一、简介

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1、消息传输流程

Kafka is a distributed,partitioned,replicated commit logservice。它提供了类似于JMS的特性，但是在设计实现上完全不同，此外它并不是JMS规范的实现。kafka对消息保存时根据Topic进行归类，发送消息者成为Producer,消息接受者成为Consumer,此外kafka集群有多个kafka实例组成，每个实例(server)成为broker。无论是kafka集群，还是producer和consumer都依赖于zookeeper来保证系统可用性集群保存一些meta信息。

Producer即生产者，向Kafka集群发送消息，在发送消息之前，会对消息进行分类，即Topic，上图展示了两个producer发送了分类为topic1的消息，另外一个发送了topic2的消息。

Topic即主题，通过对消息指定主题可以将消息分类，消费者可以只关注自己需要的Topic中的消息

Consumer即消费者，消费者通过与kafka集群建立长连接的方式，不断地从集群中拉取消息，然后可以对这些消息进行处理。

2、Topics/logs

一个Topic可以认为是一类消息，每个topic将被分成多个partition(区),每个partition在存储层面是append log文件。任何发布到此partition的消息都会被直接追加到log文件的尾部，每条消息在文件中的位置称为offset（偏移量），offset为一个long型数字，它是唯一标记一条消息。它唯一的标记一条消息。kafka并没有提供其他额外的索引机制来存储offset，因为在kafka中几乎不允许对消息进行“随机读写”。

谈到kafka的存储，就不得不提到分区，即partitions，创建一个topic时，同时可以指定分区数目，分区数越多，其吞吐量也越大，但是需要的资源也越多，同时也会导致更高的不可用性，kafka在接收到生产者发送的消息之后，会根据均衡策略将消息存储到不同的分区中。

kafka服务器消息存储策略如图

kafka和JMS（Java Message Service）实现(activeMQ)不同的是:即使消息被消费,消息仍然不会被立即删除.日志文件将会根据broker中的配置要求,保留一定的时间之后删除;比如log文件保留2天,那么两天后,文件会被清除,无论其中的消息是否被消费.kafka通过这种简单的手段,来释放磁盘空间,以及减少消息消费之后对文件内容改动的磁盘IO开支.

对于consumer而言,它需要保存消费消息的offset,对于offset的保存和使用,有consumer来控制;当consumer正常消费消息时,offset将会"线性"的向前驱动,即消息将依次顺序被消费.事实上consumer可以使用任意顺序消费消息,它只需要将offset重置为任意值..(offset将会保存在zookeeper中,参见下文)

kafka集群几乎不需要维护任何consumer和producer状态信息,这些信息有zookeeper保存;因此producer和consumer的客户端实现非常轻量级,它们可以随意离开,而不会对集群造成额外的影响.

partitions的设计目的有多个.最根本原因是kafka基于文件存储.通过分区,可以将日志内容分散到多个server上,来避免文件尺寸达到单机磁盘的上限,每个partiton都会被当前server(kafka实例)保存;可以将一个topic切分多任意多个partitions,来消息保存/消费的效率.此外越多的partitions意味着可以容纳更多的consumer,有效提升并发消费的能力.(具体原理参见下文).

3、Distribution（分布）

一个Topic的多个partitions,被分布在kafka集群中的多个server上;每个server(kafka实例)负责partitions中消息的读写操作;此外kafka还可以配置partitions需要备份的个数(replicas),每个partition将会被备份到多台机器上,以提高可用性.

基于replicated方案,那么就意味着需要对多个备份进行调度;每个partition都有一个server为"leader";leader负责所有的读写操作,如果leader失效,那么将会有其他follower来接管(成为新的leader);follower只是单调的和leader跟进,同步消息即可..由此可见作为leader的server承载了全部的请求压力,因此从集群的整体考虑,有多少个partitions就意味着有多少个"leader",kafka会将"leader"均衡的分散在每个实例上,来确保整体的性能稳定.

