Kafka概述
Kafka是一个分布式的基于发布/订阅模式的
消息队列，主要应用于大数据实时处理领域。消息队列
消息队列中间件是分布式系统中重要的组件，主要解决应用耦合，异步消息，流量削锋等问题
实现高性能，高可用，可伸缩和最终一致性架构
使用较多的消息队列有ActiveMQ，RabbitMQ，ZeroMQ，Kafka，MetaMQ，RocketMQ
作用主要有：
解耦，冗余，扩展性，灵活性&峰值处理能力，可恢复性，顺序保证性，缓冲，异步通信等。
1）解耦：
允许你独立的扩展或修改两边的处理过程，只要确保它们遵守同样的接口约束。
2）冗余：
消息队列把数据进行持久化直到它们已经被完全处理，通过这一方式规避了数据丢失风险。许多消息队列所采用的"插入-获取-删除"范式中，在把一个消息从队列中删除之前，需要你的处理系统明确的指出该消息已经被处理完毕，从而确保你的数据被安全的保存直到你使用完毕。
3）扩展性：
因为消息队列解耦了你的处理过程，所以增大消息入队和处理的频率是很容易的，只要另外增加处理过程即可。
4）灵活性 & 峰值处理能力：
在访问量剧增的情况下，应用仍然需要继续发挥作用，但是这样的突发流量并不常见。如果为以能处理这类峰值访问为标准来投入资源随时待命无疑是巨大的浪费。使用消息队列能够使关键组件顶住突发的访问压力，而不会因为突发的超负荷的请求而完全崩溃。
5）可恢复性：
系统的一部分组件失效时，不会影响到整个系统。消息队列降低了进程间的耦合度，所以即使一个处理消息的进程挂掉，加入队列中的消息仍然可以在系统恢复后被处理。
6）顺序保证：
在大多使用场景下，数据处理的顺序都很重要。大部分消息队列本来就是排序的，并且能保证数据会按照特定的顺序来处理。（Kafka保证一个Partition内的消息的有序性）
7）缓冲：
有助于控制和优化数据流经过系统的速度，解决生产消息和消费消息的处理速度不一致的情况。
8）异步通信：
很多时候，用户不想也不需要立即处理消息。消息队列提供了异步处理机制，允许用户把一个消息放入队列，但并不立即处理它。想向队列中放入多少消息就放多少，然后在需要的时候再去处理它们。
消息队列的两种模式
（1）点对点模式（一对一，消费者主动拉取数据，消息收到后消息清除）
消息生产者生产消息发送到Queue中，然后消息消费者从Queue中取出并且消费消息。
消息被消费以后，queue中不再有存储，所以消息消费者不可能消费到已经被消费的消息。Queue支持存在多个消费者，但是对一个消息而言，只会有一个消费者可以消费。
（2）发布/订阅模式（一对多，消费者消费数据之后不会清除消息）
消息生产者（发布）将消息发布到topic中，同时有多个消息消费者（订阅）消费该消息。和点对点方式不同，发布到topic的消息会被所有订阅者消费。
Kafka架构
Kafka是一个分布式消息队列。Kafka对消息保存时根据Topic进行归类，发送消息者称为Producer，消息接受者称为Consumer，此外kafka集群有多个kafka实例组成，每个实例(server)称为broker。无论是kafka集群，还是consumer都依赖于zookeeper集群保存一些meta信息，来保证系统可用性。
1）Producer ：消息生产者，就是向kafka broker发消息的客户端；
2）Consumer ：消息消费者，向kafka broker取消息的客户端；
3）Topic ：可以理解为一个队列；
4） Consumer Group （CG）：这是kafka用来实现一个topic消息的广播（发给所有的consumer）和单播（发给任意一个consumer）的手段。一个topic可以有多个CG。topic的消息会复制（不是真的复制，是概念上的）到所有的CG，但每个partion只会把消息发给该CG中的一个consumer。如果需要实现广播，只要每个consumer有一个独立的CG就可以了。要实现单播只要所有的consumer在同一个CG。用CG还可以将consumer进行自由的分组而不需要多次发送消息到不同的topic；
5）Broker ：一台kafka服务器就是一个broker。一个集群由多个broker组成。一个broker可以容纳多个topic；
6）Partition：为了实现扩展性，一个非常大的topic可以分布到多个broker（即服务器）上，一个topic可以分为多个partition，每个partition是一个有序的队列。partition中的每条消息都会被分配一个有序的id（offset）。kafka只保证按一个partition中的顺序将消息发给consumer，不保证一个topic的整体（多个partition间）的顺序；
7）Offset：kafka的存储文件都是按照offset.kafka来命名，用offset做名字的好处是方便查找。例如你想找位于2049的位置，只要找到2048.kafka的文件即可。当然the first offset就是00000000000.kafka。
8）Leader：每个分区多个副本的“主”，生产者发送数据的对象，以及消费者消费数据的对象都是leader。
9）Follower：每个分区多个副本中的“从”，实时从leader中同步数据，保持和leader数据的同步。leader发生故障时，某个follower会成为新的follower。
10）Replica：副本，为保证集群中的某个节点发生故障时，该节点上的partition数据不丢失，且kafka仍然能够继续工作，kafka提供了副本机制，一个topic的每个分区都有若干个副本，一个leader和若干个follower。
Kafka安装部署
Kafka下载：http://kafka.apache.org/downloads.html
集群安排：hadoop102/zk/kafka，hadoop103/zk/kafka，hadoop104/zk/kafka。
解压安装包：
<code>tar -zxvf kafka_2.11-0.11.0.0.tgz -C /opt/module//<code>
修改解压后的文件名称：
<code>mv kafka_2.11-0.11.0.0/ kafka/<code>
在/opt/module/kafka目录下创建logs文件夹：
<code>mkdir logs/<code>
修改配置文件：
<code>cd config/ vi server.properties/<code>
输入以下内容：
<code>#broker的全局唯一编号，不能重复 broker.id=0 #删除topic功能使能 delete.topic.enable=true #处理网络请求的线程数量 num.network.threads=3 #用来处理磁盘IO的现成数量 num.io.threads=8 #发送套接字的缓冲区大小 socket.send.buffer.bytes=102400 #接收套接字的缓冲区大小 socket.receive.buffer.bytes=102400 #请求套接字的缓冲区大小 socket.request.max.bytes=104857600 #kafka运行日志存放的路径 log.dirs=/opt/module/kafka/logs #topic在当前broker上的分区个数 num.partitions=1 #用来恢复和清理data下数据的线程数量 num.recovery.threads.per.data.dir=1 #segment文件保留的最长时间，超时将被删除 log.retention.hours=168 #配置连接Zookeeper集群地址 zookeeper.connect=hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181/<code>
配置环境变量：
<code>sudo vi /etc/profile #KAFKA_HOME export KAFKA_HOME=/opt/module/kafka export PATH=$PATH:$KAFKA_HOME/bin source /etc/profile/<code>
分发安装包：
<code>xsync kafka//<code>
注意：分发之后记得配置其他机器的环境变量
