kafka学习笔记：知识点整理

Posted 2020-09-21

一、kafka 架构

1.1 拓扑结构

如下图：

图.1

1.2 相关概念

如图.1中，kafka 相关名词解释如下：

 

1.producer：　　消息生产者，发布消息到 kafka 集群的终端或服务。2.broker：　　kafka 集群中包含的服务器。3.topic：　　每条发布到 kafka 集群的消息属于的类别，即 kafka 是面向 topic 的。4.partition：　　partition 是物理上的概念，每个 topic 包含一个或多个 partition。kafka 分配的单位是 partition。5.consumer：　　从 kafka 集群中消费消息的终端或服务。6.Consumer group：　　high-level consumer API 中，每个 consumer 都属于一个 consumer group，每条消息只能被 consumer group 中的一个 Consumer 消费，但可以被多个 consumer group 消费。7.replica：　　partition 的副本，保障 partition 的高可用。8.leader：　　replica 中的一个角色， producer 和 consumer 只跟 leader 交互。9.follower：　　replica 中的一个角色，从 leader 中复制数据。10.controller：　　kafka 集群中的其中一个服务器，用来进行 leader election 以及 各种 failover。12.zookeeper：　　kafka 通过 zookeeper 来存储集群的 meta 信息。

 

1.3 zookeeper 节点

kafka 在 zookeeper 中的存储结构如下图所示：

 

图.2

二、producer 发布消息

2.1 写入方式

producer 采用 push 模式将消息发布到 broker，每条消息都被 append 到 patition 中，属于顺序写磁盘（顺序写磁盘效率比随机写内存要高，保障 kafka 吞吐率）。

2.2 消息路由

producer 发送消息到 broker 时，会根据分区算法选择将其存储到哪一个 partition。其路由机制为：

1. 指定了 patition，则直接使用；2. 未指定 patition 但指定 key，通过对 key 的 value 进行hash 选出一个 patition3. patition 和 key 都未指定，使用轮询选出一个 patition。

 附上 java 客户端分区源码，一目了然：

//创建消息实例public ProducerRecord(String topic, Integer partition, Long timestamp, K key, V value) {     if (topic == null)          throw new IllegalArgumentException("Topic cannot be null");     if (timestamp != null && timestamp < 0)          throw new IllegalArgumentException("Invalid timestamp " + timestamp);     this.topic = topic;     this.partition = partition;     this.key = key;     this.value = value;     this.timestamp = timestamp;
}//计算 patition，如果指定了 patition 则直接使用，否则使用 key 计算private int partition(ProducerRecord<K, V> record, byte[] serializedKey , byte[] serializedValue, Cluster cluster) {
     Integer partition = record.partition();     if (partition != null) {
          List<PartitionInfo> partitions = cluster.partitionsForTopic(record.topic());          int lastPartition = partitions.size() - 1;          if (partition < 0 || partition > lastPartition) {               throw new IllegalArgumentException(String.format("Invalid partition given with record: %d is not in the range [0...%d].", partition, lastPartition));
          }          return partition;
     }     return this.partitioner.partition(record.topic(), record.key(), serializedKey, record.value(), serializedValue, cluster);
}// 使用 key 选取 patitionpublic int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {
     List<PartitionInfo> partitions = cluster.partitionsForTopic(topic);     int numPartitions = partitions.size();     if (keyBytes == null) {          int nextValue = counter.getAndIncrement();
          List<PartitionInfo> availablePartitions = cluster.availablePartitionsForTopic(topic);          if (availablePartitions.size() > 0) {               int part = DefaultPartitioner.toPositive(nextValue) % availablePartitions.size();               return availablePartitions.get(part).partition();
          } else {               return DefaultPartitioner.toPositive(nextValue) % numPartitions;
          }
     } else {          //对 keyBytes 进行 hash 选出一个 patition
          return DefaultPartitioner.toPositive(Utils.murmur2(keyBytes)) % numPartitions;
     }
}

2.3 写入流程

 producer 写入消息序列图如下所示：

图.3

流程说明：

 

1. producer 先从 zookeeper 的 "/brokers/.../state" 节点找到该 partition 的 leader2. producer 将消息发送给该 leader3. leader 将消息写入本地 log4. followers 从 leader pull 消息，写入本地 log 后 leader 发送 ACK5. leader 收到所有 ISR 中的 replica 的 ACK 后，增加 HW（high watermark，最后 commit 的 offset） 并向 producer 发送 ACK

 

2.4 producer delivery guarantee

 一般情况下存在三种情况：

1. At most once 消息可能会丢，但绝不会重复传输2. At least one 消息绝不会丢，但可能会重复传输3. Exactly once 每条消息肯定会被传输一次且仅传输一次

当 producer 向 broker 发送消息时，一旦这条消息被 commit，由于 replication 的存在，它就不会丢。但是如果 producer 发送数据给 broker 后，遇到网络问题而造成通信中断，那 Producer 就无法判断该条消息是否已经 commit。虽然 Kafka 无法确定网络故障期间发生了什么，但是 producer 可以生成一种类似于主键的东西，发生故障时幂等性的重试多次，这样就做到了 Exactly once，但目前还并未实现。所以目前默认情况下一条消息从 producer 到 broker 是确保了 At least once，可通过设置 producer 异步发送实现At most once。

源码来源：http://minglisoft.cn/technology

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