【云小课】EI第37课 MRS基础原理之Kafka组件介绍

Kafka是一个分布式的、分区的、多副本的消息发布-订阅系统，它提供了类似于JMS的特性，但在设计上完全不同，它具有消息持久化、高吞吐、分布式、多客户端支持、实时等特性，适用于离线和在线的消息消费，如常规的消息收集、网站活性跟踪、聚合统计系统运营数据（监控数据）、日志收集等大量数据的互联网服务的数据收集场景。

Kafka主要特点如下：

可靠性：提供At-Least Once，At-Most Once，Exactly Once消息可靠传递。消息被处理的状态是在Consumer端维护，需要结合应用层实现Exactly Once。

高吞吐：同时为发布和订阅提供高吞吐量。

持久化：将消息持久化到磁盘，因此可用于批量消费，以及实时应用程序。通过将数据持久化到硬盘以及replication防止数据丢失。

分布式：分布式系统，易于向外扩展。所有的Producer、Broker和Consumer都支持部署多个形成分布式的集群。无需停机即可扩展系统。

Kafka结构

生产者（Producer）将消息发布到Kafka主题（Topic）上，消费者（Consumer）订阅这些主题并消费这些消息。在Kafka集群上一个服务器称为一个Broker。对于每一个主题，Kafka集群保留一个用于缩放、并行化和容错性的分区（Partition）。每个分区是一个有序、不可变的消息序列，并不断追加到提交日志文件。分区的消息每个也被赋值一个称为偏移顺序（Offset）的序列化编号。

名称

说明

Broker

在Kafka集群上一个服务器称为一个Broker。

Topic/主题

一个Topic就是一个类别或者一个可订阅的条目名称，也即一类消息。一个主题可以有多个分区，这些分区可以作为并行的一个单元。

Partition/分区

是一个有序的、不可变的消息序列，这个序列可以被连续地追加—个提交日志。在分区内的每条消息都有一个有序的ID号，这个ID号被称为偏移（Offset），这个偏移量可以唯一确定每条消息在分区内的位置。

Producer/生产者

向Kafka的主题发布消息。

Consumer/消费者

向Topic订阅，并且接收发布到这些Topic的消息。

消费者使用一个消费者组名称来标记自己，主题的每个消息被传递给每个订阅消费者组中的一个消费者。如果所有的消费者实例都属于同样的消费组，它们就以传统队列负载均衡方式工作。如上图中，Consumer1与Consumer2之间为负载均衡方式；Consumer3、Consumer4、Consumer5与Consumer6之间为负载均衡方式。如果消费者实例都属于不同的消费组，则消息会被广播给所有消费者。如上图中，Topic1中的消息，同时会广播到Consumer Group1与Consumer Group2中。

Kafka原理

消息可靠性

Kafka Broker收到消息后，会持久化到磁盘，同时，Topic的每个Partition有自己的Replica（备份），每个Replica分布在不同的Broker节点上，以保证当某一节点失效时，可以自动故障转移到可用消息节点。

高吞吐量

Kafka通过以下方式提供系统高吞吐量：

数据磁盘持久化：消息不在内存中cache，直接写入到磁盘，充分利用磁盘的顺序读写性能。

Zero-copy：减少IO操作步骤。

数据批量发送：提高网络利用率。

Topic划分为多个Partition，提高并发度，可以由多个Producer、Consumer数目之间的关系并发来读、写消息。Producer根据用户指定的算法，将消息发送到指定的Partition。

消息订阅-通知机制

消费者对感兴趣的主题进行订阅，并采取pull的方式消费数据，使得消费者可以根据其消费能力自主地控制消息拉取速度，同时，可以根据自身情况自主选择消费模式，例如批量、重复消费，从尾端开始消费等；另外，需要消费者自己负责维护其自身消息的消费记录。

可扩展性

当在Kafka集群中可通过增加Broker节点以提供更大容量时。新增的Broker会向ZooKeeper注册，而Producer及Consumer会及时从ZooKeeper感知到这些变化，并及时作出调整。

使用Kafka客户端

MRS集群的创建您可参考创建集群。

Kafka客户端的安装您可以参考安装客户端。

以客户端安装用户，登录安装客户端的节点。执行以下命令，切换到客户端安装目录。

cd /opt/Bigdata/client source bigdata_env

若集群开启了Kerberos认证，需提前准备具有Kafka操作权限的用户并进行认证。

kinit 组件业务用户

创建一个Topic：

cd Kafka/kafka/bin/ sh kafka-topics.sh --create --topic 主题名称 --partitions 主题占用的分区数 --replication-factor 主题的备份个数 --zookeeper ZooKeeper角色实例所在节点IP地址:clientPort/kafka 例如执行： sh kafka-topics.sh --create --topic Test --partitions 2 --replication-factor 2 --zookeeper 192.168.67.136:24002/kafka

执行以下命令，查询集群中的Topic信息：

sh kafka-topics.sh --list --zookeeper ZooKeeper角色实例所在节点IP地址:ZooKeeper端口/kafka 例如执行： sh kafka-topics.sh --list --zookeeper 192.168.67.136:24002/kafka ... Test __KafkaMetricReport __consumer_offsets __default_metrics ...

登录集群的FusionInsight Manager，单击“集群 > 服务 > Kafka > KafkaTopic监控”可从管理界面中快速查看Topic状态。

继续执行以下命令，向Test Topic中写入数据。

cat ../NOTICE | kafka-console-producer.sh --broker-list Broker实例IP地址:Broker端口 --topic Topic名称 --producer.config ../config/producer.properties 例如执行： cat ../NOTICE | kafka-console-producer.sh --broker-list 192.168.42.14:21007 --topic Test --producer.config ../config/producer.properties

将Test Topic中的内容读取出来。

kafka-console-consumer.sh --consumer.config ../config/consumer.properties --bootstrap-server Broker实例IP地址:Broker端口 --topic Topic名称 --from-beginning 例如执行： kafka-console-consumer.sh --consumer.config ../config/consumer.properties --bootstrap-server 192.168.42.14:21007 --topic Test --from-beginning

Apache Kafka Copyright 2019 The Apache Software Foundation. This product includes software developed at The Apache Software Foundation (https://www.apache.org/). This distribution has a binary dependency on jersey, which is available under the CDDL License. The source code of jersey can be found at https://github.com/jersey/jersey/. ...

退出显示窗口，执行以下命令删除创建的Topic：

sh kafka-topics.sh --delete --topic Test --zookeeper 192.168.67.136:24002/kafka

关于Kafka应用开发及相关样例代码介绍，请参考《Kafka开发指南》。

好了，本期云小课就介绍到这里，快去体验MapReduce(MRS)更多功能吧！猛戳这里

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