分别在hadoop103和hadoop104上修改配置文件/opt/module/kafka/config/server.properties
中的broker.id=1、broker.id=2。
启动集群：
依次在hadoop102、hadoop103、hadoop104节点上启动kafka
<code> bin/kafka-server-start.sh config/server.properties &/<code>
关闭集群：
<code>bin/kafka-server-stop.sh stop/<code>
Kafka命令行操作
查看当前服务器中的所有topic：
<code> bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 --list/<code>
创建topic：
<code>bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 \ --create --replication-factor 3 --partitions 1 --topic first/<code>
选项说明：
--topic 定义topic名
--replication-factor 定义副本数
--partitions 定义分区数
删除topic：
<code>bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 \ --delete --topic first/<code>
需要server.properties中设置delete.topic.enable=true否则只是标记删除或者直接重启。
发送消息：
<code>bin/kafka-console-producer.sh \ --broker-list hadoop102:9092 --topic first >hello world/<code>
消费消息：
<code>bin/kafka-console-consumer.sh \ --zookeeper hadoop102:2181 --from-beginning --topic first/<code>
--from-beginning：会把first主题中以往所有的数据都读取出来。根据业务场景选择是否增加该配置。
查看某个Topic的详情：
<code>bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 \ --describe --topic first/<code>
Kafka生产过程分析
kafka工作流程：
Kafka中消息是以topic进行分类的，生产者生产消息，消费者消费消息，都是面向topic的。
topic是逻辑上的概念，而partition是物理上的概念，每个partition对应于一个log文件，该log文件中存储的就是producer生产的数据。Producer生产的数据会被不断追加到该log文件末端，且每条数据都有自己的offset。消费者组中的每个消费者，都会实时记录自己消费到了哪个offset，以便出错恢复时，从上次的位置继续消费。
由于生产者生产的消息会不断追加到log文件末尾，为防止log文件过大导致数据定位效率低下，Kafka采取了分片和索引机制，将每个partition分为多个segment。每个segment对应两个文件——“.index”文件和“.log”文件。这些文件位于一个文件夹下，该文件夹的命名规则为：topic名称+分区序号。例如，first这个topic有三个分区，则其对应的文件夹为first-0,first-1,first-2。
<code>00000000000000000000.index 00000000000000000000.log 00000000000000170410.index 00000000000000170410.log 00000000000000239430.index 00000000000000239430.log/<code>
index和log文件以当前segment的第一条消息的offset命名。下图为index文件和log文件的结构示意图。
“.index”文件存储大量的索引信息，“.log”文件存储大量的数据，索引文件中的元数据指向对应数据文件中message的物理偏移地址。
Kafka生产者
分区策略
1）分区的原因
（1）方便在集群中扩展，每个Partition可以通过调整以适应它所在的机器，而一个topic又可以有多个Partition组成，因此整个集群就可以适应任意大小的数据了；
（2）可以提高并发，因为可以以Partition为单位读写了。
2）分区的原则
我们需要将producer发送的数据封装成一个ProducerRecord对象。
（1）指明 partition 的情况下，直接将指明的值直接作为 partiton 值；
（2）没有指明 partition 值但有 key 的情况下，将 key 的 hash 值与 topic 的 partition 数进行取余得到 partition 值；
（3）既没有 partition 值又没有 key 值的情况下，第一次调用时随机生成一个整数（后面每次调用在这个整数上自增），将这个值与 topic 可用的 partition 总数取余得到 partition 值，也就是常说的 round-robin 算法。
数据可靠性保证
为保证producer发送的数据，能可靠的发送到指定的topic，topic的每个partition收到producer发送的数据后，都需要向producer发送ack（acknowledgement确认收到），如果producer收到ack，就会进行下一轮的发送，否则重新发送数据。
1）副本数据同步策略
Kafka选择了第二种方案，原因如下：
1.同样为了容忍n台节点的故障，第一种方案需要2n+1个副本，而第二种方案只需要n+1个副本，而Kafka的每个分区都有大量的数据，第一种方案会造成大量数据的冗余。
2.虽然第二种方案的网络延迟会比较高，但网络延迟对Kafka的影响较小。
2）ISR
采用第二种方案之后，设想以下情景：leader收到数据，所有follower都开始同步数据，但有一个follower，因为某种故障，迟迟不能与leader进行同步，那leader就要一直等下去，直到它完成同步，才能发送ack。这个问题怎么解决呢？
Leader维护了一个动态的in-sync replica set (ISR)，意为和leader保持同步的follower集合。当ISR中的follower完成数据的同步之后，leader就会给follower发送ack。如果follower长时间未向leader同步数据，则该follower将被踢出ISR，该时间阈值由replica.lag.time.max.ms参数设定。Leader发生故障之后，就会从ISR中选举新的leader。
3）ack应答机制
对于某些不太重要的数据，对数据的可靠性要求不是很高，能够容忍数据的少量丢失，所以没必要等ISR中的follower全部接收成功。
所以Kafka为用户提供了三种可靠性级别，用户根据对可靠性和延迟的要求进行权衡，选择以下的配置。
acks参数配置：
acks：
0：producer不等待broker的ack，这一操作提供了一个最低的延迟，broker一接收到还没有写入磁盘就已经返回，当broker故障时有可能丢失数据；
1：producer等待broker的ack，partition的leader落盘成功后返回ack，如果在follower同步成功之前leader故障，那么将会丢失数据；
-1（all）：producer等待broker的ack，partition的leader和follower全部落盘成功后才返回ack。但是如果在follower同步完成后，broker发送ack之前，leader发生故障，那么会造成
数据重复。
4）故障处理细节
（1）follower故障
follower发生故障后会被临时踢出ISR，待该follower恢复后，follower会读取本地磁盘记录的上次的HW，并将log文件高于HW的部分截取掉，从HW开始向leader进行同步。等该follower的LEO大于等于该Partition的HW，即follower追上leader之后，就可以重新加入ISR了。
