一、基本概念
kafka中每条记录包含一个key,一个value和一个时间戳。
Topics
每个Topic,kafka都会维持一个分区日志,每个分区都是有序且不可变
的记录集,分区中的每一个记录都有对应的id表示顺序,kafka中称之为offset。用于唯一的标识分区中的每一条记录。
kafka分区日志
kafka中增加或者减少消费者对已经存在的消费者消费数据是没有影响的,因为每一个消费者中唯一保存的元数据是offset。
分区
kafka中,每个分区都有一台server作为leader,其他为follwers,leader处理对分区的读写,follwers被动的从leader上同步数据。
每个分区内的记录是有序的,但并不保证主体中不同分区的顺序
消费者
一个消费者组是一个逻辑订阅者
1、如果所有的消费者实例在同一消费组中,消息记录会负载平衡到每一个消费者实例.
2、如果所有的消费者实例在不同的消费组中,每条消息记录会广播到所有的消费者进程.
3、kafka会将topic中的partion划分到每一个消费者实例上,确保每个实例都是分区唯一的消费者,有新的实例加入组或者有实例离开组时,都会动态的接管一些partion。
消费者组
kafka消费者正是基于以上特点,和传统的消息系统不同,kafka同时具备队列和发布-订阅的特性
,同一个消费者组中,消费者实例处理消息记录后消息即被丢弃(offset偏移),这是kafka的队列特性,同时,消息可以广播分发给不同消费者组,这是kafka的发布-订阅特性。
kafka相比传统消息系统具备更严格的顺序保证
如下图所示,传统消息系统中,虽然服务器顺序的存储消息并顺序输出,但是消息异步到达消费者,因此在并行消费的情况下,无法保证消息的顺序性。
传统消息系统消费机制
kafka中,每个partion由一个消费者组中的一个消费者所消费,该消费者即为分区的唯一读者,并按顺序消费数据,因此可以保证消息的顺序性。但是消费者组中的消费者实例个数不能超过分区的数量
。
kafka分区消费机制
如果某主题对顺序有强一致性,可以通过kafka的该特性将该主题的数据写入到指定的partion中(我们可通过props.put("partitioner.class","***")指定分区策略),可以通过实现Partitioner接口来自定义我们的分区策略,如果是spring-cloud-stream,可通过下面方式指定分区策略,具体可参考spring-cloud-stream官网说明
@InboundChannelAdapter(channel = Source.OUTPUT, poller = @Poller(fixedRate = "5000")) public Message<?> generate() { String value = data[RANDOM.nextInt(data.length)]; System.out.println("Sending: " + value); return MessageBuilder.withPayload(value) .setHeader("partitionKey", value) .build();
kafka集群的扩展
只需要分配新的brokerID并启动就可以加入到集群,但是新加入的broker是不会被分配任何数据分区,直到有新的topic创建。但是可以使用kafka-reassign-partitions.sh工具来重新分配partition
二、kafka的高可靠性
2.1 kafka的存储结构
一个topic可以分为多个partition,而一个partition又可分为多个segment(数据段)。第一个segment命名从0开始,后面每个segment名称为上一个segment最后一条消息的offset。
kafka存储结构
而每个segment由.index和.log和.timeindex文件组成
kafka-segment构成文件
index存储元数据,log存储消息, timeindex是kafka的时间日志。元数据指向log文件中message的偏移地址。对应关系如下图所示
元数据和日志文件的对应关系