kafka是什么?使用场景?

 kafka是一个高吞吐的分布式消息队列系统。

 特点:

            生产者消费者模式

            先进先出(FIFO)保证顺序

            可靠性

                    自己不丢数据,

                    默认每隔7天清理数据。

 消息列队常见场景:

                系统之间解耦合、峰值压力缓冲、异步通信。

 kafka生产消息、存储消息、消费消息



Kafka
架构

        producer                 (消息生存者)

        broker                      (kafka集群的server,负责处理消息读、写请求,存储消息)

        consumer                 消息消费者)

        zookeeper               元数据信息存在zookeeper中,包括:存储消费偏移量,topic话题信息,partition信息)

模型

        topic

                消息队列/分类,给消息分类

                kafka里面的消息是有topic来组织的,简单的我们可以想象为一个队列就是一个topic(非严格的队列)

       Partition         

                每个topic又分为很多个partition。

                每个partition可以同时接受producer写,增加并行度,降低单点的磁盘压力

                每个Partition存储层面是append log文件,消息会被追加到log文件尾部

                       所以在每个partition内部消息强有序,相当于有序的队列,partiton层面才是严格的FIFO

                       其中每个消息都有个序号offset,即偏移量,Long型,唯一标记

                每个partition存储在不同的broker

                        即 一个partition对应一个broker,一个broker可以管多个partition

        Segment

                每个Partition物理上有多个segment组成
                美团的文章,Kafka底层存储详解 : 转载: Kafka文件存储机制那些事

生产消费策略

            producer自己决定往哪个partition里面去写

                     这里有一些的策略,譬如基于轮询的负载均衡策略,基于Hash的partition策略

            Kafka不需要维护consumer消费的偏移量,consumer自己维护消费到哪个offset,默认写到zookeeper中。

            每个consumer都有对应的groupgroup内是queue消费模型

                       各个consumer消费不同的partition,也就是一个消息只会被一个consumer消费,即一个消息在group内只消费一次

                       group间是publish-subscribe消费模型,各个group各自独立消费,互不影响,因此一个消息可以被每个group消费一次。

             这个partition可以很简单想象为一个append log文件,当数据发过来的时候它就往这个partition上面append,追加就行,消息不经过内存缓冲,直接写入文件(零拷贝,不进入用户空间)。

            kafka是根据时间策略删除,而不是消费完就删除,在kafka里面只有过期(消费完)这样一个概念。

                        默认一周后删除,没消费也删除。

                        kafka和很多消息系统不一样,很多消息系统是消费完了我就把它删掉

kafka的特点

            有消息系统的系统的特点:

                        生存者消费者模型,FIFO

                        Partition内部是FIFO的,partition之间呢不是FIFO的,即一个topic不是FIFO

                        当然我们可以把topic设为一个partition,这样就是严格的FIFO

             高性能:

                        单节点支持上千个客户端,百MB/s吞吐,接近网卡的极限

            持久性:

                        消息直接持久化在普通磁盘上且性能好

                        直接写到磁盘中去,就是直接append到磁盘里去,这样的好处是直接持久化,数据不会丢失。

                        第二个好处是顺序写,然后消费数据也是顺序的读,所以持久化的同时还能保证顺序,比较好,因为磁盘顺序读比较好。

           分布式:

                       数据副本冗余、流量负载均衡、可扩展

                        分布式,数据副本,也就是同一份数据可以到不同的broker上面去,也就是当一份数据,磁盘坏掉的时候,数据不会丢失。

                                比如3个副本,就是在3个机器磁盘都坏掉的情况下数据才会丢,在大量使用情况下看这样是非常好的。

                                负载均衡,可扩展,在线扩展,不需要停服务。

           很灵活:

                      消息长时间持久化 +消费者自己维护消费状态

                       消费方式非常灵活,

                                    第一原因是消息持久化时间跨度比较长,一天或者一星期等,

                                    第二消费状态自己维护消费到哪个地方了可以自定义消费偏移量。

                      很灵活即Kafka做的工作很少,需要用户自己维护的多。


Partition的备份 replicas

           ·  每个Partition都有一个broker server 为leader,leader负责读写操作

                     多个 follow broker 单调同步 leader broker的 这个partition的信息,备份这个partition 。(可以没有由 broker的配置信息决定)    

                     leader 和 follow 都将一条消息保存成功,消息才是 committed

                     follow落后太多或失效,会被leader从replicas同步列表中删除。

         ·  当一个broker停止或者crashes时,所有本来将它作为leader的 Partition 将会把leader转移到其他broker上去。

                     极端情况下,会导致同一个leader管理多个分区,导致负载不均衡。

                     同时当这个broker重启时,如果这个broker不再是任何分区的leader,kafka的client也不会从这个broker来读取消息,从而导致资源的浪费。

         · 因此kafka中有一个被称为优先副本(preferred replicas)的概念。

                    如果一个分区有3个副本,且这3个副本的优先级别分别为0,1,2,根据优先副本的概念,0会作为leader 。当0节点的broker挂掉时,会启动1这个节点broker当做leader。

