2 万字长文深入详解 Kafka，从源码到架构全部讲透

Posted 2021-08-15 程序员大咖

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作者：erainm

https://blog.csdn.net/eraining/article/details/115860664

-     消息队列的核心价值    - 

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。

3. 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。

4. 流量的控制 1. 网关在接受到请求后，就把请求放入到消息队列里面 2.后端的服务从消息队列里面获取到请求，完成后续的秒杀处理流程。然后再给用户返回结果。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）。

-     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。

-     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。

-     零拷贝数据高性能    - 

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。

-     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（磁盘上面哪个地方）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 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    - 

在kafka里面分区是有副本的，注：0.8以前是没有副本机制的。创建主题时，可以指定分区，也可以指定副本个数。副本是有角色的：leader partition：1、写数据、读数据操作都是从leader partition去操作的。

它会维护一个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    - 

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qps6亿/3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。

（1）尽可能多的内存资源要给 os cache。

（2）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。
   
说明一下：
   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 1Mip 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。

1. zookeeper集群 hadoop1 hadoop2 hadoop3；

2. 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。

-     Kafka 运维工具与命令    - 

KafkaManager — 页面管理工具。

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,ha

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 生产者发消息原理    - 

生产者发送消息原理—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 a. 配置retries参数，他会自动重试的 b. 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：

1. 消息会重复有的时候一些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。

2. 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 参数详情    - 

producer端设置的 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：数据不丢失的方案：1)分区副本 >=2 2)acks = -1 3)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：1、没有设置key我们的消息就会被轮训的发送到不同的分区。2、设置了keykafka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了：

public class HotDataPartitioner implements Partitioner {
private Random random;
@Override
public void configure(Map<String, ?> configs) {
random = new Random();
}
@Override
public 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 0,1，2
int 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    - 

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。

-     Kafka 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    - 

1. 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。

2. 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。

3. __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    - 

1. 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。

2. 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。

-     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 _consumer_offset 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 topica -> partition0:1000 partitino1:2000 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：

1. 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。

2. 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。

3. 运行流程（1）每个consumer都发送JoinGroup请求到Coordinator，（ 2）然后Coordinator从一个consumer group中选择一个consumer作为leader，（3）把consumer group情况发送给这个leader，（4）接着这个leader会负责制定消费方案，（5）通过SyncGroup发给Coordinator 6）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：

1. 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；

2. 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。

3. 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：

1. Kafka的核心原理

2. 如何去评估一个集群资源

3. 搭建了一套kafka集群 -》 介绍了简单的一些运维管理的操作。

4. 生产者（使用，核心的参数）

5. 消费者（原理，使用的，核心参数）

6. 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） 举例：插入一个8ms以后要执行的任务 19ms 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。

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