Kafka，难吗？反正我写了两万字才讲清楚。。。

大家好，我是D哥

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作者：erainm来源：blog.csdn.net/eraining/article/details/115860664

# 为什么有消息系统

1、解耦合

2、异步处理

例如电商平台，秒杀活动。

一般流程会分为：

1. 风险控制
2. 库存锁定
3. 生成订单
4. 短信通知
5. 更新数据

通过消息系统将秒杀活动业务拆分开，将不急需处理的业务放在后面慢慢处理；

流程改为：

1. 风险控制
2. 库存锁定
3. 消息系统
4. 生成订单
5. 短信通知
6. 更新数据

3、流量的控制

• 优点：控制了流量
• 缺点：会让流程变慢

# Kafka核心概念

• 生产者：Producer 往Kafka集群生成数据
• 消费者：Consumer 往Kafka里面去获取数据，处理数据、消费数据

Kafka的数据是由消费者自己去拉去Kafka里面的数据

• 主题：topic
• 分区：partition

默认一个topic有一个分区（partition），自己可设置多个分区（分区分散存储在服务器不同节点上）

解决了一个海量数据如何存储的问题

例如：有2T的数据，一台服务器有1T，一个topic可以分多个区，分别存储在多台服务器上，解决海量数据存储问题

# Kafka的集群架构

Kafka集群中，一个kafka服务器就是一个broker，Topic只是逻辑上的概念，partition在磁盘上就体现为一个目录。

Consumer Group：消费组，消费数据的时候，都必须指定一个group id，指定一个组的id

假定程序A和程序B指定的group id号一样，那么两个程序就属于同一个消费组

特殊：

• 比如，有一个主题topicA， 程序A去消费了这个topicA，那么程序B就不能再去消费topicA（程序A和程序B属于一个消费组）
• 再比如程序A已经消费了topicA里面的数据，现在还是重新再次消费topicA的数据，是不可以的，但是重新指定一个group id号以后，可以消费。

不同消费组之间没有影响。消费组需自定义，消费者名称程序自动生成（独一无二）。

Controller：Kafka节点里面的一个主节点。借助zookeeper

# Kafka磁盘顺序写保证写数据性能

kafka写数据：

顺序写，往磁盘上写数据时，就是追加数据，没有随机写的操作。

经验：

如果一个服务器磁盘达到一定的个数，磁盘也达到一定转数，往磁盘里面顺序写（追加写）数据的速度和写内存的速度差不多。

生产者生产消息，经过kafka服务先写到os cache 内存中，然后经过sync顺序写到磁盘上

# Kafka零拷贝机制保证读数据高性能

消费者读取数据流程：

1. 消费者发送请求给kafka服务
2. kafka服务去os cache缓存读取数据（缓存没有就去磁盘读取数据）
3. 从磁盘读取了数据到os cache缓存中
4. os cache复制数据到kafka应用程序中
5. kafka将数据（复制）发送到socket cache中
6. socket cache通过网卡传输给消费者

kafka linux sendfile技术 — 零拷贝

1. 消费者发送请求给kafka服务
2. kafka服务去os cache缓存读取数据（缓存没有就去磁盘读取数据）
3. 从磁盘读取了数据到os cache缓存中
4. os cache直接将数据发送给网卡
5. 通过网卡将数据传输给消费者

# Kafka日志分段保存

Kafka中一个主题，一般会设置分区；比如创建了一个topic_a，然后创建的时候指定了这个主题有三个分区。

其实在三台服务器上，会创建三个目录。

服务器1（kafka1）：

• 创建目录topic_a-0:
• 目录下面是我们文件（存储数据），kafka数据就是message，数据存储在log文件里
• .log结尾的就是日志文件，在kafka中把数据文件就叫做日志文件。

一个分区下面默认有n多个日志文件（分段存储），一个日志文件默认1G

服务器2（kafka2）：

• 创建目录topic_a-1:

服务器3（kafka3）：

• 创建目录topic_a-2:

# Kafka二分查找定位数据

Kafka里面每一条消息，都有自己的offset（相对偏移量），存在物理磁盘上面，在position

Position：物理位置（磁盘上面那个地方）

也就是说一条消息就有两个位置：

• offset：相对偏移量（相对位置）
• position：磁盘物理位置

稀疏索引：

• Kafka中采用了稀疏索引的方式读取索引，kafka每当写入了4k大小的日志（.log），就往index里写入一个记录索引。

其中会采用二分查找

# 高并发网络设计（先了解NIO）

网络设计部分是kafka中设计最好的一个部分，这也是保证Kafka高并发、高性能的原因

对kafka进行调优，就得对kafka原理比较了解，尤其是网络设计部分

Reactor网络设计模式1：

Reactor网络设计模式2：

Reactor网络设计模式3：

Kafka超高并发网络设计：

# Kafka冗余副本保证高可用

leader partition：

• 写数据、读数据操作都是从leader partition去操作的。
• 会维护一个ISR（in-sync- replica ）列表，但是会根据一定的规则删除ISR列表里面的值

生产者发送来一个消息，消息首先要写入到leader partition中

写完了以后，还要把消息写入到ISR列表里面的其它分区，写完后才算这个消息提交

follower partition：从leader partition同步数据。

# 优秀架构思考-总结

Kafka — 高并发、高可用、高性能

• 高可用：多副本机制
• 高并发：网络架构设计 三层架构：多selector -> 多线程 -> 队列的设计（NIO）
• 高性能：

写数据：

1. 把数据先写入到OS Cache
2. 写到磁盘上面是顺序写，性能很高

读数据：

1. 根据稀疏索引，快速定位到要消费的数据
2. 零拷贝机制

• 减少数据的拷贝
• 减少了应用程序与操作系统上下文切换

# Kafka生产环境搭建

需求场景分析

电商平台，需要每天10亿请求都要发送到Kafka集群上面。二八反正，一般评估出来问题都不大。

10亿请求 -> 24 过来的，一般情况下，每天的12:00 到早上8:00 这段时间其实是没有多大的数据量的。80%的请求是用的另外16小时的处理的。16个小时处理 -> 8亿的请求。16 * 0.2 = 3个小时 处理了8亿请求的80%的数据

也就是说6亿的数据是靠3个小时处理完的。我们简单的算一下高峰期时候的qps

6亿/3小时 =5.5万/s qps=5.5万

10亿请求 * 50kb = 46T 每天需要存储46T的数据

一般情况下，我们都会设置两个副本 46T * 2 = 92T，Kafka里面的数据是有保留的时间周期，保留最近3天的数据。

92T * 3天 = 276T

我这儿说的是50kb不是说一条消息就是50kb不是（把日志合并了，多条日志合并在一起），通常情况下，一条消息就几b，也有可能就是几百字节。

物理机数量评估

1）首先分析一下是需要虚拟机还是物理机

像Kafka mysql hadoop这些集群搭建的时候，我们生产里面都是使用物理机。

2）高峰期需要处理的请求总的请求每秒5.5万个，其实一两台物理机绝对是可以抗住的。一般情况下，我们评估机器的时候，是按照高峰期的4倍的去评估。

如果是4倍的话，大概我们集群的能力要准备到 20万qps。这样子的集群才是比较安全的集群。大概就需要5台物理机。每台承受4万请求。

场景总结：

• 搞定10亿请求，高峰期5.5万的qps,276T的数据，需要5台物理机。

# 磁盘选择

搞定10亿请求，高峰期5.5万的qps,276T的数据，需要5台物理机。

1）SSD固态硬盘，还是需要普通的机械硬盘

• SSD硬盘：性能比较好，但是价格贵
• SAS盘：某方面性能不是很好，但是比较便宜。

SSD硬盘性能比较好，指的是它随机读写的性能比较好。适合MySQL这样集群。

但是其实他的顺序写的性能跟SAS盘差不多。

kafka的理解：就是用的顺序写。所以我们就用普通的【机械硬盘】就可以了。

2）需要我们评估每台服务器需要多少块磁盘

5台服务器，一共需要276T ，大约每台服务器 需要存储60T的数据。我们公司里面服务器的配置用的是 11块硬盘，每个硬盘 7T。11 * 7T = 77T

77T * 5 台服务器 = 385T

场景总结：

• 搞定10亿请求，需要5台物理机，11（SAS） * 7T

内存评估 搞定10亿请求，需要5台物理机，11（SAS） * 7T

我们发现kafka读写数据的流程 都是基于os cache,换句话说假设咱们的os cashe无限大那么整个kafka是不是相当于就是基于内存去操作，如果是基于内存去操作，性能肯定很好。内存是有限的。