                    当0节点的broker再次启动后,会自动恢复为此partition的leader。不会导致负载不均衡和资源浪费,这就是leader的均衡机制。

        在配置文件conf/ server.properties中配置开启(默认就是开启):

        auto.leader.rebalance.enable=true



kafka集群搭建
    上传 kafka_2.10-0.8.2.2.tgz 包到三个不同节点上,解压。
    修改 ./config/server.properties 配置文件                    
            节点编号:(不同节点按0,1,2,3整数来配置
broker.id=0
            真实kafka数据存储位置:      
log.dirs=/var/bigdata/kafka
           zookeeper的节点:        
zookeeper.connect=hadoop1:2181,hadoop2:2181,hadoop3:2181
    启动zookeeper集群       
zkServer.sh start
    三个节点上,启动kafka:
bin/kafka-server-start.sh   config/server.properties
    最好使用自己写的脚本启动,将日志写入到一个文件:
nohup bin/kafka-server-start.sh   config/server.properties > kafka.log 2>&1 &



相关命令
创建topic:
./kafka-topics.sh --zookeeper node3:2181,node4:2181,node5:2181  --create --topic topic2017 --partitions 3 --replication-factor 3
用一台节点控制台来当kafka的生产者:
./kafka-console-producer.sh  --topic  topic2017  --broker-list node1:9092,node2:9092,node3:9092
用另一台节点控制台来当kafka的消费者:
./kafka-console-consumer.sh --zookeeper node3:2181,node4:2181,node5:2181 --topic topic2017
查看kafka中topic列表:
./kafka-topics.sh  --list --zookeeper node3:2181,node4:2181,node5:2181
查看kafka中topic的描述:
./kafka-topics.sh --describe --zookeeper node3:2181,node4:2181,node5:2181  --topic topic2017


       注意:ISR是检查数据的完整性有哪些个节点。
查看zookeeper中topic相关信息:
        启动zookeeper客户端:
 ./zkCli.sh
        查看topic相关信息:
ls /brokers/topics/
        查看消费者相关信息:
ls /consumers


JAVA连接Kafka

KafkaProducer

package com.kafka;

import java.util.Properties;

import kafka.javaapi.producer.Producer;
import kafka.producer.KeyedMessage;
import kafka.producer.ProducerConfig;

/**
 * description: 
 *  step1 : 创建存放配置信息的properties
 *  step2 : 将properties封装到ProducerConfig中
 *  step3 : 创建producer对象
 *  step4 : 发送数据流
 *
 * 执行过程:
 * 1、创建一个topic
 * kafka-topic.sh --create --zookeeper localhost:2181 --replication-factor 1 --partitions 3 --topic xxxx
 * 2、运行本类中的代码
 * 3、查看message
 * kafka-console-consumer.sh --zookeeper localhost:2181 --from-beginning --topic xxxx
 * kafka
 */
public class KafkaProducer {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    	//step1 : 创建存放配置信息的properties
    	Properties props = new Properties();
    	/**
         * 指定producer连接的broker列表
         */
    	props.put("metadata.broker.list", "node01:9092,node02:9092,node03:9092");
    	
		/**
		 * ack机制
		 * 0 which means that the producer never waits for an acknowledgement from the broker 
		 * 1 which means that the producer gets an acknowledgement after the leader replica has received the data 
		 * -1 The producer gets an acknowledgement after all in-sync replicas have received the data
		 */
    	props.put("request.required.acks", "1");
    	//消息发送的同步与异步
    	props.put("producer.type", "sync");
    	 /**
         * 指定message的序列化方法,用户可以通过实现kafka.serializer.Encoder接口自定义该类,kafka.serializer.DefaultEncoder
         * 默认情况下message的key和value都用相同的序列化,但是可以使用"key.serializer.class"指定key的序列化
         */
    	props.put("serializer.class", "kafka.serializer.StringEncoder");
    	// 设置自定义的partition,当topic有多个partition时如何对message进行分区
        // props.put("partitioner.class", "cn.com.dimensoft.kafka.SamplePartition");
    	
    	 // step2 : 将properties封装到ProducerConfig中
    	ProducerConfig config = new ProducerConfig(props);
    	
    	// step3 : 创建producer对象,指定泛型 Producer的两个泛型,第一个指定Key的类型,第二个指定value的类型
    	Producer<String,String> producer = new Producer<String,String>(config);
    	