Producers

Producer将消息发布到指定的Topic中,同时Producer也能决定将此消息归属于哪个partition;比如基于"round-robin"方式或者通过其他的一些算法等.

Consumers

本质上kafka只支持Topic.每个consumer属于一个consumer group;反过来说,每个group中可以有多个consumer.发送到Topic的消息,只会被订阅此Topic的每个group中的一个consumer消费.

如果所有的consumer都具有相同的group,这种情况和queue模式很像;消息将会在consumers之间负载均衡.

如果所有的consumer都具有不同的group,那这就是"发布-订阅";消息将会广播给所有的消费者.

在kafka中,一个partition中的消息只会被group中的一个consumer消费;每个group中consumer消息消费互相独立;我们可以认为一个group是一个"订阅"者,一个Topic中的每个partions,只会被一个"订阅者"中的一个consumer消费,不过一个consumer可以消费多个partitions中的消息.kafka只能保证一个partition中的消息被某个consumer消费时,消息是顺序的.事实上,从Topic角度来说,消息仍不是有序的.

kafka的设计原理决定,对于一个topic,同一个group中不能有多于partitions个数的consumer同时消费,否则将意味着某些consumer将无法得到消息.

Guarantees

1) 发送到partitions中的消息将会按照它接收的顺序追加到日志中

2) 对于消费者而言,它们消费消息的顺序和日志中消息顺序一致.

3) 如果Topic的"replicationfactor"为N,那么允许N-1个kafka实例失效。

与生产者的交互

生产者在向kafka集群发送消息的时候，可以通过指定分区来发送到指定的分区中，也可以通过指定均衡策略来将消息发送到不同的分区中，如果不指定，就会采用默认的随机均衡策略，将消息随机的存储到不同的分区中

与消费者的交互

在消费者消费消息时，kafka使用offset来记录当前消费的位置，在kafka的设计中，可以有多个不同的group来同时消费同一个topic下的消息，如图，我们有两个不同的group同时消费，他们的的消费的记录位置offset各不项目，不互相干扰。

对于一个group而言，消费者的数量不应该多余分区的数量，因为在一个group中，每个分区至多只能绑定到一个消费者上，即一个消费者可以消费多个分区，一个分区只能给一个消费者消费

因此，若一个group中的消费者数量大于分区数量的话，多余的消费者将不会收到任何消息。

二、使用场景

1、Messaging

对于一些常规的消息系统,kafka是个不错的选择;partitons/replication和容错,可以使kafka具有良好的扩展性和性能优势.不过到目前为止,我们应该很清楚认识到,kafka并没有提供JMS中的"事务性""消息传输担保(消息确认机制)""消息分组"等企业级特性;kafka只能使用作为"常规"的消息系统,在一定程度上,尚未确保消息的发送与接收绝对可靠(比如,消息重发,消息发送丢失等)

2、Websit activity tracking

kafka可以作为"网站活性跟踪"的最佳工具;可以将网页/用户操作等信息发送到kafka中.并实时监控,或者离线统计分析等

3、Log Aggregation

kafka的特性决定它非常适合作为"日志收集中心";application可以将操作日志"批量""异步"的发送到kafka集群中,而不是保存在本地或者DB中;kafka可以批量提交消息/压缩消息等,这对producer端而言,几乎感觉不到性能的开支.此时consumer端可以使hadoop等其他系统化的存储和分析系统.

