Kafka基本概念

1、主题

​ Kafka将一组消息抽象归纳为一个主题(Topic)，也就是说，一个主题就是对消息的一个分类，生产者将消息发送到特定主题，消费者订阅主题或主题的某些分区进行消费。

2、消息

​ 消息是Kafka通信的基本单位，由一个固定长度的消息头和一个可变长度的消息体构成。在由Java重新实现的客户端中，每一条消息被称为Record。

3、分区和副本

​ Kafka将一组消息归纳为一个主题，而每个主题又被分成一个或多个分区(Partition)。每个分区由一系列有序、不可变的消息组成，是一个有序队列。

分区是保证Kafka消息被顺序消费以及对消息进行负载均衡的基础。

Kafka只能保证一个分区之内消息的有序性，并不能保证跨分区消息的有序性。

4、Leader副本和Follower副本

​ 由于Kafka副本的存在，就需要保证一个分区的多个副本之间数据的一致性，Kafka会选择该分区的一个副本作为Leader副本，而该分区其他副本即为Follower副本，只有Leader副本才负责处理客户端的读写请求，Follower副本从Leader副本同步数据。

​ 副本Follower与Leader的角色并不是固定不变的，如果Leader失效，通过相应的选举算法将从其他Follower副本中选出新的Leader副本。

5、偏移量

​ 任何发布到分区的消息会被直接追加到日志文件的尾部，而每条消息在日志文件中的位置都会对应一个按序递增的偏移量，偏移量是一个分区下严格有序的逻辑值，并不表示消息在磁盘上的物理位置。

​ 消费者可以通过控制消息偏移量来对消息进行消费，为了保证消息被顺序消费，消费者已消费的消息对应的偏移量也需要保存。

6、日志段

​ 一个日志又被划分为多个日志段（LogSegment），日志段是Kafka日志对象分片的最小单位，与日志对象一样，日志段也是一个逻辑概念，一个日志段对应磁盘上一个具体的日志文件和两个索引文件。

日志文件是以“.log”为文件名后缀的数据文件，用于保存消息实际数据；

两个索引文件分别以“.index”和“.timeindex”作为文件名后缀，分别表示消息偏移量索引文件和消息时间戳索引文件。

7、代理

​ 我们将Kafka集群中每一个Kafka实例称为代理（Broker），通常也称为Kafka服务器（KafkaServer）。集群中每一个代理都一个唯一id，为任意非负整数。这个id就是代理的名字，也就是在启动代理时配置的broker.id对应的值。

8、生产者

​ 生产者（Producer）负责将消息发送给代理，也就是向Kafka代理发送消息的客户端。

9、消费者和消费者组

​ 消费者(consumer)以拉取方式拉取数据，它是消费的客户端。在Kafka中每一个消费者都属于一个特定的消费组（ConsumerGroup），我们可以为每个对消费者指定一个消费组，以groupId代表消费组名称，通过group.id配置设置。如果不指定消费组则该消费者属于默认消费组test-consumer-group。

​ 同时，每个消费者也有一个全局唯一的id，通过配置项client.id指定。如果客户端没有消费者的id，Kafka会自动为该消费者生成一个全局唯一的id，格式为$ {groupld }-$ {hostN ame }-$ {times tamp}-$ {UUID 字符｝同一个主题的一条消息只能被同一个消费组下某一个消费者消费，但不同消费组的消息可同时消费该消息。

10、ISR(In-sync Replica)

​ Kafka在Zookeeper中动态维护了一个ISR，即保存同步的副本列表，该列表中保存的是与Leader副本保持消息同步的所有副本对应的代理节点id。如果一个Follower副本宕机或是落后太多，则该Follower副本节点将从ISR列表中移除。

11、ZooKeeper

​ Kafka利用ZooKeeper保存相应元数据信息，Kafka元数据信息包括如代理节点信息、Kafka集群信息、旧版消费者信息及其消费偏移量信息、主体信息、分区状态信息、分区副本分配方案信息、动态配置信息等。Kafka在启动或者运行过程档中会在ZK上创建相应节点来保存元数据信息，Kafka通过监听机制在这些节点注册相应监听器来监听节点元数据的变化，从而由ZK负责管理维护Kafka集群，同时通过ZK能够顾跟方便地对Kafka集群进行水平扩展及数据迁移。

Kafka特性

1. 消息持久化；

   • 解耦消息发送与消息消费

   • 实现灵活的消息处理

     普通的系统在实现持久化时可能会先尽量使用内存，当内存资源耗尽时，再 次性地把数据“刷盘”；而 Kafka 则反其道而行之，有数据都会立即被写入文件系统的持久化日志中，之后 Kafka 服务器才会返回结果给客户端通

