if (log.isTraceEnabled()) {
            log.trace("Attempting to append record {} with callback {} to topic {} partition {}", record, callback, record.topic(), partition);
        }
        // producer callback will make sure to call both 'callback' and interceptor callback
        Callback interceptCallback = new InterceptorCallback<>(callback, this.interceptors, tp);

        // accumulator缓存,追加数据 ,result是是否添加成功后的结果
        RecordAccumulator.RecordAppendResult result = accumulator.append(tp, timestamp, serializedKey,
                                                                         serializedValue, headers, interceptCallback, remainingWaitMs, true, nowMs);

        if (result.abortForNewBatch) {
            int prevPartition = partition;
            partitioner.onNewBatch(record.topic(), cluster, prevPartition);
            partition = partition(record, serializedKey, serializedValue, cluster);
            tp = new TopicPartition(record.topic(), partition);
            if (log.isTraceEnabled()) {
                log.trace("Retrying append due to new batch creation for topic {} partition {}. The old partition was {}", record.topic(), partition, prevPartition);
            }
            // producer callback will make sure to call both 'callback' and interceptor callback
            interceptCallback = new InterceptorCallback<>(callback, this.interceptors, tp);

            result = accumulator.append(tp, timestamp, serializedKey,
                                        serializedValue, headers, interceptCallback, remainingWaitMs, false, nowMs);
        }

        if (transactionManager != null) {
            transactionManager.maybeAddPartition(tp);
        }
        // 批次大小已满了,获取一个新批次创建
        if (result.batchIsFull || result.newBatchCreated) {
            log.trace("Waking up the sender since topic {} partition {} is either full or getting a new batch", record.topic(), partition);
            // 唤醒发送线程
            this.sender.wakeup();
        }
        return result.future;
        // handling exceptions and record the errors;
        // for API exceptions return them in the future,
        // for other exceptions throw directly
    } catch (ApiException e) {
        ... ...
    }
}

分区选择

KafkaProducer.java,详解默认分区规则。

private int partition(ProducerRecord<K, V> record, byte[] serializedKey, byte[] serializedValue, Cluster cluster) {
    Integer partition = record.partition();

    // 如果指定分区,按照指定分区配置
    // 如果没有指定分区:没有指定key照粘性分区处理;如果有key,按照key的hashcode值对分区数求模

    if (partition != null) {
        return partition;
    }

    int customPartition = partitioner.partition(
        record.topic(), record.key(), serializedKey, record.value(), serializedValue, cluster);
    if (customPartition < 0) {
        throw new IllegalArgumentException(String.format(
            "The partitioner generated an invalid partition number: %d. Partition number should always be non-negative.", customPartition));
    }
    return customPartition;
}

点击 partition,跳转到 Partitioner 接口。选中 partition,点击 ctrl+ h,查找接口实现类。

int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster);

选择默认的分区器 DefaultPartitioner

public int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster,
                     int numPartitions) {
    // 没有指定key
    if (keyBytes == null) {
        // 按照粘性分区处理
        return stickyPartitionCache.partition(topic, cluster);
    }
    // 如果有key,按照key的hashcode值对分区数求模
    // hash the keyBytes to choose a partition
    return Utils.toPositive(Utils.murmur2(keyBytes)) % numPartitions;
}

发送消息大小检验

KafkaProducer.java详解缓冲区大小

private void ensureValidRecordSize(int size) {
    // 单条信息的最大值maxRequestSize是1M
    if (size > maxRequestSize)
        throw new RecordTooLargeException("The message is " + size +
                                          " bytes when serialized which is larger than " + maxRequestSize + ", which is the value of the " +
                                          ProducerConfig.MAX_REQUEST_SIZE_CONFIG + " configuration.");
    // totalMemorySize 默认是32M
    if (size > totalMemorySize)
        throw new RecordTooLargeException("The message is " + size +
                                          " bytes when serialized which is larger than the total memory buffer you have configured with the " +
                                          ProducerConfig.BUFFER_MEMORY_CONFIG +
                                          " configuration.");
}