（2）leader故障
leader发生故障之后，会从ISR中选出一个新的leader，之后，为保证多个副本之间的数据一致性，其余的follower会先将各自的log文件高于HW的部分截掉，然后从新的leader同步数据。
注意：这只能保证副本之间的数据一致性，并不能保证数据不丢失或者不重复。
Exactly Once语义
对于某些比较重要的消息，我们需要保证exactly once语义，即保证每条消息被发送且仅被发送一次。
在0.11版本之后，Kafka引入了幂等性机制（idempotent），配合acks = -1时的at least once语义，实现了producer到broker的exactly once语义。
idempotent + at least once = exactly once
使用时，只需将enable.idempotence属性设置为true，kafka自动将acks属性设为-1。
Kafka消费者
消费方式
consumer采用pull（拉）模式从broker中读取数据。
push（推）模式很难适应消费速率不同的消费者，因为消息发送速率是由broker决定的。它的目标是尽可能以最快速度传递消息，但是这样很容易造成consumer来不及处理消息，典型的表现就是拒绝服务以及网络拥塞。而pull模式则可以根据consumer的消费能力以适当的速率消费消息。
pull模式不足之处是，如果kafka没有数据，消费者可能会陷入循环中，一直返回空数据。针对这一点，Kafka的消费者在消费数据时会传入一个时长参数timeout，如果当前没有数据可供消费，consumer会等待一段时间之后再返回，这段时长即为timeout。
分区分配策略
一个consumer group中有多个consumer，一个 topic有多个partition，所以必然会涉及到partition的分配问题，即确定那个partition由哪个consumer来消费。
Kafka有两种分配策略，一是round robin，一是range。
roundrobin：轮询，range：范围
offset的维护
由于consumer在消费过程中可能会出现断电宕机等故障，consumer恢复后，需要从故障前的位置的继续消费，所以consumer需要实时记录自己消费到了哪个offset，以便故障恢复后继续消费。
Kafka 0.9版本之前，consumer默认将offset保存在Zookeeper中，从0.9版本开始，consumer默认将offset保存在Kafka一个内置的topic中，该topic为__consumer_offsets。
Kafka 高效读写数据
1）顺序写磁盘
Kafka的producer生产数据，要写入到log文件中，写的过程是一直追加到文件末端，为顺序写。官网有数据表明，同样的磁盘，顺序写能到到600M/s，而随机写只有100k/s。这与磁盘的机械机构有关，顺序写之所以快，是因为其省去了大量磁头寻址的时间。
2）零复制技术
kafka中的消费者在读取服务端的数据时，需要将服务端的磁盘文件通过网络发送到消费者进程，网络发送需要经过几种网络节点。如下图所示：
传统的读取文件数据并发送到网络的步骤如下：
（1）操作系统将数据从磁盘文件中读取到内核空间的页面缓存；
（2）应用程序将数据从内核空间读入用户空间缓冲区；
（3）应用程序将读到数据写回内核空间并放入socket缓冲区；
（4）操作系统将数据从socket缓冲区复制到网卡接口，此时数据才能通过网络发送。
通常情况下，Kafka的消息会有多个订阅者，生产者发布的消息会被不同的消费者多次消费，为了优化这个流程，Kafka使用了“零拷贝技术”，如下图所示：
“零拷贝技术”只用将磁盘文件的数据复制到页面缓存中一次，然后将数据从页面缓存直接发送到网络中（发送给不同的订阅者时，都可以使用同一个页面缓存），避免了重复复制操作。
如果有10个消费者，传统方式下，数据复制次数为4*10=40次，而使用“零拷贝技术”只需要1+10=11次，一次为从磁盘复制到页面缓存，10次表示10个消费者各自读取一次页面缓存。
Zookeeper在Kafka中的作用
Kafka集群中有一个broker会被选举为Controller，负责管理集群broker的上下线，所有topic的分区副本分配和leader选举等工作。
Controller的管理工作都是依赖于Zookeeper的。
以下为partition的leader选举过程：
Kafka API
Producer API
消息发送流程
Kafka的Producer发送消息采用的是异步发送的方式。在消息发送的过程中，涉及到了两个线程——main线程和Sender线程，以及一个线程共享变量——RecordAccumulator。main线程将消息发送给RecordAccumulator，Sender线程不断从RecordAccumulator中拉取消息发送到Kafka broker。
相关参数：
batch.size：只有数据积累到batch.size之后，sender才会发送数据。
linger.ms：如果数据迟迟未达到batch.size，sender等待linger.time之后就会发送数据。
异步发送API
1）导入依赖
<code> org.apache.kafka kafka-clients 0.11.0.0 /<code>
2）编写代码
需要用到的类：
KafkaProducer：需要创建一个生产者对象，用来发送数据
ProducerConfig：获取所需的一系列配置参数
ProducerRecord：每条数据都要封装成一个ProducerRecord对象
1.不带回调函数的API
<code>import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import java.util.Properties;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class CustomProducer {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");//kafka集群，broker-list
props.put("acks", "all");
props.put("retries", 1);//重试次数
props.put("batch.size", 16384);//批次大小
props.put("linger.ms", 1);//等待时间
props.put("buffer.memory", 33554432);//RecordAccumulator缓冲区大小
props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
Producer producer = new KafkaProducer<>(props);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
producer.send(new ProducerRecord("first", Integer.toString(i), Integer.toString(i)));
}
producer.close();
}
}/<code>2.带回调函数的API
回调函数会在producer收到ack时调用，为异步调用，该方法有两个参数，分别是RecordMetadata和Exception，如果Exception为null，说明消息发送成功，如果Exception不为null，说明消息发送失败。
注意：消息发送失败会自动重试，不需要我们在回调函数中手动重试。
<code>import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import java.util.Properties;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class CustomProducer {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");//kafka集群，broker-list
