kafka专题
消息系统介绍
一个消息系统负责将数据从一个应用传递到另外一个应用,应用只需关注于数据,无需关注数据在两个或多个应用间是如何传递的。分布式消息传递基于可靠的消息队列,在客户端应用和消息系统之间异步传递消息。有两种主要的消息传递模式:点对点传递模式、发布-订阅模式。大部分的消息系统选用发布-订阅模式。
点对点消息系统
在点对点消息系统中,消息持久化到一个队列中。此时,将有一个或多个消费者消费队列中的数据。但是一条消息只能被消费一次。当一个消费者消费了队列中的某条数据之后,该条数据则从消息队列中删除。该模式即使有多个消费者同时消费数据,也能保证数据处理的顺序.
发布-订阅消息系统
在发布-订阅消息系统中,消息被持久化到一个topic中。与点对点消息系统不同的是,消费者可以订阅一个或多个topic,消费者可以消费该topic中所有的数据,同一条数据可以被多个消费者消费,数据被消费后不会立马删除。在发布-订阅消息系统中,消息的生产者称为发布者,消费者称为订阅者。该模式的示例图如下:
Kafka概述
Apache Kafka是一个分布式的发布-订阅消息系统,能够支撑海量数据的数据传递。在离线和实时的消息处理业务系统中,Kafka都有广泛的应用。Kafka将消息持久化到磁盘中,并对消息创建了备份保证了数据的安全。Kafka在保证了较高的处理速度的同时,又能保证数据处理的低延迟和数据的零丢失。
Kafka的优势在于:
可靠性:Kafka是一个具有分区机制、副本机制和容错机制的分布式消息系统
可扩展性:Kafka消息系统支持集群规模的热扩展
高性能:Kafka在数据发布和订阅过程中都能保证数据的高吞吐量。即便在TB级数据存储的情况下,仍然能保证稳定的性能。
Kafka 专用术语
一个topic配置了3个partition。Partition1有两个offset:0和1。Partition2有4个offset。Partition3有1个offset。副本的id和副本所在的机器的id恰好相同。
如果一个topic的副本数为3,那么Kafka将在集群中为每个partition创建3个相同的副本。集群中的每个broker存储一个或多个partition。多个producer和consumer可同时生产和消费数据。
各个术语的详细介绍如下:
- Topic:在Kafka中,使用一个类别属性来划分数据的所属类,划分数据的这个类称为topic。如果把Kafka看做为一个数据库,topic可以理解为数据库中的一张表,topic的名字即为表名。
- Partition:topic中的数据分割为一个或多个partition。每个topic至少有一个partition。每个partition中的数据使用多个segment文件存储。partition中的数据是有序的,partition间的数据丢失了数据的顺序。如果topic有多个partition,消费数据时就不能保证数据的顺序。在需要严格保证消息的消费顺序的场景下,需要将partition数目设为1。
- Partition offset:每条消息都有一个当前Partition下唯一的64字节的offset,它指明了这条消息的起始位置。
- Replicas of partition:副本是一个分区的备份。副本不会被消费者消费,副本只用于防止数据丢失,即消费者不从为follower的partition中消费数据,而是从为leader的partition中读取数据。
- Broker:
- Kafka 集群包含一个或多个服务器,服务器节点称为broker。
- broker存储topic的数据。如果某topic有N个partition,集群有N个broker,那么每个broker存储该topic的一个partition。
- 如果某topic有N个partition,集群有(N+M)个broker,那么其中有N个broker存储该topic的一个partition,剩下的M个broker不存储该topic的partition数据。
- 如果某topic有N个partition,集群中broker数目少于N个,那么一个broker存储该topic的一个或多个partition。在实际生产环境中,尽量避免这种情况的发生,这种情况容易导致Kafka集群数据不均衡。
- Producer:生产者即数据的发布者,该角色将消息发布到Kafka的topic中。broker接收到生产者发送的消息后,broker将该消息追加到当前用于追加数据的segment文件中。生产者发送的消息,存储到一个partition中,生产者也可以指定数据存储的partition。
- Consumer:消费者可以从broker中读取数据。消费者可以消费多个topic中的数据。
- Leader:每个partition有多个副本,其中有且仅有一个作为Leader,Leader是当前负责数据的读写的partition。
- Follower:Follower跟随Leader,所有写请求都通过Leader路由,数据变更会广播给所有Follower,Follower与Leader保持数据同步。如果Leader失效,则从Follower中选举出一个新的Leader。当Follower与Leader挂掉、卡住或者同步太慢,leader会把这个follower从“in sync replicas”(ISR)列表中删除,重新创建一个Follower。
Kafka架构
- Broker:Kafka的broker是无状态的,broker使用Zookeeper维护集群的状态。Leader的选举也由Zookeeper负责。