• 尽可能多的内存资源要给 os cache
• Kafka的代码用 核心的代码用的是scala写的，客户端的代码java写的。都是基于jvm。所以我们还要给一部分的内存给jvm。

Kafka的设计，没有把很多数据结构都放在jvm里面。所以我们的这个jvm不需要太大的内存。根据经验，给个10G就可以了。

NameNode:jvm里面还放了元数据（几十G），JVM一定要给得很大。比如给个100G。

假设我们这个10请求的这个项目，一共会有100个topic。100 topic * 5 partition * 2 = 1000 partition

一个partition其实就是物理机上面的一个目录，这个目录下面会有很多个.log的文件。

• .log就是存储数据文件，默认情况下一个.log文件的大小是1G。

我们如果要保证 1000个partition 的最新的.log 文件的数据 如果都在内存里面，这个时候性能就是最好。1000 * 1G = 1000G内存.

我们只需要把当前最新的这个log 保证里面的25%的最新的数据在内存里面。250M * 1000 = 0.25 G* 1000 =250G的内存。

• 250内存 / 5 = 50G内存
• 50G+10G = 60G内存

64G的内存，另外的4G，操作系统本生是不是也需要内存。其实Kafka的jvm也可以不用给到10G这么多。评估出来64G是可以的。当然如果能给到128G的内存的服务器，那就最好。

我刚刚评估的时候用的都是一个topic是5个partition，但是如果是数据量比较大的topic，可能会有10个partition。

总结：

• 搞定10亿请求，需要5台物理机，11（SAS） * 7T ，需要64G的内存（128G更好）

CPU压力评估

评估一下每台服务器需要多少cpu core(资源很有限)

我们评估需要多少个cpu ，依据就是看我们的服务里面有多少线程去跑。线程就是依托cpu 去运行的。如果我们的线程比较多，但是cpu core比较少，这样的话，我们的机器负载就会很高，性能不就不好。

评估一下，kafka的一台服务器 启动以后会有多少线程？

• Acceptor线程 1
• processor线程 3 6~9个线程
• 处理请求线程 8个 32个线程
• 定时清理的线程，拉取数据的线程，定时检查ISR列表的机制 等等。

所以大概一个Kafka的服务启动起来以后，会有一百多个线程。

• cpu core = 4个，一遍来说，几十个线程，就肯定把cpu 打满了。
• cpu core = 8个，应该很轻松的能支持几十个线程。

如果我们的线程是100多个，或者差不多200个，那么8 个 cpu core是搞不定的。

所以我们这儿建议：

• CPU core = 16个。如果可以的话，能有32个cpu core 那就最好。

结论：

• kafka集群，最低也要给16个cpu core，如果能给到32 cpu core那就更好。
• 2cpu * 8 =16 cpu core
• 4cpu * 8 = 32 cpu core

总结：

• 搞定10亿请求，需要5台物理机， 11（SAS） * 7T ，需要64G的内存（128G更好），需要16个cpu core（32个更好）

网络需求评估

评估我们需要什么样网卡？

一般要么是千兆的网卡（1G/s），还有的就是万兆的网卡（10G/s）

高峰期的时候 每秒会有5.5万的请求涌入，5.5/5 = 大约是每台服务器会有1万个请求涌入。我们之前说的，10000 * 50kb = 488M  也就是每条服务器，每秒要接受488M的数据。数据还要有副本，副本之间的同步，也是走的网络的请求。488 * 2 = 976m/s

说明一下：

• 很多公司的数据，一个请求里面是没有50kb这么大的，我们公司是因为主机在生产端封装了数据，然后把多条数据合并在一起了，所以我们的一个请求才会有这么大。
• 一般情况下，网卡的带宽是达不到极限的，如果是千兆的网卡，我们能用的一般就是700M左右。但是如果最好的情况，我们还是使用万兆的网卡。
• 如果使用的是万兆的，那就是很轻松。