内存池

KafkaProducer.java详解内存池。

public RecordAppendResult append(TopicPartition tp,
                                 long timestamp,
                                 byte[] key,
                                 byte[] value,
                                 Header[] headers,
                                 Callback callback,
                                 long maxTimeToBlock,
                                 boolean abortOnNewBatch,
                                 long nowMs) throws InterruptedException {
    // We keep track of the number of appending thread to make sure we do not miss batches in
    // abortIncompleteBatches().
    appendsInProgress.incrementAndGet();
    ByteBuffer buffer = null;
    if (headers == null) headers = Record.EMPTY_HEADERS;
    try {
        // check if we have an in-progress batch
        // 获取/创建一个队列(按照每个主题的分区,创建队列)
        Deque<ProducerBatch> dq = getOrCreateDeque(tp);
        synchronized (dq) {
            if (closed)
                throw new KafkaException("Producer closed while send in progress");
            // 尝试向队列里面添加数据(正常添加不成功)
            RecordAppendResult appendResult = tryAppend(timestamp, key, value, headers, callback, dq, nowMs);
            if (appendResult != null)
                return appendResult;
        }

        // we don't have an in-progress record batch try to allocate a new batch
        if (abortOnNewBatch) {
            // Return a result that will cause another call to append.
            return new RecordAppendResult(null, false, false, true);
        }

        byte maxUsableMagic = apiVersions.maxUsableProduceMagic();
        // 取批次大小(默认 16k)和消息大小的最大值(上限默认 1m)。这样设计的主要原因是有可能一条消息的大小大于批次大小。
        int size = Math.max(this.batchSize, AbstractRecords.estimateSizeInBytesUpperBound(maxUsableMagic, compression, key, value, headers));
        log.trace("Allocating a new {} byte message buffer for topic {} partition {} with remaining timeout {}ms", size, tp.topic(), tp.partition(), maxTimeToBlock);
        // 根据批次大小(默认 16k)和消息大小中最大值,分配内存
        buffer = free.allocate(size, maxTimeToBlock);

        // Update the current time in case the buffer allocation blocked above.
        nowMs = time.milliseconds();
        synchronized (dq) {
            // Need to check if producer is closed again after grabbing the dequeue lock.
            if (closed)
                throw new KafkaException("Producer closed while send in progress");
            // 尝试向队列里面添加数据(有内存,但是没有批次对象)
            RecordAppendResult appendResult = tryAppend(timestamp, key, value, headers, callback, dq, nowMs);
            if (appendResult != null) {
                // Somebody else found us a batch, return the one we waited for! Hopefully this doesn't happen often...
                return appendResult;
            }

            // 封装内存
            MemoryRecordsBuilder recordsBuilder = recordsBuilder(buffer, maxUsableMagic);
            // 根据内存大小封装批次(有内存、有批次对象)
            ProducerBatch batch = new ProducerBatch(tp, recordsBuilder, nowMs);
            // 尝试向队列里面添加数据
            FutureRecordMetadata future = Objects.requireNonNull(batch.tryAppend(timestamp, key, value, headers,
                                                                                 callback, nowMs));
            // 把新创建的批次放到队列末尾
            dq.addLast(batch);
            incomplete.add(batch);

            // Don't deallocate this buffer in the finally block as it's being used in the record batch
            buffer = null;
            return new RecordAppendResult(future, dq.size() > 1 || batch.isFull(), true, false);
        }
    } finally {
        if (buffer != null)
            free.deallocate(buffer);
        appendsInProgress.decrementAndGet();
    }
}

sender线程发送数据

KafkaProducer.java详解发送线程。doSend()方法

if (result.batchIsFull || result.newBatchCreated) {
    log.trace("Waking up the sender since topic {} partition {} is either full or getting a new batch", record.topic(), partition);
    // 唤醒发送线程
    this.sender.wakeup();
}

进入 sender 发送线程的 run()方法。

@Override
public void run() {
    log.debug("Starting Kafka producer I/O thread.");

    // main loop, runs until close is called
    while (running) {
        try {
            runOnce();
        } catch (Exception e) {
            log.error("Uncaught error in kafka producer I/O thread: ", e);
        }
    }
    ....
}
void runOnce() {
    ...
}