props.put("acks", "all");
props.put("retries", 1);//重试次数
props.put("batch.size", 16384);//批次大小
props.put("linger.ms", 1);//等待时间
props.put("buffer.memory", 33554432);//RecordAccumulator缓冲区大小
props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
Producer producer = new KafkaProducer<>(props);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
producer.send(new ProducerRecord("first", Integer.toString(i), Integer.toString(i)), new Callback() {
//回调函数，该方法会在Producer收到ack时调用，为异步调用
@Override
public void onCompletion(RecordMetadata metadata, Exception exception) {
if (exception == null) {
System.out.println("success->" + metadata.offset());
} else {
exception.printStackTrace();
}
}
});
}
producer.close();
}
}/<code>同步发送API
同步发送的意思就是，一条消息发送之后，会阻塞当前线程，直至返回ack。
由于send方法返回的是一个Future对象，根据Futrue对象的特点，我们也可以实现同步发送的效果，只需在调用Future对象的get方法即可。
<code>import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
import java.util.Properties;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class CustomProducer {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");//kafka集群，broker-list
props.put("acks", "all");
props.put("retries", 1);//重试次数
props.put("batch.size", 16384);//批次大小
props.put("linger.ms", 1);//等待时间
props.put("buffer.memory", 33554432);//RecordAccumulator缓冲区大小
props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
Producer producer = new KafkaProducer<>(props);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
producer.send(new ProducerRecord("first", Integer.toString(i), Integer.toString(i))).get();
}
producer.close();
}
}
/<code>Consumer API
Consumer消费数据时的可靠性是很容易保证的，因为数据在Kafka中是持久化的，故不用担心数据丢失问题。
由于consumer在消费过程中可能会出现断电宕机等故障，consumer恢复后，需要从故障前的位置的继续消费，所以consumer需要实时记录自己消费到了哪个offset，以便故障恢复后继续消费。
所以offset的维护是Consumer消费数据是必须考虑的问题。
手动提交offset
1）导入依赖
<code> org.apache.kafka kafka-clients 0.11.0.0 /<code>
2）编写代码
需要用到的类：
KafkaConsumer：需要创建一个消费者对象，用来消费数据
ConsumerConfig：获取所需的一系列配置参数
ConsuemrRecord：每条数据都要封装成一个ConsumerRecord对象
<code>import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecords;
import org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer;
import java.util.Arrays;
import java.util.Properties;
public class CustomConsumer {
public static void main(String[] args) {
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");
props.put("group.id", "test");//消费者组，只要group.id相同，就属于同一个消费者组
props.put("enable.auto.commit", "false");//自动提交offset
props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
KafkaConsumer consumer = new KafkaConsumer<>(props);
consumer.subscribe(Arrays.asList("first"));
while (true) {
ConsumerRecords records = consumer.poll(100);
for (ConsumerRecord record : records) {
System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
}
consumer.commitSync();
}
}
}
/<code>3）代码分析：
手动提交offset的方法有两种：分别是commitSync（同步提交）和commitAsync（异步提交）。两者的相同点是，都会将本次poll的一批数据最高的偏移量提交；不同点是，commitSync会失败重试，一直到提交成功（如果由于不可恢复原因导致，也会提交失败）；而commitAsync则没有失败重试机制，故有可能提交失败。
4）数据重复消费问题
自动提交offset
为了使我们能够专注于自己的业务逻辑，Kafka提供了自动提交offset的功能。
自动提交offset的相关参数：
enable.auto.commit：是否开启自动提交offset功能
auto.commit.interval.ms：自动提交offset的时间间隔
以下为自动提交offset的代码：
<code>import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecords;
import org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer;
import java.util.Arrays;
import java.util.Properties;
public class CustomConsumer {
public static void main(String[] args) {
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");
props.put("group.id", "test");
props.put("enable.auto.commit", "true");
