kafkaKafka消费者分区分配策略详解

Posted 2022-01-18 九师兄

文章目录

• 1.概述
• 2.RoundRobinAssignor详解
• 3.RangeAssignor详解
• 4.StickyAssignor详解
• 5.CooperativeStickyAssignor详解

1.概述

转载：https://www.modb.pro/db/174527

Kafka Consumer用来从Kafka集群拉取数据，通过consumer groups允许多个进程共同分担消费/处理数据的工作，这些进程可以运行在一台机器或者多台机器。而ConsumerPartitionAssignor接口用来定制consumer的分区分配策略。通过consumer配置项partition.assignment.strtegy指定分区分配策略类。消费者分区分配策略类的实现方法共有四种。

2.RoundRobinAssignor详解

将所有可用partitions和consumers展开(字典排序)，以轮询的方式将partitions依次分配给consumers。如果consuemrs订阅Topics都是相同的，那么partitions将会被均匀分配给每个consumer。最理想的状态是partitions数是consumers数的整数倍，这样每个consumer都有相同数量的partitions数。例如：两个consumers(C0、C1)，两个topics(T0、T1)，分区数均为3。如果Consumers订阅信息为：

则Consumers分区分配方案为：

C0	T0P0、T0P2、T1P1
C1	T0P1、T1P0、T1P2

但是，如果consumers订阅Topics不相同，仍然按照轮询方式进行分配，将导致consumer之间分区分配不均衡。例如：三个consumers(C0、C1、C2)，三个Topics(T0、T1、T2)，T0分区数为1、T1分区数为2、T3分区数为3。如果Consumers订阅信息为：

C0	T0
C1	T0、T1
C2	T0、T1、T2

则Consumers分区分配方案为：

C0	T0P0
C1	T1P0
C2	T1P1、T2P0、T2P1、T2P2

3.RangeAssignor详解

与RoundRobinAssignor不同，RangeAssignor作用域为每个Topic。对于每一个Topic，将该Topic的所有可用partitions和订阅该Topic的所有consumers展开(字典排序)，然后将partitions数量除以consumers数量，算数除的结果分别分配给订阅该Topic的consumers，算数除的余数分配给前一个或者前几个consumers。

所以，如果该Topic的partitions数量与订阅该Topic的consumers数量不是整数倍关系，将造成前一个或者前几个consumer分配到较多的partitions，达不到consumer之间分区分配均衡的效果(不管是面向所有Topics还是单个Topic)。例如：两个consumers(C0、C1)，两个Topics(T0、T1)，分区数均为3。如果Consumers订阅信息为：

C0	T0
C1	T1

则Consumers分区分配方案为：

C0	T0P0、T0P1、T1P0、T1p1
C1	T0P2、T1P2

4.StickyAssignor详解

前两种分配策略(RoundRobinAssignor、RangeAssignor)都存在分区分配不均衡的情况，而StickyAssignor有两个目标：

• 首先，尽可能保证分区分配均衡(即分配给consumers的分区数最大相差为1)；
• 其次，当发生分区重分配时，尽可能多的保留现有的分配结果。当然，第一个目标的优先级高于第二个目标。

乍一看，这个描述跟RoundRobinAssignor相同，其实并非如此。例如：三个consumers(C0、C1、C2)，四个Topics(T0、T1、T2、T3)。

如果Consumers订阅信息为：

C0	T0、T1、T2、T3
C1	T0、T1、T2、T3
C2	T0、T1、T2、T3

则RoundRobinAssignor和StickyAssignor分区分配方案均为：

C0	T0P0、T1P1、T3P0
C1	T0P1、T2P0、T3P1
C2	T1P0、T2P1

现在，假设C1被移除，将触发分区重分配。此时，RoundRobinAssignor和StickyAssignor的分区分配方案将有所差异。

RoundRobinAssignor分区分配方案将变为：

C0	T0P0、T1P0、T2P0、T3P0
C2	T0P1、T1P1、T2P1、T3P1

保留之前的分区分配方案的3个分区不变。

StickyAssignor分区分配方案将变为：

C0	T0P0、T1P1、T3P0、T2P0
C2	T1P0、T2P1、T0P1、T3P1

保留之前的分区分配方案的5个分区不变。由此可见，StickyAssignor尽量保存之前的分区分配方案，分区重分配变动更小。

以上为所有consumers均订阅所有topics的场景，接着介绍consumers订阅topics不相同的场景。例如：三个consumers(C0、C1、C2)，三个Topics(T0、T1、T2)，分区数分别为1、2、3。如果consumers订阅信息为：