集群规划

• 请求量
• 规划物理机的个数
• 分析磁盘的个数，选择使用什么样的磁盘
• 内存
• cpu core
• 网卡

就是告诉大家，以后要是公司里面有什么需求，进行资源的评估，服务器的评估，大家按照我的思路去评估。

一条消息的大小 50kb -> 1kb 500byte 1M

ip 主机名

• 192.168.0.100 hadoop1
• 192.168.0.101 hadoop2
• 192.168.0.102 hadoop3

主机的规划：kafka集群架构的时候：主从式的架构：

• controller -> 通过zk集群来管理整个集群的元数据。

zookeeper集群

• hadoop1
• hadoop2
• hadoop3

kafka集群

• 理论上来讲，我们不应该把kafka的服务于zk的服务安装在一起。
• 但是我们这儿服务器有限。所以我们kafka集群也是安装在hadoop1 haadoop2 hadoop3

zookeeper集群搭建

核心参数详解

集群压力测试

# kafka运维

常见运维工具介绍

KafkaManager — 页面管理工具

常见运维命令

场景一：topic数据量太大，要增加topic数

一开始创建主题的时候，数据量不大，给的分区数不多。

kafka-topics.sh --create --zookeeper hadoop1:2181,hadoop2:2181,hadoop3:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic test6
kafka-topics.sh --alter --zookeeper hadoop1:2181,hadoop2:2181,hadoop3:2181 --partitions 3 --topic test6

broker id：

• hadoop1:0
• hadoop2:1
• hadoop3:2

假设一个partition有三个副本：partition0：

a,b,c

• a：leader partition
• b，c:follower partition

ISR:{a,b,c}

如果一个follower分区 超过10秒 没有向leader partition去拉取数据，那么这个分区就从ISR列表里面移除。

场景二：核心topic增加副本因子

如果对核心业务数据需要增加副本因子

vim test.json脚本，将下面一行json脚本保存

{“version”:1,“partitions”:[{“topic”:“test6”,“partition”:0,“replicas”:[0,1,2]},{“topic”:“test6”,“partition”:1,“replicas”:[0,1,2]},{“topic”:“test6”,“partition”:2,“replicas”:[0,1,2]}]}

执行上面json脚本：

kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper hadoop1:2181,hadoop2:2181,hadoop3:2181 --reassignment-json-file test.json --execute

场景三：负载不均衡的topic，手动迁移

vi topics-to-move.json

{“topics”: [{“topic”: “test01”}, {“topic”: “test02”}], “version”: 1} // 把你所有的topic都写在这里
kafka-reassgin-partitions.sh --zookeeper hadoop1:2181,hadoop2:2181,hadoop3:2181 --topics-to-move-json-file topics-to-move.json --broker-list “5,6” --generate// 把你所有的包括新加入的broker机器都写在这里，就会说是把所有的partition均匀的分散在各个broker上，包括新进来的broker

此时会生成一个迁移方案，可以保存到一个文件里去：expand-cluster-reassignment.json

kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper hadoop01:2181,hadoop02:2181,hadoop03:2181 --reassignment-json-file expand-cluster-reassignment.json --execute
kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper hadoop01:2181,hadoop02:2181,hadoop03:2181 --reassignment-json-file expand-cluster-reassignment.json --verify

这种数据迁移操作一定要在晚上低峰的时候来做，因为他会在机器之间迁移数据，非常的占用带宽资源

• generate: 根据给予的Topic列表和Broker列表生成迁移计划。generate并不会真正进行消息迁移，而是将消息迁移计划计算出来，供execute命令使用。
• execute: 根据给予的消息迁移计划进行迁移。
• verify: 检查消息是否已经迁移完成。

场景四：如果某个broker leader partition过多

正常情况下，我们的leader partition在服务器之间是负载均衡。

• hadoop1 4
• hadoop2 1
• hadoop3 1

现在各个业务方可以自行申请创建topic，分区数量都是自动分配和后续动态调整的，kafka本身会自动把leader partition均匀分散在各个机器上，这样可以保证每台机器的读写吞吐量都是均匀的。

但是也有例外，那就是如果某些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folloer partition，读写请求很低。

造成集群负载不均衡有一个参数，auto.leader.rebalance.enable，默认是true，每隔300秒（leader.imbalance.check.interval.seconds）检查leader负载是否平衡