消费者源码

消费者组初始化流程

初始化

消费者初始化

程序入口

1)从用户自己编写的 main 方法开始阅读

public class CustomConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        // 0 配置
        Properties properties = new Properties();
        // 连接 bootstrap.servers
        properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.183.101:9092");

        // 反序列化     
        properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, 
                       StringDeserializer.class.getName());

        properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, 
                       StringDeserializer.class.getName());
        // 配置消费者组 id
        properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG,"test");
        // 手动提交
        properties.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG,false);
        // 1 创建一个消费者 "", "hello"
        KafkaConsumer<String, String> kafkaConsumer = new
            KafkaConsumer<>(properties);
        // 2 订阅主题 first
        ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
        topics.add("first");   
        kafkaConsumer.subscribe(topics);
        // 3 消费数据
        while (true){
            ConsumerRecords<String, String> consumerRecords = 

                kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
            for (ConsumerRecord<String, String> consumerRecord : consumerRecords) {
                System.out.println(consumerRecord);
            }
            // 手动提交 offset
            // kafkaConsumer.commitSync();
            kafkaConsumer.commitAsync();
        }
    }
}

消费者初始化

点击 main()方法中的 KafkaConsumer()。

KafkaConsumer(ConsumerConfig config, Deserializer<K> keyDeserializer, Deserializer<V> valueDeserializer) {
    try {
        // 消费者组平衡
        GroupRebalanceConfig groupRebalanceConfig = new GroupRebalanceConfig(config,
                                                                             GroupRebalanceConfig.ProtocolType.CONSUMER);
        // 获取消费者id
        this.groupId = Optional.ofNullable(groupRebalanceConfig.groupId);
        // 客户端id
        this.clientId = config.getString(CommonClientConfigs.CLIENT_ID_CONFIG);

        LogContext logContext;

        // If group.instance.id is set, we will append it to the log context.
        if (groupRebalanceConfig.groupInstanceId.isPresent()) {
            logContext = new LogContext("[Consumer instanceId=" + groupRebalanceConfig.groupInstanceId.get() +
                                        ", clientId=" + clientId + ", groupId=" + groupId.orElse("null") + "] ");
        } else {
            logContext = new LogContext("[Consumer clientId=" + clientId + ", groupId=" + groupId.orElse("null") + "] ");
        }

        this.log = logContext.logger(getClass());
        boolean enableAutoCommit = config.maybeOverrideEnableAutoCommit();
        groupId.ifPresent(groupIdStr -> {
            if (groupIdStr.isEmpty()) {
                log.warn("Support for using the empty group id by consumers is deprecated and will be removed in the next major release.");
            }
        });

        log.debug("Initializing the Kafka consumer");
        // 客户端请求服务端的请求等待时间,默认是30s
        this.requestTimeoutMs = config.getInt(ConsumerConfig.REQUEST_TIMEOUT_MS_CONFIG);
        this.defaultApiTimeoutMs = config.getInt(ConsumerConfig.DEFAULT_API_TIMEOUT_MS_CONFIG);
        this.time = Time.SYSTEM;
        this.metrics = buildMetrics(config, time, clientId);
        // 重试时间,默认是100ms
        this.retryBackoffMs = config.getLong(ConsumerConfig.RETRY_BACKOFF_MS_CONFIG);