C0	T0
C1	T0、T1
C2	T0、T1、T2

RoundRobinAssignor分区分配方案为：

C0	T0P0
C1	T1P0
C2	T1P1、T2P0、T2P1、T2P2

StickyAssignor分区分配方案为：

C0	T0P0
C1	T1P0、T1P1
C2	T2P0、T2P1、T2P2

由此可见，分区均衡性来说，RoundRobinAssignor不如StickyAssignor均衡。

现在，假设C0被移除，将触发分区重分配。此时，RoundRobinAssignor和StickyAssignor的分区分配方案将有所差异。

RoundRobinAssignor分区分配方案将变为：

C1	T0P0、T1P1
C2	T1P0、T2P0、T2P1、T2P2

保留之前的分区分配方案的4个分区不变。

StickyAssignor分区分配方案将变为：

C1	T1P0、T1P1、T0P0
C2	T2P0、T2P1、T2P2

保留之前的分区分配方案的5个分区不变。

由此可见，StickyAssignor尽量保存之前的分区分配方案，分区重分配变动更小。

5.CooperativeStickyAssignor详解

上述三种分区分配策略均是基于eager协议，Kafka2.4.0开始引入CooperativeStickyAssignor策略。CooperativeStickyAssignor与之前的StickyAssignor虽然都是维持原来的分区分配方案。

最大的区别是：StickyAssignor仍然是基于eager协议，分区重分配时候，都需要consumers先放弃当前持有的分区，重新加入consumer group；而CooperativeStickyAssignor基于cooperative协议，该协议将原来的一次全局分区重平衡，改成多次小规模分区重平衡。

例如：一个Topic(T0，三个分区)，两个consumers(consumer1、consumer2)均订阅Topic(T0)。如果consumers订阅信息为：

consumer1	T0P0、T0P2
consumer2	T0P1

此时，新的consumer3加入消费者组，那么基于eager协议的分区重分配策略流程：

1. consumer1、 consumer2正常发送心跳信息到Group Coordinator。

2. 随着consumer3加入，Group Coordinator收到对应的Join Group请求，Group Coordinator确认有新成员需要加入消费者组。

3. Group Coordinator 通知consumer1和consumer2，需要rebalance了。

4. consumer1和consumer2放弃（revoke）当前各自持有的已有分区，重新发送Join Group请求到Group Coordinator。

5. Group Coordinator依据指定的分区分配策略的处理逻辑，生成新的分区分配方案，然后通过Sync Group请求，将新的分区分配方案发送给consumer1、consumer2、consumer3。

6. 所有consumers按照新的分区分配，重新开始消费数据。

而基于cooperative协议的分区分配策略的流程：

1. consumer1、 consumer2正常发送心跳信息到Group Coordinator。

2. 随着consumer3加入，Group Coordinator收到对应的Join Group请求，Group Coordinator确认有新成员需要加入消费者组。

3. Group Coordinator 通知consumer1和consumer2，需要rebalance了。

4. consumer1、consumer2通过Join Group请求将已经持有的分区发送给Group Coordinator。注意：并没有放弃(revoke)已有分区。

5. Group Coordinator取消consumer1对分区p2的消费，然后发送sync group请求给consumer1、consumer2。

6. consumer1、consumer2接收到分区分配方案，重新开始消费。至此，一次Rebalance完成。

7. 当前p2也没有被消费，再次触发下一轮rebalance，将p2分配给consumer3消费。

https://cwiki.apache.org/confluence/display/KAFKA/Incremental+Cooperative+Rebalancing%3A+Support+and+Policies

https://www.confluent.io/blog/incremental-cooperative-rebalancing-in-kafka/

https://www.confluent.io/blog/cooperative-rebalancing-in-kafka-streams-consumer-ksqldb/