三、设计原理

kafka的设计初衷是希望作为一个统一的信息收集平台,能够实时的收集反馈信息,并需要能够支撑较大的数据量,且具备良好的容错能力。

1、持久性

2、性能

3、生产者

4、消费者

5、消息传送机制

6、复制备份

7、日志

8、分配

四、主要配置

1、Broker配置

2、Consumer主要配置

3、Producer主要配置

五、kafka集群搭建步骤

1、系统环境

主机名	系统	zookeeper版本	IP
master	CentOS7.4	3.4.12	192.168.56.129
slave1	CentOS7.4	3.4.12	192.168.56.130
slave2	CentOS7.4	3.4.12	192.168.56.131

2、暂时关闭防火墙和selinux

3、软件下载

下载地址：http://kafka.apache.org/downloads.html

备注:下载最新的二进制tgz包

4、搭建zookeeper集群

备注：小伙伴可以参考上一篇文章即可

5、kafka集群

5.1、根据上面的zookeeper集群服务器，把kafka上传到/home下

5.2、解压

[root@master home]# tar -zxvf kafka_2.12-2.0.0.tgz

[root@master home]# mv kafka_2.12-2.0.0 kafka01

5.3、配置文件

[root@master home]# cd /home/kafka01/config/

备注：server.properties文件里的broker.id,log.dirs,zookeeper.connect必须根据实际情况进行修改，其他项根据需要自行斟酌，master配置如下：

broker.id=1

port=9091

num.network.threads=2

num.io.threads=2

socket.send.buffer.bytes=1048576

socket.receive.buffer.bytes=1048576

socket.request.max.bytes=104857600

 log.dirs=/var/log/kafka/kafka-logs

num.partitions=2

log.flush.interval.messages=10000

log.flush.interval.ms=1000

log.retention.hours=168

#log.retention.bytes=1073741824

log.segment.bytes=536870912

num.replica.fetchers=2

log.cleanup.interval.mins=10

zookeeper.connect=192.168.56.129:2181,192.168.56.130:2181,192.168.56.131:2181

zookeeper.connection.timeout.ms=1000000

kafka.metrics.polling.interval.secs=5

kafka.metrics.reporters=kafka.metrics.KafkaCSVMetricsReporter

kafka.csv.metrics.dir=/tmp/kafka_metrics

kafka.csv.metrics.reporter.enabled=false

5.4、启动服务（master）----前提是三个节点的zookeeper已启动

[root@master kafka01]# ./bin/kafka-server-start.sh config/server.properties &

补充：

问题：&可以使程序在后台运行，但一旦断开ssh终端，后台Java程序也会终止。

解决办法：使用shell脚本启动

[root@master kafka01]# cat start.sh

#!/bin/bash

cd /home/kafka01/

./bin/kafka-server-start.sh config/server.properties &

exit

授权，运行即可

[root@master kafka01]#chmod +x start.sh

5.5、配置slave1和slave2

slave1配置如下：

broker.id=2

port=9092

log.dirs=/var/log/kafka

zookeeper.connect=192.168.56.129:2181,192.168.56.130:2181,192.168.56.131:2181

启动即可

slave2配置如下：

broker.id=3

port=9093

log.dirs=/var/log/kafka

zookeeper.connect=192.168.56.129:2181,192.168.56.130:2181,192.168.56.131:2181

启动即可

6、测试

Kafka通过topic对同一类的数据进行管理，同一类的数据使用同一个topic可以在处理数据时更加的便捷

6.1、创建一个Topic

[root@master kafka01]# bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper 192.168.56.129:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic test

查看

[root@master kafka01]# bin/kafka-topics.sh --list --zookeeper 192.168.56.129:2181

6.2、创建一个消息消费者

[root@master kafka01]# bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 192.168.56.129:9091 --topic test --from-beginning

消费者创建完成之后，因为还没有发送任何数据，因此这里在执行后没有打印出任何数据

        不过别着急，不要关闭这个终端，打开一个新的终端，接下来我们创建第一个消息生产者

6.3、创建一个消息生产者

在kafka解压目录打开一个新的终端，输入

[root@master kafka01]# bin/kafka-console-producer.sh --broker-list 192.168.56.129:9091 --topic test

在发送完消息之后，可以回到我们的消息消费者终端中，可以看到，终端中已经打印出了我们刚才发送的消息

zookeeper查看topic

到此即可，共同进步之路！！！！！

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