        // 拦截器相关处理
        List<ConsumerInterceptor<K, V>> interceptorList = (List) config.getConfiguredInstances(
            ConsumerConfig.INTERCEPTOR_CLASSES_CONFIG,
            ConsumerInterceptor.class,
            Collections.singletonMap(ConsumerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId));
        this.interceptors = new ConsumerInterceptors<>(interceptorList);
        // 反序列化相关操作
        if (keyDeserializer == null) {
            this.keyDeserializer = config.getConfiguredInstance(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, Deserializer.class);
            this.keyDeserializer.configure(config.originals(Collections.singletonMap(ConsumerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId)), true);
        } else {
            config.ignore(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG);
            this.keyDeserializer = keyDeserializer;
        }
        if (valueDeserializer == null) {
            this.valueDeserializer = config.getConfiguredInstance(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, Deserializer.class);
            this.valueDeserializer.configure(config.originals(Collections.singletonMap(ConsumerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId)), false);
        } else {
            config.ignore(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG);
            this.valueDeserializer = valueDeserializer;
        }
        // offset从什么位置开始消费,默认 lastest
        OffsetResetStrategy offsetResetStrategy = OffsetResetStrategy.valueOf(config.getString(ConsumerConfig.AUTO_OFFSET_RESET_CONFIG).toUpperCase(Locale.ROOT));
        this.subscriptions = new SubscriptionState(logContext, offsetResetStrategy);
        ClusterResourceListeners clusterResourceListeners = configureClusterResourceListeners(keyDeserializer,
                                                                                              valueDeserializer, metrics.reporters(), interceptorList);
        // 元数据
        this.metadata = new ConsumerMetadata(retryBackoffMs, // 重试时间
                                             config.getLong(ConsumerConfig.METADATA_MAX_AGE_CONFIG),
                                             !config.getBoolean(ConsumerConfig.EXCLUDE_INTERNAL_TOPICS_CONFIG),// 是否允许访问系统主题,默认是true,表示不允许
                                             config.getBoolean(ConsumerConfig.ALLOW_AUTO_CREATE_TOPICS_CONFIG),// 是否允许自动创建主题,默认是true,表示允许
                                             subscriptions, logContext, clusterResourceListeners);
        // 连接kafka集群
        List<InetSocketAddress> addresses = ClientUtils.parseAndValidateAddresses(
            config.getList(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG), config.getString(ConsumerConfig.CLIENT_DNS_LOOKUP_CONFIG));
        this.metadata.bootstrap(addresses);
        String metricGrpPrefix = "consumer";

        FetcherMetricsRegistry metricsRegistry = new FetcherMetricsRegistry(Collections.singleton(CLIENT_ID_METRIC_TAG), metricGrpPrefix);
        ChannelBuilder channelBuilder = ClientUtils.createChannelBuilder(config, time, logContext);
        this.isolationLevel = IsolationLevel.valueOf(
            config.getString(ConsumerConfig.ISOLATION_LEVEL_CONFIG).toUpperCase(Locale.ROOT));
        Sensor throttleTimeSensor = Fetcher.throttleTimeSensor(metrics, metricsRegistry);
        int heartbeatIntervalMs = config.getInt(ConsumerConfig.HEARTBEAT_INTERVAL_MS_CONFIG);

        ApiVersions apiVersions = new ApiVersions();
        // 创建客户端对象
        NetworkClient netClient = new NetworkClient(
            new Selector(config.getLong(ConsumerConfig.CONNECTIONS_MAX_IDLE_MS_CONFIG), metrics, time, metricGrpPrefix, channelBuilder, logContext),
            this.metadata,
            clientId,
            100, // a fixed large enough value will suffice for max in-flight requests
            config.getLong(ConsumerConfig.RECONNECT_BACKOFF_MS_CONFIG),//连接重试时间,默认是50ms
            config.getLong(ConsumerConfig.RECONNECT_BACKOFF_MAX_MS_CONFIG),// 最大连接重试时间,默认是1s
            config.getInt(ConsumerConfig.SEND_BUFFER_CONFIG), // 发送缓存,默认是128kb
            config.getInt(ConsumerConfig.RECEIVE_BUFFER_CONFIG),// 接收缓存,默认是64kb
            config.getInt(ConsumerConfig.REQUEST_TIMEOUT_MS_CONFIG),  // 客户端请求服务端的请求等待时间,默认是30s
            config.getLong(ConsumerConfig.SOCKET_CONNECTION_SETUP_TIMEOUT_MS_CONFIG),
            config.getLong(ConsumerConfig.SOCKET_CONNECTION_SETUP_TIMEOUT_MAX_MS_CONFIG),
            time,
            true,
            apiVersions,
            throttleTimeSensor,
            logContext);
        this.client = new ConsumerNetworkClient(
            logContext,
            netClient,
            metadata,
            time,
            retryBackoffMs,
            config.getInt(ConsumerConfig.REQUEST_TIMEOUT_MS_CONFIG),
            heartbeatIntervalMs); //Will avoid blocking an extended period of time to prevent heartbeat thread starvation

        this.assignors = ConsumerPartitionAssignor.getAssignorInstances(
            config.getList(ConsumerConfig.PARTITION_ASSIGNMENT_STRATEGY_CONFIG),
            config.originals(Collections.singletonMap(ConsumerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, clientId))
        );