    	//发送数据流
    	for (int i = 150; i < 200 ; i++) {
	    	 /**
	         * 第一个泛型指定用于分区的key的类型,第二个泛型指message的类型
	         * topic只能为String类型
	         */
			producer.send(new KeyedMessage<String, String>("dengchao" , "我是第 "+ i +" 号。"));
			Thread.sleep(100);
		}
    	
    	producer.close();
    	
    }

}

KafkaProducer

package com.kafka;

import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Properties;

import kafka.consumer.Consumer;
import kafka.consumer.ConsumerConfig;
import kafka.consumer.ConsumerIterator;
import kafka.consumer.KafkaStream;
import kafka.javaapi.consumer.ConsumerConnector;
import kafka.message.MessageAndMetadata;
import kafka.serializer.StringDecoder;
import kafka.utils.VerifiableProperties;


/**
 * description: 
 *  step1 : 创建存放配置信息的properties
 *  step2 : 将properties封装到ConsumerConfig中
 *  step3 : 调用Consumer的静态方法创建ConsumerConnector
 *  step4 : 根据创建好的ConsumerConnector对象创建MessageStreams集合
 *  step5 : 根据具体的topic名称得到数据流KafkaStream
 *  step6 : 调用KafkaStream的iterator拿到ConsumerIterator对应,然后就可以迭代获得producer发送过来的消息了
 */
public class KafkaConsumer {

	private ConsumerConnector connector ;
	
	public KafkaConsumer() {
		Properties props = new Properties();
		
		props.put("zookeeper.connect","node01:2181,node02:2181,node03:2181");
		//设置消费组id  group设置在 /config/consumer.properties
		props.put("group.id", "test-consumer-group");
		
		//下面这2个参数需要设置,否则consumer每次启动都会从头开始读取数据
		
		//自动提交到 zk  注意offset信息并不是每消费一次消息就向zk提交一次,而是现在本地保存(内存),并定期提交
		//可以设置为false  自己手动调用consumer中的commit 方法(其实是讲message中存在的offset信息提交到zk上进行存储)
		props.put("auto.commit.enable", "true");
		
		//自动提交的时间间隔,默认为1分钟  这里是1秒
		props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");
		
		//在Consumer在ZooKeeper中发现没有初始的offset时或者发现offset不在范围呢,该怎么做:
		//smallest : 自动把offset设为最小的offset。
		//largest : 自动把offset设为最大的offset。
		//anything else: 抛出异常
		props.put("auto.offset.reset", "smallest");
		
		//request.required.acks=0 时的问题
		//问题:当consumer消费失败后,会导致消息丢失;改进:每次consumer消费后,给broker ack,若broker在超时时间未收到ack,则重发此消息。
		//问题:1.当消费成功,但未ack时,会导致消费2次 
		//	   2. now the broker must keep multiple states about every single message  
		//	   3.当broker是多台机器时,则状态之间需要同步
		props.put("request.required.acks", 1);
		
		//指定序列化处理类,默认为kafka.serializer.DefaultEncoder  
        props.put("serializer.class", "kafka.serializer.StringEncoder");  
		
		// step2 : 将properties封装到ConsumerConfig中
		ConsumerConfig config = new ConsumerConfig(props);
		
		// step3 : 调用Consumer的静态方法创建ConsumerConnector
		connector = Consumer.createJavaConsumerConnector(config);
	}
	
	
	public static void main(String[] args) {
		try {
			new KafkaConsumer().consumer();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public void consumer() throws InterruptedException{
		// step4 : 根据创建好的ConsumerConnector对象创建MessageStreams集合
		Map<String,Integer> topicCountMap = new HashMap<String,Integer>();
		// 描述读取哪几个topic,该topic需要几个线程读
		topicCountMap.put("dengchao", 1);
		
		StringDecoder keyDecoder = new StringDecoder(new VerifiableProperties());
		StringDecoder valueDecoder = new StringDecoder(new VerifiableProperties());
		
		// 根据填充好的map获得streams集合
        // a map of (topic, list of KafkaStream) pairs
		Map<String, List<KafkaStream<String, String>>> streams  = connector.createMessageStreams(topicCountMap,keyDecoder,valueDecoder);
		
		// step5 : 根据具体的topic名称得到数据流KafkaStrea
		// 每个线程对应于一个KafkaStream
		KafkaStream<String, String> kafkaStream = streams.get("dengchao").get(0);
		
		// step6 : 调用KafkaStream的iterator拿到ConsumerIterator
        // 然后就可以迭代获得producer发送过来的消息了
		ConsumerIterator<String, String> iterator = kafkaStream.iterator();
		
		MessageAndMetadata<String, String> mm = null;
		while( iterator.hasNext() ){
			 mm = iterator.next();
			 System.out.println("partition : " + mm.partition() + " , message : " + mm.message());
			 Thread.sleep(50);
		}
		
	}
	
}




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