kafka面试题

Posted 2022-10-13

1. Kafka中有哪几个主要组件?

主题：kafka主体是一堆或一组消息
生产者：在kafka，生产者发布通信以及向kafka主题发布消息
消费者：kafka消费者订阅一个主题，并且从主题中读取和处理消息
经纪人：在管理主题中的消息存储时，我们使用kafka brokers.

2. 什么是 kafka Rebalance？以及rebalance触发的时机？

1. 什么是 Rebalance
   Rebalance 本质上是一种协议，规定了一个 Consumer Group 下的所有 consumer 如何达成一致，来分配订阅Topic 的每个分区。
   例如：某 Group 下有 20 个 consumer 实例，它订阅了一个具有 100 个 partition 的 Topic 。正常情况下，kafka 会为每个 Consumer 平均的分配 5 个分区。这个分配的过程就是 Rebalance。

2、触发 Rebalance 的时机
Rebalance 的触发条件有3个。

• 组成员个数发生变化。例如有新的 consumer 实例加入该消费组或者离开组。
• 订阅的 Topic 个数发生变化。
• 订阅 Topic 的分区数发生变化。

Rebalance 发生时，Group 下所有 consumer 实例都会协调在一起共同参与，kafka 能够保证尽量达到最公平的分配。但是 Rebalance 过程对 consumer group 会造成比较严重的影响。在 Rebalance 的过程中 consumer group 下的所有消费者实例都会停止工作，等待 Rebalance 过程完成。

3 谈谈你对kafka消费者组的理解？

消费组，即Consumer Group ,应该算是kafka比较有创意的设计了。那么何谓ConsumerGroup呢？用一句话概括就是：ConsumerGroup是kafka提供的可扩展且具有容错性的消费者机制。既然是一个组，那么组内必然可以有多个消费者和消费者实列，他们共享一个公共的ID，这个ID被称为GroupID。组内的消费者协调在一起消费订阅主题的所有分区。当然，每个分区只能由同一个消费者组内的一个Consumer实列来消费。

ConsumerGroup之间批次独立，互不影响，他们能订阅相同的主题而互不干涉。kafka仅仅使用consumer Group这一种机制，却实现了传统消息引擎系统的俩大模型：如果所有实列属于同一个Group，那么它实现的就是消息队列模型；如果所有实列分别属于不同的Group，那么他实现的就是发布/订阅模型。

理想情况下，Group中的Consumer实列的数量应该等于该Group订阅主题的总分区数。

ConsumerGroup的位移也是提交到Broker中的内部主题中的_consumer_offsets

ConsumerGroup中的consumer实列数在理想情况下是等于订阅主题的分区总数的。
（Group中的分区只能被同一消费组下的一个消费者消费，一个消费者可以消费多个分区）
有三种情况：
1.消费者实例数小于分区数，这种情况，一个消费者实例会消费多个分区
2.消费者实例数等于分区数：一个消费者消费一个分区
3.消费者实例数大于分区数：会有几个消费者处于空闲的状态下

4 为什么要使用 kafka，为什么要使用消息队列

缓冲和削峰。上游数据时有突发流量，下游可能扛不住，或者下游没有足够多的机器来保证冗余，kafka在中间可以起到一个缓冲的作用，把消息暂存在kafka中，下游服务就可以按照自己的节奏进行慢慢处理。

解耦和扩展性：项目开始的时候，并不能确定具体需求。消息队列可以作为一个接口层，解耦重要的业务流程。只需要遵守约定，针对数据编程即可获取扩展能力。

冗余：可以采用一对多的方式，一个生产者发布消息，可以被多个订阅topic的服务消费到，供多个毫无关联的业务使用。

健壮性：消息队列可以堆积请求，所以消费端业务即使短时间死掉，也不会影响主要业务的正常进行。

异步通信：很多时候，用户不想也不需要立即处理消息。消息队列提供了异步处理机制，允许用户把一个消息放入队列，但并不立即处理它。想向队列中放入多少消息就放多少，然后在需要的时候再去处理他们