如果一台broker上的不均衡的leader超过了10%，leader.imbalance.per.broker.percentage，就会对这个broker进行选举。

配置参数：

• auto.leader.rebalance.enable 默认是true
• leader.imbalance.per.broker.percentage: 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。这个值表示百分比。10%
• leader.imbalance.check.interval.seconds：默认值300秒

# Kafka生产者

消费者发送消息原理

消费者发送消息原理—基础案例演示

如何提升吞吐量

如何提升吞吐量：参数一：buffer.memory：

设置发送消息的缓冲区，默认值是33554432，就是32MB

参数二：compression.type：

默认是none，不压缩，但是也可以使用lz4压缩，效率还是不错的，压缩之后可以减小数据量，提升吞吐量，但是会加大producer端的cpu开销

参数三：batch.size：

• 设置batch的大小，如果batch太小，会导致频繁网络请求，吞吐量下降；
• 如果batch太大，会导致一条消息需要等待很久才能被发送出去，而且会让内存缓冲区有很大压力，过多数据缓冲在内存里，默认值是：16384，就是16kb，也就是一个batch满了16kb就发送出去，一般在实际生产环境，这个batch的值可以增大一些来提升吞吐量，如果一个批次设置大了，会有延迟。一般根据一条消息大小来设置。
• 如果我们消息比较少。配合使用的参数linger.ms，这个值默认是0，意思就是消息必须立即被发送，但是这是不对的，一般设置一个100毫秒之类的，这样的话就是说，这个消息被发送出去后进入一个batch，如果100毫秒内，这个batch满了16kb，自然就会发送出去。

如何处理异常

1、LeaderNotAvailableException：

这个就是如果某台机器挂了，此时leader副本不可用，会导致你写入失败，要等待其他follower副本切换为leader副本之后，才能继续写入，此时可以重试发送即可；如果说你平时重启kafka的broker进程，肯定会导致leader切换，一定会导致你写入报错，是LeaderNotAvailableException。

2、NotControllerException：

这个也是同理，如果说Controller所在Broker挂了，那么此时会有问题，需要等待Controller重新选举，此时也是一样就是重试即可。

3、NetworkException：网络异常 timeout

• 配置retries参数，他会自动重试的
• 但是如果重试几次之后还是不行，就会提供Exception给我们来处理了,我们获取到异常以后，再对这个消息进行单独处理。我们会有备用的链路。发送不成功的消息发送到Redis或者写到文件系统中，甚至是丢弃。

重试机制

重试会带来一些问题：

消息重复

有的时候一些leader切换之类的问题，需要进行重试，设置retries即可，但是消息重试会导致,重复发送的问题，比如说网络抖动一下导致他以为没成功，就重试了，其实人家都成功了。

消息乱序消息重试是可能导致消息的乱序的，因为可能排在你后面的消息都发送出去了。所以可以使用" max.in.flight.requests.per.connection"参数设置为1，这样可以保证producer同一时间只能发送一条消息。

两次重试的间隔默认是100毫秒，用"retry.backoff.ms"来进行设置，基本上在开发过程中，靠重试机制基本就可以搞定95%的异常问题。

ACK参数详解

producer端

request.required.acks=0；

• 只要请求已发送出去，就算是发送完了，不关心有没有写成功。
• 性能很好，如果是对一些日志进行分析，可以承受丢数据的情况，用这个参数，性能会很好。

request.required.acks=1；

• 发送一条消息，当leader partition写入成功以后，才算写入成功。
• 不过这种方式也有丢数据的可能。

request.required.acks=-1；

• 需要ISR列表里面，所有副本都写完以后，这条消息才算写入成功。
• ISR：1个副本。1 leader partition 1 follower partition

kafka服务端：

min.insync.replicas：1

如果我们不设置的话，默认这个值是1，一个leader partition会维护一个ISR列表，这个值就是限制ISR列表里面，至少得有几个副本，比如这个值是2，那么当ISR列表里面只有一个副本的时候。往这个分区插入数据的时候会报错。

