如何学习kafka?

  本文是我学习kafka的一个思路和总结，希望对刚接触kafka的你有所帮助。在学习kafka之前，最好能对kafka有一个简单的了解，可以提出一些问题，带着问题去学习，就会容易一些。

0 什么是kakfa1 kafka的版本2 kakfa中的术语3 Kafka消息模型4 kafka的结构5 使用kafka创建demo6 kakfa客户端请求是如何被处理的7 kafka中的组件coordinatorcontroller8 位移提交与分区管理9 重平衡10 kakfa的参数(整理项，选读)brokertopicproducerconsumer端

0 什么是kakfa

  kakfa是一个开源的消息引擎系统，提供了一组规范，企业可以利用这组规范在不同的系统中，传递语义准确的消息。（通俗的来讲，就是系统A发消息给消息引擎，系统B从消息引擎中读取系统A发送的消息）。

1 kafka的版本

  我们学习开源框架，一定要有版本意识。至少要了解每个版本有哪些大的改动，如果没有版本意识，就很容易出现学习后，由于使用的版本不同，导致各种错误，甚至是调用的api不能通过编译。
  接下来我就对kafka版本的改动点做一个总结：
  0.7: 只提供了最基础的消息队列的功能
  0.8: 引入了副本的机制，保证了系统的可靠性，此时kafka使用的还是老版本的客户端api，需要指定zookeeper地址，0.8.2引入了新版本的producer，但是bug较多。
  0.9: 引入了kakfa connect组件，使用了java语言重写了新版 consumer api，从这个版本开始,新版producer api相对稳定。
  0.10: 引入了kafka stream 使得kafka正式升级成为了分布式流处理平台，这个版本的consumer api开始相对稳定，0.10.22修复了可能会降低producer性能的bug，如果你使用的是这个版本的kafka，建议升级为0.10.22
  0.11: 引入了幂等性Producer 以及事务性，这个版本的kafka消息进行了重构，由v1升级成了v2，提高了压缩的程度和效率。
  1.0/2.0:主要是对kafka Stream进行改进和优化

2 kakfa中的术语

  消息(record)、主题(topic)、分区（Partition）、位移（offset）、副本（replica）、生产者（producer）、消费者(consumer)、消费者组（consumer group）、重平衡(rebalance)

3 Kafka消息模型

  点对点模型：也叫做消息队列模型，即系统A发送的消息只能系统B去接收，类似于打电话。
  发布/订阅模型：这里有一个主题的概念，可以理解成消息的逻辑容器。消息的发布者向主题发布消息，订阅者从它订阅的主题中获取消息。在这个过程中发布者和订阅者都可能是多个，主题也可以是多个，类似于订报纸。

4 kafka的结构

  注：topic只是一个逻辑容器，常用来区分不同的业务数据。

 

5 使用kafka创建demo

  kafka集群的创建过程以及使用java调用kafka客户端api的demo，请参考本博客前2篇文章，有非常详细的教程。

6 kakfa客户端请求是如何被处理的

  kafka broker采用的React模型处理请求，React模式是事件驱动架构的一种实现方式，特被适用于处理多个客户端并发向服务器端发送请求的场景。我们通过一幅图来对React模式有一个初步的了解。

  客户端的请求发送到Reactor，Reactor中有一个dispatch线程，负责分发请求，它将请求分发到工作线程中，由工作线程进行处理。映射到kafka中，SocketServer就上述中的Reactor，acceptor线程就是上述中的dispatch线程，kafka工作线程也有一个专属的名字，叫网络线程池。但是kafka在此基础上，进行了进一步的细化，接收用户请求的线程（网络线程池中的线程）不对用户请求进行处理，而是将请求放到一个共享请求队列中，由IO线程池中的线程进行处理。

  上图中的purgatory组件用于缓存延时请求，比如我们配置了acks = all，当ISR中的其他副本还没有写入结果的时候，这个响应就会缓存在purgatory中，直到条件满足，IO线程才会将结果返回到网络响应队列中。
  我们通过上图可以知道，如果想提高kafka处理消息的能力，可以提高网络线程数和io线程数，这两个线程数分别对应着num.network.threads、num.io.threads两个参数。

 

7 kafka中的组件

coordinator

  管理消费者组，与位移提交有关。
  coordinator是每个broker都有的组件，那么如何确定coordinator呢？
  确定位移主题是由哪个分区保存的：Math.abs(group.id % offsetTopicParitionCount);
  找出该分区leader对应的broker。

controller

  主题、分区管理、集群管理、数据缓存

8 位移提交与分区管理

  consumer会定期向kakfa提交自己的消费位移(offset),kafkaConsumer api提供了多种提交位移的方式，就用户而言，位移提交分为手动提交和自动提交(auto.commit.offset.enable)，就Consumer而言，提交位移分为同步提交(commitSync)和异步提交（CommitAsync），consumer会将位移信息提交到__consumer_offset这个主题中。
  kafka中的副本(replica)，是在分区（Partition）层面上进行的，可以实现数据的冗余(replica.factor)。在同一个分区中，数据是有序的，kafka支持对消息设置键，同一个键的消息会被发送到一个分区中，一个分区只能由一个Consumer进行消费。
  在kafka中只有leader 副本对客户端提供服务，follower副本只是异步同步数据。不提供服务。