- Zookeeper:Zookeeper负责维护和协调broker。当Kafka系统中新增了broker或者某个broker发生故障失效时,由ZooKeeper通知生产者和消费者。生产者和消费者依据Zookeeper的broker状态信息与broker协调数据的发布和订阅任务。
- Producer:生产者将数据推送到broker上,当集群中出现新的broker时,所有的生产者将会搜寻到这个新的broker,并自动将数据发送到这个broker上。
- Consumer:因为Kafka的broker是无状态的,所以consumer必须使用partition offset来记录消费了多少数据。如果一个consumer指定了一个topic的offset,意味着该consumer已经消费了该offset之前的所有数据。consumer可以通过指定offset,从topic的指定位置开始消费数据。consumer的offset存储在Zookeeper中。
Kafka工作流程
Kafka将某topic的数据存储到一个或多个partition中。一个partition内数据是有序的,每条数据都有一个唯一的index,这个index叫做offset。新来的数据追加到partition的尾部。每条数据可以在不同的broker上做备份,从而保证了Kafka使用的可靠性。
生产者将消息发送到topic中,消费者可以选择多种消费方式消费Kafka中的数据。下面介绍两种消费方式的流程。
一个消费者订阅数据:
- 生产者将数据发送到指定topic中
- Kafka将数据以partition的方式存储到broker上。Kafka支持数据均衡,例如生产者生成了两条消息,topic有两个partition,那么Kafka将在两个partition上分别存储一条消息
- 消费者订阅指定topic的数据
- 当消费者订阅topic中消息时,Kafka将当前的offset发给消费者,同时将offset存储到Zookeeper中
- 消费者以特定的间隔(如100ms)向Kafka请求数据
- 当Kafka接收到生产者发送的数据时,Kafka将这些数据推送给消费者
- 消费者受到Kafka推送的数据,并进行处理
- 当消费者处理完该条消息后,消费者向Kafka broker发送一个该消息已被消费的反馈
- 当Kafka接到消费者的反馈后,Kafka更新offset包括Zookeeper中的offset。
- 以上过程一直重复,直到消费者停止请求数据
- 消费者可以重置offset,从而可以灵活消费存储在Kafka上的数据
消费者组数据消费流程
Kafka支持消费者组内的多个消费者同时消费一个topic,一个消费者组由具有同一个Group ID的多个消费者组成。具体流程如下:
- 生产者发送数据到指定的topic
- Kafka将数据存储到broker上的partition中
- 假设现在有一个消费者订阅了一个topic,topic名字为“test”,消费者的Group ID为“Group1”
- 此时Kafka的处理方式与只有一个消费者的情况一样
- 当Kafka接收到一个同样Group ID为“Group1”、消费的topic同样为“test"的消费者的请求时,Kafka把数据操作模式切换为分享模式,此时数据将在两个消费者上共享。
- 当消费者的数目超过topic的partition数目时,后来的消费者将消费不到Kafka中的数据。因为在Kafka给每一个消费者消费者至少分配一个partition,一旦partition都被指派给消费者了,新来的消费者将不会再分配partition。即一个partition只能分配给一个消费者,一个消费者可以消费多个partition。
安装
安装zookeeper依赖
Apache ZooKeeper - Home
启动kafka很简单,配置好前置的操作后,先进入zookeeper的目录下,启动zookeeper,可以单独安装,也可以使用kafka中集成的zookeeper,默认在bin目录下有zookeeper的启动脚本,zookeeper和kafka的配置均在kafka安装包下的config目录下,下面采用单独安装kafka的方式
cd /data/soft/zookeeper
// 启动脚本使用方法
Usage: ./bin/zkServer.sh {start|start-foreground|stop|restart|status|upgrade|print-cmd}
// 启动Zookeeper
./bin/zkServer.sh start
// 关闭Zookeeper
./bin/zkServer.sh stop
// 查看进程是否启动
ps -ef | grep zookeepe
PS:因为kafka是需要注册在zookeeper上面,通过zookeeper进行管理和调度的,所以启动kafka之前,我们必须要启动zookeeper。
2. kafka安装
随后我们进入Kafka目录下,启动kafka,具体操作命令如下所示:
cd /usr/local/kafka_2.11-1.0.0
// 修改配置
vim /usr/local/kafka/config/server.properties kafka配置
/usr/local/kafka/config/zookeeper.properties kafka集成的zookeeper配置
// 启动kafka
./bin/kafka-server-start.sh -daemon ./config/server.properties