props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");
props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
KafkaConsumer consumer = new KafkaConsumer<>(props);
consumer.subscribe(Arrays.asList("first"));
while (true) {
ConsumerRecords records = consumer.poll(100);
for (ConsumerRecord record : records)
System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
}
}
}/<code>自定义Interceptor
拦截器原理
Producer拦截器(interceptor)是在Kafka 0.10版本被引入的，主要用于实现clients端的定制化控制逻辑。
对于producer而言，interceptor使得用户在消息发送前以及producer回调逻辑前有机会对消息做一些定制化需求，比如修改消息等。同时，producer允许用户指定多个interceptor按序作用于同一条消息从而形成一个拦截链(interceptor chain)。Intercetpor的实现接口是org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor，其定义的方法包括：
（1）configure(configs)
获取配置信息和初始化数据时调用。
（2）onSend(ProducerRecord)：
该方法封装进KafkaProducer.send方法中，即它运行在用户主线程中。Producer确保在消息被序列化以及计算分区前调用该方法。用户可以在该方法中对消息做任何操作，但最好保证不要修改消息所属的topic和分区，否则会影响目标分区的计算。
（3）onAcknowledgement(RecordMetadata, Exception)：
该方法会在消息从RecordAccumulator成功发送到Kafka Broker之后，或者在发送过程中失败时调用。并且通常都是在producer回调逻辑触发之前。onAcknowledgement运行在producer的IO线程中，因此不要在该方法中放入很重的逻辑，否则会拖慢producer的消息发送效率。
（4）close：
关闭interceptor，主要用于执行一些资源清理工作
如前所述，interceptor可能被运行在多个线程中，因此在具体实现时用户需要自行确保线程安全。另外倘若指定了多个interceptor，则producer将按照指定顺序调用它们，并仅仅是捕获每个interceptor可能抛出的异常记录到错误日志中而非在向上传递。这在使用过程中要特别留意。
拦截器案例
1）需求：
实现一个简单的双interceptor组成的拦截链。第一个interceptor会在消息发送前将时间戳信息加到消息value的最前部；第二个interceptor会在消息发送后更新成功发送消息数或失败发送消息数。
2）案例实操
（1）增加时间戳拦截器
<code>import java.util.Map;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
import org.apache.kafka.clients.producer.RecordMetadata;
public class TimeInterceptor implements ProducerInterceptor {
@Override
public void configure(Map configs) {
}
@Override
public ProducerRecord onSend(ProducerRecord record) {
// 创建一个新的record，把时间戳写入消息体的最前部
return new ProducerRecord(record.topic(), record.partition(), record.timestamp(), record.key(),
System.currentTimeMillis() + "," + record.value().toString());
}
@Override
public void onAcknowledgement(RecordMetadata metadata, Exception exception) {
}
@Override
public void close() {
}
}/<code>（2）统计发送消息成功和发送失败消息数，并在producer关闭时打印这两个计数器
<code>import java.util.Map;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
import org.apache.kafka.clients.producer.RecordMetadata;
public class CounterInterceptor implements ProducerInterceptor{
private int errorCounter = 0;
private int successCounter = 0;
@Override
public void configure(Map configs) {
}
@Override
public ProducerRecord onSend(ProducerRecord record) {
return record;
}
@Override
public void onAcknowledgement(RecordMetadata metadata, Exception exception) {
// 统计成功和失败的次数
if (exception == null) {
successCounter++;
} else {
errorCounter++;
}
}
@Override
public void close() {
// 保存结果
System.out.println("Successful sent: " + successCounter);
System.out.println("Failed sent: " + errorCounter);
}
}/<code>（3）producer主程序
<code>import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Properties;
import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
public class InterceptorProducer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 1 设置配置信息
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");
props.put("acks", "all");
props.put("retries", 0);
props.put("batch.size", 16384);
props.put("linger.ms", 1);
props.put("buffer.memory", 33554432);
props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
// 2 构建拦截链
List interceptors = new ArrayList<>();
interceptors.add("com.atguigu.kafka.interceptor.TimeInterceptor"); interceptors.add("com.atguigu.kafka.interceptor.CounterInterceptor");
props.put(ProducerConfig.INTERCEPTOR_CLASSES_CONFIG, interceptors);