5 Kafka中的ISR、AR又代表什么？ISR的伸缩又指什么

ISR:In-Sync Replicas 副本同步队列 AR:Assigned Replicas 所有副本 ISR是由leader维护，follower从leader同步数据有一些延迟（包括延迟时间replica.lag.time.max.ms和延迟条数replica.lag.max.messages两个维度, 当前最新的版本0.10.x中只支持replica.lag.time.max.ms这个维度），任意一个超过阈值都会把follower剔除出ISR, 倘若该副本后面慢慢地追上了 Leader 的进度，那么它是能够重新被加回 ISR 的，存入OSR（Outof-Sync Replicas）列表，新加入的follower也会先存放在OSR中。AR=ISR+OSR。

6 kafka中的broker 是干什么的

broker是消息的代理，Producers往Brokers里面的指定Topic中写消息，Consumers从Brokers里面拉取指定Topic的消息，然后进行业务处理，broker在中间起到一个代理保存消息的中转站

7 kafka中的 zookeeper 起到什么作用，可以不用zookeeper么

zookeeper 是一个分布式的协调组件，早期版本的kafka用zk做meta信息存储，consumer的消费状态，group的管理以及 offset的值。考虑到zk本身的一些因素以及整个架构较大概率存在单点问题，新版本中逐渐弱化了zookeeper的作用。新的consumer使用了kafka内部的group coordination协议，也减少了对zookeeper的依赖，但是broker依然依赖于ZK，zookeeper 在kafka中还用来选举controller 和检测broker是否存活等等。

8 kafka follower如何与leader同步数据

Kafka的复制机制既不是完全的同步复制，也不是单纯的异步复制。完全同步复制要求All Alive Follower都复制完，这条消息才会被认为commit，这种复制方式极大的影响了吞吐率。而异步复制方式下，Follower异步的从Leader复制数据，数据只要被Leader写入log就被认为已经commit，这种情况下，如果leader挂掉，会丢失数据，kafka使用ISR的方式很好的均衡了确保数据不丢失以及吞吐率。Follower可以批量的从Leader复制数据，而且Leader充分利用磁盘顺序读以及send file(zero copy)机制，这样极大的提高复制性能，内部批量写磁盘，大幅减少了Follower与Leader的消息量差。

9 kafka 为什么那么快

分区机制
二分算法、哈希算法
Cache Filesystem Cache PageCache缓存
顺序写由于现代的操作系统提供了预读和写技术，磁盘的顺序写大多数情况下比随机写内存还要快。
Zero-copy 零拷技术减少拷贝次数
Batching of Messages 批量量处理。合并小的请求，然后以流的方式进行交互，直顶网络上限。
Pull 拉模式使用拉模式进行消息的获取消费，与消费端处理能力相符。

10 kafka producer如何优化打入速度

增加线程
提高batch.size
增加更多producer实例
增加partition数
设置acks = -1,如果延迟增大，可以增大 num.replica.fetcher(follower同步数据的线程数)来调解；
跨数据中心的传输：增加socket缓冲区设置以及OS tcp缓冲区设置

11 kafka有哪几种ack机制，ack为 0， 1， -1 的时候代表啥

1. 设置为0
   意味着producer不等待broker同步完成的确认，继续发送下一条（批）信息
   提供了最低的延迟。但是最弱的持久性，当服务器发生故障时，就很可能发生数据丢失。例如leader已经死亡，producer不知情，还会继续发送消息broker接收不到数据就会数据丢失
2. 设置为1
   意味着producer要等待leader成功收到数据并得到确认，才发送下一条message.此选项提供了很好持久性 较低的延迟行。
   Partition的Leader死亡，follwer尚未复制，数据就会丢失
3. 设置为-1
   意味着producer得到follwer确认，才发送下一条数据
   持久性最好，延时性最差。
   三种机制性能递减，可靠性递增