        // no coordinator will be constructed for the default (null) group id
        // 创建消费者协调器
        // 自动提交 Offset 时间间隔,默认 5s
        this.coordinator = !groupId.isPresent() ? null :
        new ConsumerCoordinator(groupRebalanceConfig,
                                logContext,
                                this.client,
                                assignors,
                                this.metadata,
                                this.subscriptions,
                                metrics,
                                metricGrpPrefix,
                                this.time,
                                enableAutoCommit,
                                config.getInt(ConsumerConfig.AUTO_COMMIT_INTERVAL_MS_CONFIG),
                                this.interceptors,
                                config.getBoolean(ConsumerConfig.THROW_ON_FETCH_STABLE_OFFSET_UNSUPPORTED));
        // 一次抓取最小值,默认 1 个字节
        // 一次抓取最大值,默认 50m
        // 一次抓取最大等待时间,默认 500ms
        // 每个分区抓取的最大字节数,默认 1m
        // 一次 poll 拉取数据返回消息的最大条数,默认是 500 条。
        // key 和 value 的反序列化
        this.fetcher = new Fetcher<>(
            logContext,
            this.client,
            config.getInt(ConsumerConfig.FETCH_MIN_BYTES_CONFIG),
            config.getInt(ConsumerConfig.FETCH_MAX_BYTES_CONFIG),
            config.getInt(ConsumerConfig.FETCH_MAX_WAIT_MS_CONFIG),
            config.getInt(ConsumerConfig.MAX_PARTITION_FETCH_BYTES_CONFIG),
            config.getInt(ConsumerConfig.MAX_POLL_RECORDS_CONFIG),
            config.getBoolean(ConsumerConfig.CHECK_CRCS_CONFIG),
            config.getString(ConsumerConfig.CLIENT_RACK_CONFIG),
            this.keyDeserializer,
            this.valueDeserializer,
            this.metadata,
            this.subscriptions,
            metrics,
            metricsRegistry,
            this.time,
            this.retryBackoffMs,
            this.requestTimeoutMs,
            isolationLevel,
            apiVersions);

        this.kafkaConsumerMetrics = new KafkaConsumerMetrics(metrics, metricGrpPrefix);

        config.logUnused();
        AppInfoParser.registerAppInfo(JMX_PREFIX, clientId, metrics, time.milliseconds());
        log.debug("Kafka consumer initialized");
    } catch (Throwable t) {
        // call close methods if internal objects are already constructed; this is to prevent resource leak. see KAFKA-2121
        // we do not need to call `close` at all when `log` is null, which means no internal objects were initialized.
        if (this.log != null) {
            close(0, true);
        }
        // now propagate the exception
        throw new KafkaException("Failed to construct kafka consumer", t);
    }
}

消费者订阅主题

订阅流程

点击自己编写的 CustomConsumer.java 中的 subscribe ()方法。

// 2 订阅主题 first
ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
topics.add("first");
kafkaConsumer.subscribe(topics);

KafkaConsumer.java

@Override
public void subscribe(Collection<String> topics, ConsumerRebalanceListener listener) {
    acquireAndEnsureOpen();
    try {
        maybeThrowInvalidGroupIdException();
        // 如果订阅的主题为null,直接抛异常
        if (topics == null)
            throw new IllegalArgumentException("Topic collection to subscribe to cannot be null");
        // 如果订阅的主题,里面没有数据
        if (topics.isEmpty()) {
            // treat subscribing to empty topic list as the same as unsubscribing
            this.unsubscribe();
        } else {
            // 正常的处理操作
            for (String topic : topics) {
                if (Utils.isBlank(topic))
                    throw new IllegalArgumentException("Topic collection to subscribe to cannot contain null or empty topic");
            }

