kafka分布式集群

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

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！！！！！