String topic = "first";
Producer producer = new KafkaProducer<>(props);
// 3 发送消息
for (int i = 0; i < 10; i++) {
ProducerRecord record = new ProducerRecord<>(topic, "message" + i);
producer.send(record);
}
// 4 一定要关闭producer，这样才会调用interceptor的close方法
producer.close();
}
}/<code>3）测试
（1）在kafka上启动消费者，然后运行客户端java程序。
<code>bin/kafka-console-consumer.sh \ --bootstrap-server hadoop102:9092 --from-beginning --topic first 1501904047034,message0 1501904047225,message1 1501904047230,message2 1501904047234,message3 1501904047236,message4 1501904047240,message5 1501904047243,message6 1501904047246,message7 1501904047249,message8 1501904047252,message9/<code>
Flume对接Kafka
1）配置flume(flume-kafka.conf)
<code># define a1.sources = r1 a1.sinks = k1 a1.channels = c1 # source a1.sources.r1.type = exec a1.sources.r1.command = tail -F -c +0 /opt/module/datas/flume.log a1.sources.r1.shell = /bin/bash -c # sink a1.sinks.k1.type = org.apache.flume.sink.kafka.KafkaSink a1.sinks.k1.kafka.bootstrap.servers = hadoop102:9092,hadoop103:9092,hadoop104:9092 a1.sinks.k1.kafka.topic = first a1.sinks.k1.kafka.flumeBatchSize = 20 a1.sinks.k1.kafka.producer.acks = 1 a1.sinks.k1.kafka.producer.linger.ms = 1 # channel a1.channels.c1.type = memory a1.channels.c1.capacity = 1000 a1.channels.c1.transactionCapacity = 100 # bind a1.sources.r1.channels = c1 a1.sinks.k1.channel = c1/<code>
2） 启动kafkaIDEA消费者
3） 进入flume根目录下，启动flume
<code>$ bin/flume-ng agent -c conf/ -n a1 -f jobs/flume-kafka.conf/<code>
4） 向 /opt/module/datas/flume.log里追加数据，查看kafka消费者消费情况
<code>$ echo hello >> /opt/module/datas/flume.log/<code>
Kafka监控
Kafka Monitor
1.上传jar包KafkaOffsetMonitor-assembly-0.4.6.jar到集群
2.在/opt/module/下创建kafka-offset-console文件夹
3.将上传的jar包放入刚创建的目录下
4.在/opt/module/kafka-offset-console目录下创建启动脚本start.sh，内容如下：
<code>#!/bin/bash java -cp KafkaOffsetMonitor-assembly-0.4.6-SNAPSHOT.jar \ com.quantifind.kafka.offsetapp.OffsetGetterWeb \ --offsetStorage kafka \ --kafkaBrokers hadoop102:9092,hadoop103:9092,hadoop104:9092 \ --kafkaSecurityProtocol PLAINTEXT \ --zk hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181 \ --port 8086 \ --refresh 10.seconds \ --retain 2.days \ --dbName offsetapp_kafka &/<code>
5.在/opt/module/kafka-offset-console目录下创建mobile-logs文件夹
<code>mkdir /opt/module/kafka-offset-console/mobile-logs/<code>
6.启动KafkaMonitor
<code>./start.sh/<code>
7.登录页面hadoop102:8086端口查看详情
Kafka Manager
1.上传压缩包kafka-manager-1.3.3.15.zip到集群
2.解压到/opt/module
3.修改配置文件conf/application.conf
<code>kafka-manager.zkhosts="kafka-manager-zookeeper:2181"/<code>
修改为：
<code>kafka-manager.zkhosts="hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181"/<code>
4.启动kafka-manager
<code>bin/kafka-manager/<code>
5.登录hadoop102:9000页面查看详细信息
Kafka Streams
Kafka Streams。Apache Kafka开源项目的一个组成部分。是一个功能强大，易于使用的库。用于在Kafka上构建高可分布式、拓展性，容错的应用程序。
为什么要有Kafka Stream
当前已经有非常多的流式处理系统，最知名且应用最多的开源流式处理系统有Spark Streaming和Apache Storm。Apache Storm发展多年，应用广泛，提供记录级别的处理能力，当前也支持SQL on Stream。而Spark Streaming基于Apache Spark，可以非常方便与图计算，SQL处理等集成，功能强大，对于熟悉其它Spark应用开发的用户而言使用门槛低。另外，目前主流的Hadoop发行版，如Cloudera和Hortonworks，都集成了Apache Storm和Apache Spark，使得部署更容易。
既然Apache Spark与Apache Storm拥有如此多的优势，那为何还需要Kafka Stream呢？主要有如下原因。
第一，Spark和Storm都是流式处理框架，而Kafka Stream提供的是一个基于Kafka的流式处理类库。框架要求开发者按照特定的方式去开发逻辑部分，供框架调用。开发者很难了解框架的具体运行方式，从而使得调试成本高，并且使用受限。而Kafka Stream作为流式处理类库，直接提供具体的类给开发者调用，整个应用的运行方式主要由开发者控制，方便使用和调试。
第二，虽然Cloudera与Hortonworks方便了Storm和Spark的部署，但是这些框架的部署仍然相对复杂。而Kafka Stream作为类库，可以非常方便的嵌入应用程序中，它对应用的打包和部署基本没有任何要求。