设计一个不丢数据的方案：

• 分区副本 >=2
• acks = -1
• min.insync.replicas >=2

还有可能就是发送有异常：对异常进行处理

自定义分区

分区：

• 没有设置key

我们的消息就会被轮训的发送到不同的分区。

• 设置了key

kafka自带的分区器，会根据key计算出来一个hash值，这个hash值会对应某一个分区。

如果key相同的，那么hash值必然相同，key相同的值，必然是会被发送到同一个分区。

但是有些比较特殊的时候，我们就需要自定义分区

public class HotDataPartitioner implements Partitioner {private Random random;@Overridepublic void configure(Map<String, ?> configs) {random = new Random();}@Overridepublic int partition(String topic, Object keyObj, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {String key = (String)keyObj;List partitionInfoList = cluster.availablePartitionsForTopic(topic);//获取到分区的个数 0,1，2int partitionCount = partitionInfoList.size();//最后一个分区int hotDataPartition = partitionCount - 1;return !key.contains(“hot_data”) ? random.nextInt(partitionCount - 1) : hotDataPartition;}}

如何使用：

配置上这个类即可：props.put(”partitioner.class”, “com.zhss.HotDataPartitioner”);

综合案例演示

需求分析：

电商背景 -》 二手的电商平台

【欢乐送】的项目，用户购买了东西以后会有【星星】，用星星去换物品。一块钱一个星星。

订单系统（消息的生产），发送一条消息（支付订单，取消订单） -> Kafka <- 会员系统，从kafak里面去消费数据，找到对应用户消费的金额，然后给该用户更新星星的数量。

分析一下：

发送消息的时候，可以指定key，也可以不指定key。

1)如果不指定key

• zhangsan ->下订单 -> 100 -> +100
• zhangsan -> 取消订单 -> -100 -> -100
• 会员系统消费数据的时候，有可能先消费到的是 取消订单的数据。

2)如果指定key,key -> hash（数字） -> 对应分区号 -> 发送到对应的分区里面。

• 如果key相同的 -> 数据肯定会被发送到同一个分区（有序的）

这个项目需要指定key，把用户的id指定为key.

# Kafka消费者

消费组概念

groupid相同就属于同一个消费组

1）每个consumer都要属于一个consumer.group，就是一个消费组，topic的一个分区只会分配给一个消费组下的一个consumer来处理，每个consumer可能会分配多个分区，也有可能某个consumer没有分配到任何分区。

2）如果想要实现一个广播的效果，那只需要使用不同的group id去消费就可以。

topicA:

• partition0、partition1

groupA：

• consumer1:消费 partition0
• consuemr2:消费 partition1
• consuemr3:消费不到数据

groupB:

• consuemr3:消费到partition0和partition1

3）如果consumer group中某个消费者挂了，此时会自动把分配给他的分区交给其他的消费者，如果他又重启了，那么又会把一些分区重新交还给他

基础案例演示

偏移量管理

每个consumer内存里数据结构保存对每个topic的每个分区的消费offset，定期会提交offset，老版本是写入zk，但是那样高并发请求zk是不合理的架构设计，zk是做分布式系统的协调的，轻量级的元数据存储，不能负责高并发读写，作为数据存储。

现在新的版本提交offset发送给kafka内部topic：__consumer_offsets，提交过去的时候， 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(合并)，也就是每个group.id+topic+分区号就保留最新数据。

__consumer_offsets可能会接收高并发的请求，所以默认分区50个(leader partitiron -> 50 kafka)，这样如果你的kafka部署了一个大的集群，比如有50台机器，就可以用50台机器来抗offset提交的请求压力。

• 消费者 -> broker端的数据
• message -> 磁盘 -> offset 顺序递增
• 从哪儿开始消费？-> offset
• 消费者（offset）

偏移量监控工具介绍

web页面管理的一个管理软件(kafka Manager)

• 修改bin/kafka-run-class.sh脚本，第一行增加JMX_PORT=9988
• 重启kafka进程

另一个软件：主要监控的consumer的偏移量。

就是一个jar包java -cp KafkaOffsetMonitor-assembly-0.3.0-SNAPSHOT.jar

com.quantifind.kafka.offsetapp.OffsetGetterWeb

• offsetStorage kafka \（根据版本：偏移量存在kafka就填kafka，存在zookeeper就填zookeeper）
• zk hadoop1:2181
• port 9004
• refresh 15.seconds
• retain 2.days