9 重平衡

  重平衡可以说是kafka中最重要的概念了，重平衡的本质是一种协议，它规定了一个consumer group下的所有consumer如何达成一致，对订阅topic的partition进行分配。
  那么为什我们要避免重平衡呢？重平衡的效率不高，在重平衡的过程中，当前consumer group的所有consumer会停止消费（可以类比java中的full gc），重平衡的影响范围较广，consumer group下的所有comsumer都会受到影响。
  重平衡的实现，需要借助Coordinator组件，消费者端的重平衡可以分为两步：
  1.Consumer入组
  2.等待Leader consumer分配方案，分别对应着joinGroup和syncGroup两类请求。
  首先当consumer加入consumer group的时候，会向coordinator发送join Group请求，这样coordinator就知道了所有订阅主题的消费者信息。一旦收集了所有consumer的信息，协调者就会选出一个comsumer leader。
  领导者消费者的任务就是收集所有成员的订阅信息，然后根据信息，制定分区方案。
  最后领导者消费者会将分配方案发送给协调者，其他消费者也会发送请求给协调者，不过请求中没有实际的内容。协调者会以响应的方式将方案返回给所有消费者，这样消费者组内的成员就可以知道自己消费的分区了。

10 kakfa的参数(整理项，选读)

  总结的都是个人认为比较重要的参数，但是篇幅有限，很难展开说明，其目的就是让你有一个印象，下次见到这些参数的时候，要重点记忆

broker

  log.dirs:指定了broker使用的若干文件路径。
  listeners:监听器，告诉外部连接者通过什么协议访问指定名称和端口的kafka服务
  advertised.listeners:和listeners功能一致，不同的是它是对外部发布的
  auto.create.topics.enable:是否允许自动创建topic
  unclean.leader.election.enable:是否允许unclean的leader进行选举
  auto.leader.rebalance.enabl:是否允许定期举行leader选举
  log.retention.{hours|minutes|ms}:消息被保存的时间
  message.max.bytes:broker最大能接收消息的大小
  replica.lag.time.max.ms:follower副本可以落后leader副本的最长时间间隔。

topic

  retention.ms:该topic中消息被保存的时间
  max.message.bytes:该topic最大能接收的消息大小
  replication.factor:消息冗余份数

producer

  bootstrap.server:用于与kafka集群中的broker创建连接，只需要配置部分broker即可
  key.serializer/value.serializer:键/值的序列化方式，必填
  acks:非常重要，用于控制producer产生消息的持久性，kafka只对“已提交”的消息做有有限度的持久化保证。而这个参数，就是定义“已提交”。
  acks = 0:producer不用理睬broker端的处理结果，只要消息发送后，就认为是“已提交”
  acks = all或-1,不仅leader broker要将消息写入本地日志，还要ISR集合中的所有副本都成功写入各自的本地日志后，才发送响应消息给producer，认为消息“已提交”
  acks = 1折中方案，当leader broker将消息写入本地日志，就返回响应给producer，认为消息“已提交”
  min.insync.replica:消息至少要被写入多少个副本，才算写入成功，这个参数和acks功能类似，不过它强调的是个，acks = all时，强调的是所有副本。(比如ISR中只有一个replica，那么配置acks = 1即写入一个broker即可，min.sync.replica = 2，即需要写入2个broker，这条消息会写入失败)
  buffer.memory:指定了producer端用于缓存消息的缓冲区大小。kafka发送消息采用的是异步架构的方式，消息写入缓冲区，由一个专属线程从缓冲区中获取消息，执行真正的发送
  compression.type:producer端压缩方式，压缩可以节省网络传输中的带宽，牺牲CPU使用率
  retries:失败后的重试次数，非常重要的参数，用于实现kafka的处理语义
  retries = 0，即失败后不会进行重试，实现至多一次的处理语义
  retries = n，即失败后会重试n次，实现至少一次的处理语义
  (kafka 0.11后推出了精确一次的处理语义，即幂等性producer以及事务，相关参数：enable.idempotence = true)
  bacth.size:producer会将发往同一分区的消息，打成一个batch，当batch满了后，producer会一次发送batch中的所有消息，这个参数控制者batch的大小。
  linger.ms:上面提到的batch，在batch没满的时候，也会进行发送，这其实是一种权衡，权衡的是吞吐量和消息延时，linger.ms控制的就是消息的延时行为，默认值是0，表示消息会被立即发送，不管batch是否装满，我们可以改变这个参数，来修改发送消息的时间，即一条消息是否会被发送，取决于1、batch是否装满；2、有没有达到linger.ms规定的时间。
  max.request.size:控制producer端最大可以发送消息的大小。
  request.timeout.ms:当producer发送消息给broker后，broker需要在指定时间内返回响应，否则producer就会认为该请求超时，并显示抛出TimeoutException。

consumer端

  bootstrap.server:用于与kafka集群中的broker创建连接，只需要配置部分broker即可
  key.deserializer/value.deserializer:键/值的反序列化方式，必填
  group.id:consumer group的名字，必填
  session.time.out:coordinator检测到consumer失活的时间，这个值设置的较小有利于coordinator更快的检测consumer失活。
  max.poll.interval.ms:consumer处理逻辑的最大时间，如果一次poll()超过了这个时间，则coordinator会认为该consumer已经不可用，会将其踢出消费者组并进行重平衡。
  auto.offset.reset:制定了无位移或位移越界时,kafka的对应策略。取值：earliest:从最早位移进行消费、laster:从最新位移开始消费、none：抛出异常。
  auto.commit.enable:指定consumer是否自定义提交位移
  fetch.max.bytes:consumer端单次获取数据的最大字节数
  max.poll.records:单次poll()返回的最大消息数
  heartbeat.interval.ms:心跳请求频率
  connections.max.idle.ms:定期关闭空闲的tcp连接。

  最后，期待您的订阅和点赞，专栏每周都会更新，希望可以和您一起进步，同时也期待您的批评与指正！

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