第三，就流式处理系统而言，基本都支持Kafka作为数据源。例如Storm具有专门的kafka-spout，而Spark也提供专门的spark-streaming-kafka模块。事实上，Kafka基本上是主流的流式处理系统的标准数据源。换言之，大部分流式系统中都已部署了Kafka，此时使用Kafka Stream的成本非常低。
第四，使用Storm或Spark Streaming时，需要为框架本身的进程预留资源，如Storm的supervisor和Spark on YARN的node manager。即使对于应用实例而言，框架本身也会占用部分资源，如Spark Streaming需要为shuffle和storage预留内存。但是Kafka作为类库不占用系统资源。
第五，由于Kafka本身提供数据持久化，因此Kafka Stream提供滚动部署和滚动升级以及重新计算的能力。
第六，由于Kafka Consumer Rebalance机制，Kafka Stream可以在线动态调整并行度。
Kafka Stream数据清洗案例
0）需求：
实时处理单词带有”>>>”前缀的内容。例如输入”atguigu>>>ximenqing”，最终处理成“ximenqing”
1）需求分析：
2）案例实操
（1）创建一个工程，并添加jar包
（2）创建主类
<code>import java.util.Properties;
import org.apache.kafka.streams.KafkaStreams;
import org.apache.kafka.streams.StreamsConfig;
import org.apache.kafka.streams.processor.Processor;
import org.apache.kafka.streams.processor.ProcessorSupplier;
import org.apache.kafka.streams.processor.TopologyBuilder;
public class Application {
public static void main(String[] args) {
// 定义输入的topic
String from = "first";
// 定义输出的topic
String to = "second";
// 设置参数
Properties settings = new Properties();
settings.put(StreamsConfig.APPLICATION_ID_CONFIG, "logFilter");
settings.put(StreamsConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "hadoop102:9092");
StreamsConfig config = new StreamsConfig(settings);
// 构建拓扑
TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();
builder.addSource("SOURCE", from)
.addProcessor("PROCESS", new ProcessorSupplier() {
@Override
public Processor get() {
// 具体分析处理
return new LogProcessor();
}
}, "SOURCE")
.addSink("SINK", to, "PROCESS");
// 创建kafka stream
KafkaStreams streams = new KafkaStreams(builder, config);
streams.start();
}
}
（3）具体业务处理
package com.atguigu.kafka.stream;
import org.apache.kafka.streams.processor.Processor;
import org.apache.kafka.streams.processor.ProcessorContext;
public class LogProcessor implements Processor {
private ProcessorContext context;
@Override
public void init(ProcessorContext context) {
this.context = context;
}
@Override
public void process(byte[] key, byte[] value) {
String input = new String(value);
// 如果包含“>>>”则只保留该标记后面的内容
if (input.contains(">>>")) {
input = input.split(">>>")[1].trim();
// 输出到下一个topic
context.forward("logProcessor".getBytes(), input.getBytes());
}else{
context.forward("logProcessor".getBytes(), input.getBytes());
}
}
@Override
public void punctuate(long timestamp) {
}
@Override
public void close() {
}
}/<code>（4）运行程序
（5）在hadoop104上启动生产者
<code>bin/kafka-console-producer.sh \ --broker-list hadoop102:9092 --topic first >hello>>>world /<code>
（6）在hadoop103上启动消费者
<code>bin/kafka-console-consumer.sh \ --zookeeper hadoop102:2181 --from-beginning --topic second world hahaha/<code>
Kafka配置信息
Broker配置信息
broker.id：必填参数，broker的唯一标识
log.dirs：默认值：/tmp/kafka-logs。Kafka数据存放的目录。可以指定多个目录，中间用逗号分隔，当新partition被创建的时会被存放到当前存放partition最少的目录。
port：默认值：9092。BrokerServer接受客户端连接的端口号。
zookeeper.connect：Zookeeper的连接串，格式为：hostname1:port1,hostname2:port2,hostname3:port3。可以填一个或多个，为了提高可靠性，建议都填上。注意，此配置允许我们指定一个zookeeper路径来存放此kafka集群的所有数据，为了与其他应用集群区分开，建议在此配置中指定本集群存放目录，格式为：hostname1:port1,hostname2:port2,hostname3:port3/chroot/path 。需要注意的是，消费者的参数要和此参数一致。
message.max.bytes：默认值：1000000。服务器可以接收到的最大的消息大小。注意此参数要和consumer的maximum.message.size大小一致，否则会因为生产者生产的消息太大导致消费者无法消费。
num.io.threads：默认值：8。服务器用来执行读写请求的IO线程数，此参数的数量至少要等于服务器上磁盘的数量。
queued.max.requests：默认值：500。I/O线程可以处理请求的队列大小，若实际请求数超过此大小，网络线程将停止接收新的请求。
socket.send.buffer.bytes ：默认值：100 * 1024。The SO_SNDBUFF buffer the server prefers for socket connections。
socket.request.max.bytes：默认值：100 * 1024 * 1024。服务器允许请求的最大值， 用来防止内存溢出，其值应该小于 Java heap size。
num.partitions：默认值：1。默认partition数量，如果topic在创建时没有指定partition数量，默认使用此值，建议改为5。