写了一段程序 ,消费kafka里面的数据（consumer，处理数据 -> 业务代码） -> Kafka 如何去判断你的这段代码真的是实时的去消费的呢？

延迟几亿条数据 -> 阈值（20万条的时候 发送一个告警。）

消费异常感知

heartbeat.interval.ms：

• consumer心跳时间间隔，必须得与coordinator保持心跳才能知道consumer是否故障了，
• 然后如果故障之后，就会通过心跳下发rebalance的指令给其他的consumer通知他们进行rebalance的操作

session.timeout.ms：

• kafka多长时间感知不到一个consumer就认为他故障了，默认是10秒

max.poll.interval.ms：

• 如果在两次poll操作之间，超过了这个时间，那么就会认为这个consume处理能力太弱了，会被踢出消费组，分区分配给别人去消费，一般来说结合业务处理的性能来设置就可以了。

核心参数解释

fetch.max.bytes：

获取一条消息最大的字节数，一般建议设置大一些，默认是1M 其实我们在之前多个地方都见到过这个类似的参数，意思就是说一条信息最大能多大？

1. Producer：发送的数据，一条消息最大多大， -> 10M
2. Broker：存储数据，一条消息最大能接受多大 -> 10M
3. Consumer：

max.poll.records:

一次poll返回消息的最大条数，默认是500条

connection.max.idle.ms：

consumer跟broker的socket连接如果空闲超过了一定的时间，此时就会自动回收连接，但是下次消费就要重新建立socket连接，这个建议设置为-1，不要去回收

enable.auto.commit:

开启自动提交偏移量

auto.commit.interval.ms:

每隔多久提交一次偏移量，默认值5000毫秒

auto.offset.reset：

• earliest：当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，从头开始消费

• latest：当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，消费新产生的该分区下的数据

• none：topic各分区都存在已提交的offset时，从offset后开始消费；只要有一个分区不存在已提交的offset，则抛出异常

综合案例演示

引入案例：二手电商平台（欢乐送），根据用户消费的金额，对用户星星进行累计。

• 订单系统（生产者） -> Kafka集群里面发送了消息。
• 会员系统（消费者） -> Kafak集群里面消费消息，对消息进行处理。

group coordinator原理

面试题：消费者是如何实现rebalance的？— 根据coordinator实现

什么是coordinator

每个consumer group都会选择一个broker作为自己的coordinator，他是负责监控这个消费组里的各个消费者的心跳，以及判断是否宕机，然后开启rebalance的

如何选择coordinator机器

首先对groupId进行hash（数字），接着对__consumer_offsets的分区数量取模，默认是50，_consumer_offsets的分区数可以通过offsets.topic.num.partitions来设置，找到分区以后，这个分区所在的broker机器就是coordinator机器。

比如说：groupId，“myconsumer_group” -> hash值（数字）-> 对50取模 -> 8__consumer_offsets 这个主题的8号分区在哪台broker上面，那一台就是coordinator 就知道这个consumer group下的所有的消费者提交offset的时候是往哪个分区去提交offset，

运行流程

• 每个consumer都发送JoinGroup请求到Coordinator，
• 然后Coordinator从一个consumer group中选择一个consumer作为leader，
• 把consumer group情况发送给这个leader，
• 接着这个leader会负责制定消费方案，
• 通过SyncGroup发给Coordinator
• 接着Coordinator就把消费方案下发给各个consumer，他们会从指定的分区的

leader broker开始进行socket连接以及消费消息

rebalance策略

consumer group靠coordinator实现了Rebalance

这里有三种rebalance的策略：range、round-robin、sticky

比如我们消费的一个主题有12个分区：

p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9,p10,p11

假设我们的消费者组里面有三个消费者

range策略

• range策略就是按照partiton的序号范围
• p0~3 consumer1
• p4~7 consumer2
• p8~11 consumer3
• 默认就是这个策略；

round-robin策略

• 就是轮询分配
• consumer1:0,3,6,9
• consumer2:1,4,7,10
• consumer3:2,5,8,11

但是前面的这两个方案有个问题：12 -> 2 每个消费者会消费6个分区

假设consuemr1挂了:p0-5分配给consumer2,p6-11分配给consumer3，这样的话，原本在consumer2上的的p6,p7分区就被分配到了 consumer3上。

sticky策略

最新的一个sticky策略，就是说尽可能保证在rebalance的时候，让原本属于这个consumer的分区还是属于他们，然后把多余的分区再均匀分配过去，这样尽可能维持原来的分区分配的策略