// 查看
jps -lm
11776 /usr/local/cerebro-0.7.2/lib/cerebro.cerebro-0.7.2-launcher.jar
1392 /usr/share/jenkins/jenkins.war --webroot=/var/cache/jenkins/war --httpPort=8080
24209 sun.tools.jps.Jps -lm
20867 com.github.ltsopensource.startup.jobtracker.JobTrackerStartup /data/soft/lts/conf/zoo
20755 com.github.ltsopensource.startup.admin.JettyContainer /data/soft/lts
7972 org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain /data/soft/zookeeper-3.3.6/bin/../conf/zoo.cfg
10486 kafka.Kafka ../config/server.properties
12029 com.quantifind.kafka.offsetapp.OffsetGetterWeb --zk 127.0.0.1:2181 --port 9001 --refresh 10.seconds --retain 2.days
11471 org.elasticsearch.bootstrap.Elasticsearch
PS: 可以看到zookeeper和kafka都已经运行起来了,当然这个是单机的命令,集群的命令后面再讲。
kafka常用命令总结
1. 查看topic的详细信息
bin/kafka-topics.sh -zookeeper 127.0.0.1:2181 -describe -topic testKJ1
2. 为topic增加副本
bin/kafka-reassign -partitions.sh -zookeeper 127.0.0.1:2181 -reassignment-json-file json/partitions-to-move.json -execute
3. 创建topic
bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper localhost:2181 --replication -factor1 --partitions 1 --topic testKJ1
4. 为topic增加partition
bin/bin/kafka-topics.sh –zookeeper 127.0.0.1:2181 –alter –partitions2 –topic testKJ1
5. kafka生产者客户端命令
bin/kafka-console-producer.sh --broker-list localhost:9092 --topic testKJ1
6. kafka消费者客户端命令
bin/kafka-console-consumer.sh -zookeeper localhost:2181 --from-beginning --topic testKJ1
7. kafka服务启动
bin/kafka-server-start.sh -daemon ../config/server.properties
8. 下线broker
bin/kafka-run-class.sh kafka.admin.ShutdownBroker --zookeeper 127.0.0.1:2181 --broker #brokerId# --num.retries3--retry.interval.ms 60
shutdown broker
9. 删除topic,只会删除zookeeper中的元数据,消息文件须手动删除
bin/kafka-run-class.sh kafka.admin.DeleteTopicCommand --topic testKJ1 --zookeeper 127.0.0.1:2181
10. 查看topic消费进度
这个会显示出consumer group的offset情况, 必须参数为--group, 不指定--topic,默认为所有topic
查看consumer组内消费的offset
bin/kafka-run-class.sh kafka.tools.ConsumerOffsetChecker --zookeeper localhost:2181 --group test --topic testKJ1
bin/kafka-consumer-offset-checker.sh --zookeeper 192.168.0.201:12181 --group group1 --topic group1
11. 查看consumer group列表
bin/kafka-consumer-groups.sh --zookeeper 127.0.0.1:2181 --list
Connecting to ZooKeeper
1. check status
$ bin/zkServer.sh status
2. connect
$ bin/zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181
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