log.segment.bytes：1024 * 1024 *1024。Segment文件的大小，超过此值将会自动新建一个segment，此值可以被topic级别的参数覆盖。
log.roll.{ms,hours}：默认值：24 * 7 hours。新建segment文件的时间，此值可以被topic级别的参数覆盖。
log.retention.{ms,minutes,hours}：默认值：7 days。Kafka segment log的保存周期，保存周期超过此时间日志就会被删除。此参数可以被topic级别参数覆盖。数据量大时，建议减小此值。
log.retention.bytes：默认值：-1。每个partition的最大容量，若数据量超过此值，partition数据将会被删除。注意这个参数控制的是每个partition而不是topic。此参数可以被log级别参数覆盖。
log.retention.check.interval.ms：默认值：5 minutes。删除策略的检查周期。
auto.create.topics.enable：默认值：5 minutes。自动创建topic参数，建议此值设置为false，严格控制topic管理，防止生产者错写topic。
default.replication.factor：默认值：1。默认副本数量，建议改为2。
replica.lag.time.max.ms：默认值：10000。在此窗口时间内没有收到follower的fetch请求，leader会将其从ISR(in-sync replicas)中移除。
replica.lag.max.messages：默认值：4000。如果replica节点落后leader节点此值大小的消息数量，leader节点就会将其从ISR中移除。
replica.socket.timeout.ms：默认值：30 * 1000。replica向leader发送请求的超时时间。
zookeeper.session.timeout.ms：默认值：6000。ZooKeeper session 超时时间。如果在此时间内server没有向zookeeper发送心跳，zookeeper就会认为此节点已挂掉。 此值太低导致节点容易被标记死亡；若太高，.会导致太迟发现节点死亡。
zookeeper.connection.timeout.ms：默认值：6000。客户端连接zookeeper的超时时间。
zookeeper.sync.time.ms：默认值：2000。H ZK follower落后 ZK leader的时间。
controlled.shutdown.enable：默认值：true。允许broker shutdown。如果启用，broker在关闭自己之前会把它上面的所有leaders转移到其它brokers上，建议启用，增加集群稳定性。
delete.topic.enable：默认值：false。启用deletetopic参数，建议设置为true。
Producer配置信息
metadata.broker.list：启动时producer查询brokers的列表，可以是集群中所有brokers的一个子集。注意，这个参数只是用来获取topic的元信息用，producer会从元信息中挑选合适的broker并与之建立socket连接。格式是：host1:port1,host2:port2。
request.required.acks：默认值：0。
request.timeout.ms：默认值：10000。Broker等待ack的超时时间，若等待时间超过此值，会返回客户端错误信息。
producer.type：默认值：sync。同步异步模式。async表示异步，sync表示同步。如果设置成异步模式，可以允许生产者以batch的形式push数据，这样会极大的提高broker性能，推荐设置为异步。
serializer.class：kafka.serializer.DefaultEncoder，序列号类，.默认序列化成 byte[] 。
key.serializer.class：Key的序列化类，默认同上。
partitioner.class：kafka.producer.DefaultPartitioner，Partition类，默认对key进行hash。
compression.codec：默认值：none。指定producer消息的压缩格式，可选参数为： “none”, “gzip” and “snappy”。
compressed.topics：启用压缩的topic名称。若上面参数选择了一个压缩格式，那么压缩仅对本参数指定的topic有效，若本参数为空，则对所有topic有效。
message.send.max.retries：默认值：3。Producer发送失败时重试次数。若网络出现问题，可能会导致不断重试。
queue.buffering.max.ms：默认值：5000。启用异步模式时，producer缓存消息的时间。比如我们设置成1000时，它会缓存1秒的数据再一次发送出去，这样可以极大的增加broker吞吐量，但也会造成时效性的降低。
queue.buffering.max.messages：默认值：10000。采用异步模式时producer buffer 队列里最大缓存的消息数量，如果超过这个数值，producer就会阻塞或者丢掉消息。
queue.enqueue.timeout.ms：默认值：-1。当达到上面参数值时producer阻塞等待的时间。如果值设置为0，buffer队列满时producer不会阻塞，消息直接被丢掉。若值设置为-1，producer会被阻塞，不会丢消息。
batch.num.messages：默认值：200。采用异步模式时，一个batch缓存的消息数量。达到这个数量值时producer才会发送消息。
Consumer配置信息
group.id：Consumer的组ID，相同goup.id的consumer属于同一个组。
zookeeper.connect：Consumer的zookeeper连接串，要和broker的配置一致。
consumer.id：如果不设置会自动生成。
socket.timeout.ms：默认值：30 * 1000。网络请求的socket超时时间。实际超时时间由max.fetch.wait + socket.timeout.ms 确定。
socket.receive.buffer.bytes：默认值：64 * 1024。The socket receive buffer for network requests。
fetch.message.max.bytes：默认值：1024 * 1024。查询topic-partition时允许的最大消息大小。consumer会为每个partition缓存此大小的消息到内存，因此，这个参数可以控制consumer的内存使用量。这个值应该至少比server允许的最大消息大小大，以免producer发送的消息大于consumer允许的消息。
num.consumer.fetchers：默认值：1。The number fetcher threads used to fetch data。
auto.commit.enable：默认值：true。如果此值设置为true，consumer会周期性的把当前消费的offset值保存到zookeeper。当consumer失败重启之后将会使用此值作为新开始消费的值。
auto.commit.interval.ms ：默认值：60 * 1000。Consumer提交offset值到zookeeper的周期。
queued.max.message.chunks：默认值：2。用来被consumer消费的message chunks 数量， 每个chunk可以缓存fetch.message.max.bytes大小的数据量。
auto.commit.interval.ms：默认值：60 * 1000。Consumer提交offset值到zookeeper的周期。
queued.max.message.chunks：默认值：2。用来被consumer消费的message chunks 数量， 每个chunk可以缓存fetch.message.max.bytes大小的数据量。