     知它们消息已被成功写入。这样做既实时保存了数据，又减少了 Kafka 程序对于内存的消耗，从而将节省出的内存留给页缓存使用，更进一步地提升了整体性能。

2. 高吞吐量；

   • 大量使用操作系统页缓存，内存操作速度快且命中率高；
   • Kafka不直接参与物理IO操作，而是交由最擅长此事的操作系统来完成；
   • 采用追加写入方式，摒弃了缓慢的磁盘随机读写操作；
   • 使用以sendfile为代表的零拷贝技术加强网络间的数据传输

3. 扩展性；

4. 多客户端支持；

5. 安全机制；

6. 数据备份；

7. 轻量级；

8. 消息压缩；

主题管理

创建主题

Kafka提供以下两种方式来创建一个topic：

1、若代理设置了auto.create.topics.enable=true,该配置默认值为true，这样当生产者向一个还未创建的topic发送消息时，会自动创建一个拥有$num.partitions个分区和${default.replication.factot}个副本的主题；

2、客户端通过kafka-topics.sh脚本创建一个主题。

kafka-topics.sh --create --zookeeper server-1:2181,server-2:2181 , server-3:2181 --replication-factor 2 --partitions 3 --topic kafka-action

该主题拥有2个副本、3个分区。

参数说明：

• ZooKeeper参数是必传参数，用于配置Kafka集群与ZK连接地址；

• partition参数用于设置主题分区数，该配置为必传参数。 Kafka 通过分区分配策略，将

  个主题的消息分散到多个分区井分别保存到不同的代理上，以此来提高消息处理的

  吞吐量。 Kafka 生产者和消费者可以采用多线程井行对主题消息进行处理，而每个线

  程处理的是 个分区的数据，因此分区实际上是 Kafka 井行处理的基本单位 分区数

  越多 定程度上会提升消息处理的吞吐量，然而 Kafka 消息是以追加的形式存储在文

  件中的，这就意味着分区越多需要打开更多的文件句柄，这样也会带来一定的开销。

• replication-factor：用来设置主题副本数，必传参数，副本会被分布在不同节点上，副本数不能超过节点数，否则创建主题会失败。

在创建主题时，我们还可以通过 config 参数来设置主题级别的配置以覆盖默认配置，可以

设置多组配置，具体格式为：

--config configl-name=configl-value -config config2-name=config2-value

删除主题

删除topic，一般有以下两种方式：

1. 手动删除各节点${log.dir}目录下该主题分区文件夹，同时登陆ZK客户端删除待删除主题对应的节点，主题元数据保存在/brokers/topics和/config/topics目录下。

2. 执行kafka-topics.sh脚本进行删除，若希望通过该脚本彻底删除topic，则需要保证在启动Kafka时所加载的server.properties文件中配置delete. topic.enable=true,改配置默认为false。否则执行该脚本并未真正删除主题，而是在ZK的/admin/delete_topics目录下创建与待删除主题同名的节点，将该主题标记为删除状态。

   kafka-topics --delete --zoo keeper server-1: 21 l,server-2:2181 一－ topic kafka-action

查看主题

1. 查看所有主题：

   kafka-topics.sh --list --zookeeper server-1 : 2181 , server-2:2181

2. 查看某个特定主题信息

   若不指定topic则查看所有topic的信息

   kafka-topics.sh --describe --zookeeper server- 1 : 2181,server-2:2181

   指定topic

   ./kafka-topics.sh --describe --zookeeper 127.0.0.1:2181 --topic <topicName>

3. 查看正在同步的主题

   该主题可能正在进行同步操作，也有可能同步发生异常，即此时所查询到的主题分区的ISR列表长度小于AR列表长度。对于通过该命令查询到的分区要重点监控，因为这可能意味着集群某个代理已失效或者同步速度减慢等。

   kafka-topics.sh --describe --zookeeper 172.117.12.61:2181 --under-replicated partitions

4. 查看没有Leader的分区

   通过 describe unavailable -partitions 命令组合使用，可以查看没有 Leader 副本的主题。同样也可以指定 topic 参数，查看某个特定主题的哪些分区的 Leader 己不可用

   kafka-topics.sh --describe zookeeper server-1:2181,server-2:2181 --unavailable-partitions

5. 查看主题覆盖的配置

   kafka-topics.sh --des cribe --zookeeper server-1:2181,server-2:2181 --topics-with -overrides

修改主题

1. 修改主题级别配置

• 查看config-test主题当前的配置：

  kafka-topics. sh --describe - -zookeeper server-12181 , server-2 : 2181 , server-3 : 2181 --topics-with-overrides --topic config- test

• 修改该max.message.byte配置使其值为204800

  kafka-topics.sh --alter - - zookeeper server-1:2181 , server-2:2181,server-3:2181 --topic config-test --config max.message.bytes=204800

2. 增加分区

   Kafka并不支持减少分区的操作，只能为一个主题增加分区：

   kafka-topics.sh --alter -- zookeeper server-1:2181,server-2 : 2181 , server-3 : 2181 --topic config-test --partitions 5