12 Kafka中是怎么体现消息顺序性的？

kafka每个partition中的消息在写入时都是有序的，消费时，每个partition只能被每一个group中的一个消费者消费，保证了消费时也是有序的。整个topic不保证有序。如果为了保证topic整个有序，那么将partition调整为1

13 Kafka支持读写分离吗？为什么？

Redis和mysql都支持主从读写分离，我个人觉得这和它们的使用场景有关。对于那种读操作很多而写操作相对不频繁的负载类型而言，采用读写分离是非常不错的方案——我们可以添加很多follower横向扩展，提升读操作性能。反观Kafka，它的主要场景还是在消息引擎而不是以数据存储的方式对外提供读服务，通常涉及频繁地生产消息和消费消息，这不属于典型的读多写少场景，因此读写分离方案在这个场景下并不太适合。

在 Kafka 中，生产者写入消息、消费者读取消息的操作都是与 leader 副本进行交互的，从而实现的是一种主写主读的生产消费模型。Kafka 并不支持主写从读，因为主写从读有 2 个很明显的缺点:(1)数据一致性问题。数据从主节点转到从节点必然会有一个延时的时间窗口，这个时间窗口会导致主从节点之间的数据不一致。某一时刻，在主节点和从节点中 A 数据的值都为 X，之后将主节点中 A 的值修改为 Y，那么在这个变更通知到从节点之前，应用读取从节点中的 A 数据的值并不为最新的 Y，由此便产生了数据不一致的问题。(2)延时问题。类似 Redis 这种组件，数据从写入主节点到同步至从节点中的过程需要经历网络→主节点内存→网络→从节点内存这几个阶段，整个过程会耗费一定的时间。而在 Kafka 中，主从同步会比 Redis 更加耗时，它需要经历网络→主节点内存→主节点磁盘→网络→从节点内存→从节点磁盘这几个阶段。对延时敏感的应用而言，主写从读的功能并不太适用。

这道题目考察的是你对 Leader/Follower 模型的思考。Leader/Follower 模型并没有规定 Follower 副本不可以对外提供读服务。很多框架都是允许这么做的，只是 Kafka最初为了避免不一致性的问题，而采用了让 Leader 统一提供服务的方式。不过，在开始回答这道题时，你可以率先亮出观点:自 Kafka 2.4 之后，Kafka 提供了有限度的读写分离，也就是说，Follower 副本能够对外提供读服务。说完这些之后，你可以再给出之前的版本不支持读写分离的理由。

• 场景不适用。读写分离适用于那种读负载很大，而写操作相对不频繁的场景，可 Kafka 不属于这样的场景。
• 同步机制。Kafka 采用 PULL 方式实现 Follower 的同步，因此，Follower 与 Leader 存在不一致性窗口。如果允许读 Follower 副本，就势必要处理消息滞后(Lagging)的问题

14 消费者提交消费位移时提交的是当前消费到的最新消息的offset还是offset+1?

offset+1

15 Kafa consumer 是否可以消费指定分区消息？

Kafa consumer 消费消息时，向 broker 发出"fetch"请求去消费特定分区的消息，consumer指定消息在日志中的偏移量（offset），就可以消费从这个位置开始的消息，customer 拥有了 offset 的控制权，可以向后回滚去重新消费之前的消息，这是很有意义的

16 Kafka 消息是采用 Pull 模式，还是 Push 模式？

生产者push 推送，消费者 pull拉取

17 比较RabbitMQ与Apache Kafka

在应用场景方面RabbitMQRabbitMQ遵循AMQP协议，由内在高并发的erlanng语言开发，用在实时的对可靠性要求比较高的消息传递上，适合分布式事务，也是比较受到大家欢迎的。kafka是Linkedin于2010年12月份开源的消息发布订阅系统,它主要用于处理活跃的流式数据,大数据量的数据处理上。常用日志采集，数据采集，Web活动跟踪上，企业服务总线。