• consumer1：0-3
• consumer2: 4-7
• consumer3: 8-11

假设consumer3挂了

• consumer1：0-3，+8,9
• consumer2: 4-7，+10,11

# Broker管理

Leo、hw含义

• Kafka的核心原理
• 如何去评估一个集群资源
• 搭建了一套kafka集群 -》 介绍了简单的一些运维管理的操作。
• 生产者（使用，核心的参数）
• 消费者（原理，使用的，核心参数）
• broker内部的一些原理，核心的概念：LEO，HW

LEO：是跟offset偏移量有关系。

LEO：

在kafka里面，无论leader partition还是follower partition统一都称作副本（replica）。

每次partition接收到一条消息，都会更新自己的LEO，也就是log end offset，LEO其实就是最新的offset + 1

HW：高水位

LEO有一个很重要的功能就是更新HW，如果follower和leader的LEO同步了，此时HW就可以更新

HW之前的数据对消费者是可见，消息属于commit状态。HW之后的消息消费者消费不到。

Leo更新

hw更新

controller如何管理整个集群

1: 竞争controller的

• /controller/id

2：controller服务监听的目录：

• /broker/ids/ 用来感知 broker上下线
• /broker/topics/ 创建主题，我们当时创建主题命令，提供的参数，ZK地址。
• /admin/reassign_partitions 分区重分配

延时任务

kafka的延迟调度机制（扩展知识）

我们先看一下kafka里面哪些地方需要有任务要进行延迟调度。

第一类延时的任务：

比如说producer的acks=-1，必须等待leader和follower都写完才能返回响应。

有一个超时时间，默认是30秒（request.timeout.ms）。

所以需要在写入一条数据到leader磁盘之后，就必须有一个延时任务，到期时间是30秒延时任务 放到DelayedOperationPurgatory（延时管理器）中。

假如在30秒之前如果所有follower都写入副本到本地磁盘了，那么这个任务就会被自动触发苏醒，就可以返回响应结果给客户端了，否则的话，这个延时任务自己指定了最多是30秒到期，如果到了超时时间都没等到，就直接超时返回异常。

第二类延时的任务：

follower往leader拉取消息的时候，如果发现是空的，此时会创建一个延时拉取任务

延时时间到了之后（比如到了100ms），就给follower返回一个空的数据，然后follower再次发送请求读取消息，但是如果延时的过程中(还没到100ms)，leader写入了消息，这个任务就会自动苏醒，自动执行拉取任务。

海量的延时任务，需要去调度。

时间轮机制

1.什么会有要设计时间轮？

Kafka内部有很多延时任务，没有基于JDK Timer来实现，那个插入和删除任务的时间复杂度是O(nlogn)，而是基于了自己写的时间轮来实现的，时间复杂度是O(1)，依靠时间轮机制，延时任务插入和删除，O(1)

2.时间轮是什么？

其实时间轮说白其实就是一个数组。

• tickMs:时间轮间隔 1ms
• wheelSize：时间轮大小 20
• interval：timckMS * whellSize，一个时间轮的总的时间跨度。20ms
• currentTime：当时时间的指针。
• a:因为时间轮是一个数组，所以要获取里面数据的时候，靠的是index，时间复杂度是O(1)
• b:数组某个位置上对应的任务，用的是双向链表存储的，往双向链表里面插入，删除任务，时间复杂度也是O（1）

3.多层级的时间轮

比如：要插入一个110毫秒以后运行的任务。

• tickMs:时间轮间隔 20ms
• wheelSize：时间轮大小 20
• interval：timckMS * whellSize，一个时间轮的总的时间跨度。20ms
• currentTime：当时时间的指针。
• 第一层时间轮：1ms * 20
• 第二层时间轮：20ms * 20
• 第三层时间轮：400ms * 20

技术交流群

最后，D哥也建了一个技术群，主要探讨一些新的技术和开源项目值不值得去研究及IDEA使用的“骚操作”，有兴趣入群的同学，可长按扫描下方二维码，一定要备注：城市+昵称+技术方向，根据格式备注，可更快被通过且邀请进群。

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