            throwIfNoAssignorsConfigured();
            // 清空订阅异常主题的缓存数据
            fetcher.clearBufferedDataForUnassignedTopics(topics);
            log.info("Subscribed to topic(s): {}", Utils.join(topics, ", "));
            // 订阅主题(判断是否需要更改订阅主题,如果需要更改主题,则更新元数据信息)
            if (this.subscriptions.subscribe(new HashSet<>(topics), listener))
                // 如果订阅的和以前不一致,需要更新元数据信息
                metadata.requestUpdateForNewTopics();
        }
    } finally {
        release();
    }
}


public synchronized boolean subscribe(Set<String> topics, ConsumerRebalanceListener listener) {
    // 注册负载均衡监听(例如消费者组中,其他消费者退出触发再平衡)
    registerRebalanceListener(listener);
    // 按照设置的主题开始订阅,自动分配分区
    setSubscriptionType(SubscriptionType.AUTO_TOPICS);
    // 修改订阅主题信息
    return changeSubscription(topics);
}
private boolean changeSubscription(Set<String> topicsToSubscribe) {
    // 如果订阅的主题和以前订阅的一致,就不需要修改订阅信息。如果不一致,就需要修改。
    if (subscription.equals(topicsToSubscribe))
        return false;

    subscription = topicsToSubscribe;
    return true;
}
// 如果订阅的和以前不一致,需要更新元数据信息
public synchronized int requestUpdateForNewTopics() {
    // Override the timestamp of last refresh to let immediate update.
    this.lastRefreshMs = 0;
    this.needPartialUpdate = true;
    this.requestVersion++;
    return this.updateVersion;
}

消费者拉取和处理数据

数据处理流程

消费总体流程

点击自己编写的 CustomConsumer.java 中的 poll ()方法。

// 3 消费数据
while (true){
    ConsumerRecords<String, String> consumerRecords = 
        kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
    for (ConsumerRecord<String, String> consumerRecord : 
         consumerRecords) {
        System.out.println(consumerRecord);
    } 
}

KafkaConsumer.java

private ConsumerRecords<K, V> poll(final Timer timer, final boolean includeMetadataInTimeout) {
    acquireAndEnsureOpen();
    try {
        this.kafkaConsumerMetrics.recordPollStart(timer.currentTimeMs());

        if (this.subscriptions.hasNoSubscriptionOrUserAssignment()) {
            throw new IllegalStateException("Consumer is not subscribed to any topics or assigned any partitions");
        }

        do {
            client.maybeTriggerWakeup();

            if (includeMetadataInTimeout) {
                // 消费者或者消费者组初始化
                // try to update assignment metadata BUT do not need to block on the timer for join group
                updateAssignmentMetadataIfNeeded(timer, false);
            } else {
                while (!updateAssignmentMetadataIfNeeded(time.timer(Long.MAX_VALUE), true)) {
                    log.warn("Still waiting for metadata");
                }
            }
            // 2. 抓取数据
            final Fetch<K, V> fetch = pollForFetches(timer);
            if (!fetch.isEmpty()) {
                // before returning the fetched records, we can send off the next round of fetches
                // and avoid block waiting for their responses to enable pipelining while the user
                // is handling the fetched records.
                //
                // NOTE: since the consumed position has already been updated, we must not allow
                // wakeups or any other errors to be triggered prior to returning the fetched records.
                if (fetcher.sendFetches() > 0 || client.hasPendingRequests()) {
                    client.transmitSends();
                }

                if (fetch.records().isEmpty()) {
                    log.trace("Returning empty records from `poll()` "
                              + "since the consumer's position has advanced for at least one topic partition");
                }
                // 拦截器处理数据
                return this.interceptors.onConsume(new ConsumerRecords<>(fetch.records()));
            }
        } while (timer.notExpired());

        return ConsumerRecords.empty();
    } finally {
        release();
        this.kafkaConsumerMetrics.recordPollEnd(timer.currentTimeMs());
    }
}

消费者Offset提交

服务器源码

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