在架构模型方面，RabbitMQ遵循AMQP协议，RabbitMQ的broker由Exchange,Binding,queue组成，其中exchange和binding组成了消息的路由键；客户端Producer通过连接channel和server进行通信，Consumer从queue获取消息进行消费（长连接，queue有消息会推送到consumer端，consumer循环从输入流读取数据）。rabbitMQ以broker为中心；有消息的确认机制。kafka遵从一般的MQ结构，producer，broker，consumer，以consumer为中心，消息的消费信息保存的客户端consumer上，consumer根据消费的点，从broker上批量pull数据；无消息确认机制。

在吞吐量kafka具有高的吞吐量，内部采用消息的批量处理，zero-copy机制，数据的存储和获取是本地磁盘顺序批量操作，具有O(1)的复杂度，消息处理的效率很高。rabbitMQ在吞吐量方面稍逊于kafka，他们的出发点不一样，rabbitMQ支持对消息的可靠的传递，支持事务，不支持批量的操作；基于存储的可靠性的要求存储可以采用内存或者硬盘。

在可用性方面，rabbitMQ支持miror的queue，主queue失效，miror queue接管。kafka的broker支持主备模式。

在集群负载均衡方面，kafka采用zookeeper对集群中的broker、consumer进行管理，可以注册topic到zookeeper上；通过zookeeper的协调机制，producer保存对应topic的broker信息，可以随机或者轮询发送到broker上；并且producer可以基于语义指定分片，消息发送到broker的某分片上。rabbitMQ4种集群模式，主流的是镜像模式。

可拓展方面，卡夫卡可以通过增加分区进行扩展，而不需要通过添加额外的节点而在运行中造成任何停机。

综合上面的材料得出以下两点:

(1)中小型软件公司，建议选RabbitMQ.一方面，erlang语言天生具备高并发的特性，而且他的管理界面用起来十分方便。正所谓，成也萧何，败也萧何！他的弊端也在这里，虽然RabbitMQ是开源的，然而国内有几个能定制化开发erlang的程序员呢？所幸，RabbitMQ的社区十分活跃，可以解决开发过程中遇到的bug，这点对于中小型公司来说十分重要。不考虑rocketmq和kafka的原因是，一方面中小型软件公司不如互联网公司，数据量没那么大，选消息中间件，应首选功能比较完备的，所以kafka排除。不考虑rocketmq的原因是，rocketmq是阿里出品，如果阿里放弃维护rocketmq，中小型公司一般抽不出人来进行rocketmq的定制化开发，因此不推荐。

(2)大型软件公司，根据具体使用在rocketMq和kafka之间二选一。一方面，大型软件公司，具备足够的资金搭建分布式环境，也具备足够大的数据量。针对rocketMQ,大型软件公司也可以抽出人手对rocketMQ进行定制化开发，毕竟国内有能力改JAVA源码的人，还是相当多的。至于kafka，根据业务场景选择，如果有日志采集功能，肯定是首选kafka了。具体该选哪个，看使用场景。

18.如何保证消息队列是高可用的？

分析:在第二点说过了，引入消息队列后，系统的可用性下降。在生产中，没人使用单机模式的消息队列。因此，作为一个合格的程序员，应该对消息队列的高可用有很深刻的了解。如果面试的时候，面试官问，你们的消息中间件如何保证高可用的？你的回答只是表明自己只会订阅和发布消息，面试官就会怀疑你是不是只是自己搭着玩，压根没在生产用过。请做一个爱思考，会思考，懂思考的程序员。

回答:这问题，其实要对消息队列的集群模式要有深刻了解，才好回答。

以rcoketMQ为例，他的集群就有多master 模式、多master多slave异步复制模式、多 master多slave同步双写模式。多master多slave模式部署架构图(网上找的,偷个懒，懒得画):

其实博主第一眼看到这个图，就觉得和kafka好像，只是NameServer集群，在kafka中是用zookeeper代替，都是用来保存和发现master和slave用的。通信过程如下:

Producer 与 NameServer集群中的其中一个节点（随机选择）建立长连接，定期从 NameServer 获取 Topic 路由信息，并向提供 Topic 服务的 Broker Master 建立长连接，且定时向 Broker 发送心跳。Producer 只能将消息发送到 Broker master，但是 Consumer 则不一样，它同时和提供 Topic 服务的 Master 和 Slave建立长连接，既可以从 Broker Master 订阅消息，也可以从 Broker Slave 订阅消息。

那么kafka呢,为了对比说明直接上kafka的拓补架构图(也是找的，懒得画)

如上图所示，一个典型的Kafka集群中包含若干Producer（可以是web前端产生的Page View，或者是服务器日志，系统CPU、Memory等），若干broker（Kafka支持水平扩展，一般broker数量越多，集群吞吐率越高），若干Consumer Group，以及一个Zookeeper集群。Kafka通过Zookeeper管理集群配置，选举leader，以及在Consumer Group发生变化时进行rebalance。Producer使用push模式将消息发布到broker，Consumer使用pull模式从broker订阅并消费消息。
至于rabbitMQ,也有普通集群和镜像集群模式，自行去了解，比较简单，两小时即懂。
要求，在回答高可用的问题时，应该能逻辑清晰的画出自己的MQ集群架构或清晰的叙述出来。

19.如何保证消息不被重复消费？

分析:这个问题其实换一种问法就是，如何保证消息队列的幂等性?这个问题可以认为是消息队列领域的基本问题。换句话来说，是在考察你的设计能力，这个问题的回答可以根据具体的业务场景来答，没有固定的答案。
回答:先来说一下为什么会造成重复消费?
  其实无论是那种消息队列，造成重复消费原因其实都是类似的。正常情况下，消费者在消费消息时候，消费完毕后，会发送一个确认信息给消息队列，消息队列就知道该消息被消费了，就会将该消息从消息队列中删除。只是不同的消息队列发送的确认信息形式不同,例如RabbitMQ是发送一个ACK确认消息，RocketMQ是返回一个CONSUME_SUCCESS成功标志，kafka实际上有个offset的概念，简单说一下(如果还不懂，出门找一个kafka入门到精通教程),就是每一个消息都有一个offset，kafka消费过消息后，需要提交offset，让消息队列知道自己已经消费过了。那造成重复消费的原因?，就是因为网络传输等等故障，确认信息没有传送到消息队列，导致消息队列不知道自己已经消费过该消息了，再次将该消息分发给其他的消费者。
  如何解决?这个问题针对业务场景来答分以下几点
  (1)比如，你拿到这个消息做数据库的insert操作。那就容易了，给这个消息做一个唯一主键，那么就算出现重复消费的情况，就会导致主键冲突，避免数据库出现脏数据。
  (2)再比如，你拿到这个消息做redis的set的操作，那就容易了，不用解决，因为你无论set几次结果都是一样的，set操作本来就算幂等操作。
  (3)如果上面两种情况还不行，上大招。准备一个第三方介质,来做消费记录。以redis为例，给消息分配一个全局id，只要消费过该消息，将<id,message>以K-V形式写入redis。那消费者开始消费前，先去redis中查询有没消费记录即可。

20.如何保证消费的可靠性传输?

(1)生产者丢数据
从生产者弄丢数据这个角度来看，RabbitMQ提供transaction和confirm模式来确保生产者不丢消息。
transaction机制就是说，发送消息前，开启事物(channel.txSelect())，然后发送消息，如果发送过程中出现什么异常，事物就会回滚(channel.txRollback())，如果发送成功则提交事物(channel.txCommit())。
然而缺点就是吞吐量下降了。因此，按照博主的经验，生产上用confirm模式的居多。一旦channel进入confirm模式，所有在该信道上面发布的消息都将会被指派一个唯一的ID(从1开始)，一旦消息被投递到所有匹配的队列之后，rabbitMQ就会发送一个Ack给生产者(包含消息的唯一ID)，这就使得生产者知道消息已经正确到达目的队列了.如果rabiitMQ没能处理该消息，则会发送一个Nack消息给你，你可以进行重试操作。
(2)消息队列丢数据
处理消息队列丢数据的情况，一般是开启持久化磁盘的配置。这个持久化配置可以和confirm机制配合使用，你可以在消息持久化磁盘后，再给生产者发送一个Ack信号。这样，如果消息持久化磁盘之前，rabbitMQ阵亡了，那么生产者收不到Ack信号，生产者会自动重发。
那么如何持久化呢，这里顺便说一下吧，其实也很容易，就下面两步
1、将queue的持久化标识durable设置为true,则代表是一个持久的队列
2、发送消息的时候将deliveryMode=2
这样设置以后，rabbitMQ就算挂了，重启后也能恢复数据
(3)消费者丢数据
消费者丢数据一般是因为采用了自动确认消息模式。这种模式下，消费者会自动确认收到信息。这时rahbitMQ会立即将消息删除，这种情况下如果消费者出现异常而没能处理该消息，就会丢失该消息。
至于解决方案，采用手动确认消息即可。

kafka

这里先引一张kafka Replication的数据流向图

Producer在发布消息到某个Partition时，先通过ZooKeeper找到该Partition的Leader，然后无论该Topic的Replication Factor为多少（也即该Partition有多少个Replica），Producer只将该消息发送到该Partition的Leader。Leader会将该消息写入其本地Log。每个Follower都从Leader中pull数据。

针对上述情况，得出如下分析

(1)生产者丢数据

在kafka生产中，基本都有一个leader和多个follwer。follwer会去同步leader的信息。因此，为了避免生产者丢数据，做如下两点配置

第一个配置要在producer端设置acks=all。这个配置保证了，follwer同步完成后，才认为消息发送成功。
在producer端设置retries=MAX，一旦写入失败，这无限重试
(2)消息队列丢数据
针对消息队列丢数据的情况，无外乎就是，数据还没同步，leader就挂了，这时zookpeer会将其他的follwer切换为leader,那数据就丢失了。针对这种情况，应该做两个配置。

replication.factor参数，这个值必须大于1，即要求每个partition必须有至少2个副本
min.insync.replicas参数，这个值必须大于1，这个是要求一个leader至少感知到有至少一个follower还跟自己保持联系
这两个配置加上上面生产者的配置联合起来用，基本可确保kafka不丢数据

(3)消费者丢数据
这种情况一般是自动提交了offset，然后你处理程序过程中挂了。kafka以为你处理好了。再强调一次offset是干嘛的
offset：指的是kafka的topic中的每个消费组消费的下标。简单的来说就是一条消息对应一个offset下标，每次消费数据的时候如果提交offset，那么下次消费就会从提交的offset加一那里开始消费。
比如一个topic中有100条数据，我消费了50条并且提交了，那么此时的kafka服务端记录提交的offset就是49(offset从0开始)，那么下次消费的时候offset就从50开始消费。
解决方案也很简单，改成手动提交即可。

21.如何保证消息的顺序性？

分析:其实并非所有的公司都有这种业务需求，但是还是对这个问题要有所复习。
回答:针对这个问题，通过某种算法，将需要保持先后顺序的消息放到同一个消息队列中(kafka中就是partition,rabbitMq中就是queue)。然后只用一个消费者去消费该队列。
有的人会问:那如果为了吞吐量，有多个消费者去消费怎么办？
这个问题，没有固定回答的套路。比如我们有一个微博的操作，发微博、写评论、删除微博，这三个异步操作。如果是这样一个业务场景，那只要重试就行。比如你一个消费者先执行了写评论的操作，但是这时候，微博都还没发，写评论一定是失败的，等一段时间。等另一个消费者，先执行写评论的操作后，再执行，就可以成功。
总之，针对这个问题，我的观点是保证入队有序就行，出队以后的顺序交给消费者自己去保证，没有固定套路