kafka简介安装和使用

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-05-26 13:44 271阅读 0赞

# 1. kafka介绍 #

## 1.1. 主要功能 ##

根据官网的介绍，ApacheKafka®是一个分布式流媒体平台，它主要有3种功能：

1：It lets you publish and subscribe to streams of records.发布和订阅消息流，这个功能类似于消息队列，这也是kafka归类为消息队列框架的原因

2：It lets you store streams of records in a fault-tolerant way.以容错的方式记录消息流，kafka以文件的方式来存储消息流

3：It lets you process streams of records as they occur.可以再消息发布的时候进行处理

## 1.2. 使用场景 ##

1：Building real-time streaming data pipelines that reliably get data between systems or applications.在系统或应用程序之间构建可靠的用于传输实时数据的管道，消息队列功能

2：Building real-time streaming applications that transform or react to the streams of data。构建实时的流数据处理程序来变换或处理数据流，数据处理功能

**主题和日志 (Topic和Log)**

每一个分区(partition)都是一个顺序的、不可变的消息队列,并且可以持续的添加。分区中的消息都被分了一个序列号,称之为偏移量(offset),在每个分区中此偏移量都是唯一的。Kafka集群保持所有的消息,直到它们过期,无论消息是否被消费了。实际上消费者所持有的仅有的元数据就是这个偏移量，也就是消费者在这个log中的位置。 这个偏移量由消费者控制：正常情况当消费者消费消息的时候，偏移量也线性的的增加。但是实际偏移量由消费者控制，消费者可以将偏移量重置为更老的一个偏移量，重新读取消息。 可以看到这种设计对消费者来说操作自如， 一个消费者的操作不会影响其它消费者对此log的处理。 再说说分区。Kafka中采用分区的设计有几个目的。一是可以处理更多的消息，不受单台服务器的限制。Topic拥有多个分区意味着它可以不受限的处理更多的数据。第二，分区可以作为并行处理的单元，稍后会谈到这一点。

**分布式(Distribution)**

Log的分区被分布到集群中的多个服务器上。每个服务器处理它分到的分区。根据配置每个分区还可以复制到其它服务器作为备份容错。 每个分区有一个leader，零或多个follower。Leader处理此分区的所有的读写请求，而follower被动的复制数据。如果leader宕机，其它的一个follower会被推举为新的leader。 一台服务器可能同时是一个分区的leader，另一个分区的follower。 这样可以平衡负载，避免所有的请求都只让一台或者某几台服务器处理。

1 活动跟踪  
Kafka最初的使用场景是跟踪用户的活动。网站用户与前端应用程序发生交互，前端应用程序生成用户活动相关的悄息。这些消息可以是一些静态的信息，比如页面访问次数和点击量，也可以是一些复杂的操作，比如添加用户资料。这些悄息被发布到一个或多个主题上，由后端应用程序负责读取。这样，我们就可以生成报告，为机器学习系统提供数据，更新搜索结果，或者实现其他更多的功能。

2 传递消息  
Kafka的另一个基本用途是传递消息。应用程序向用户发送通知（比如邮件）就是通过传递消息来实现的。这些应用程序组件可以生成消息，而不需要关心消息的格式，也不需要关心消息是如何被发送的。一个公共应用程序会读取这些消息，对它们进行处理：

格式化消息（也就是所谓的装饰）;  
将多个消息放在同一个通知里发送;  
根据用户配置的首选项来发送数据。

使用公共组件的好处在于，不需要在多个应用程序上开发重复的功能，而且可以在公共组件上做一些有趣的转换，比如把多个消息聚合成一个单独的通知，而这些工作是无住在其他地方完成的。

3 度量指标和日志记录  
Kafka也可以用于收集应用程序和系统度量指标以及日志。Kafka支持多个生产者的特性在这个时候就可以派上用场。应用程序定期把度量指标发布到Kafka 主题上，监控系统或告警系统读取这些消息。Kafka也可以用在像Hadoop这样的离线系统上，进行较长时间片段的数据分析，比如年度增长走势预测。日志消息也可以被发布到Kafka主题上，然后被路由到专门的日志搜索系统（比如Elasticsearch ）或安全分析应用程序。更改目标系统（比如日志存储系统）不会影响到前端应用或聚合方在去，这是Kafka的另一个优点。

4 提交日志  
Kafka的基本概念来源于提交日志，所以使用Kafka作为提交日志是件顺理成章的事。我们可以把数据库的更新发布到Kafka上，应用程序通过监控事件流来接收数据库的实时更新。这种变更日志流也可以用于把数据库的更新复制到远程系统上，或者合并多个应用程序的更新到一个单独的数据库视图上。数据持久化为变更日志提供了缓冲区，也就是说，如果消费者应用程序发生故障，可以通过重放这些日志来恢复系统状态。另外，紧凑型日志主题只为每个键保留一个变更数据，所以可以长时间使用，不需要担心消息过期问题。

5 流处理  
流处理是又一个能提供多种类型应用程序的领域。可以说，它们提供的功能与Hadoop里的map和reduce 有点类似，只不过它们操作的是实时数据流，而Hadoop则 处理更长时间片段的数据，可能是几个小时或者几天， Hadoop 会对这些数掘进行批处理。通过使用流式处理框架，用户可以编写小型应用程序来操作Kafka 悄息，比如计算度量指标，为其他应用程序有效地处理消息分区，或者对来自多个数据掘的消息进行转换。

## 1.3. 详细介绍 ##

Kafka目前主要作为一个分布式的发布订阅式的消息系统使用，下面简单介绍一下kafka的基本机制

1.3.1 消息传输流程

![这里写图片描述][760273-20171108181426763-1692750478.png]

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。

从上图中就可以看出同一个Topic下的消费者和生产者的数量并不是对应的。

1.3.2 kafka服务器消息存储策略

![这里写图片描述][760273-20171108181503075-2011721824.png]

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。

![这里写图片描述][760273-20171108181534809-1489003398.png]

在每个分区中，消息以顺序存储，最晚接收的的消息会最后被消费。

1.3.3 与生产者的交互

![这里写图片描述][760273-20171108181730059-1009703405.png]

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

1.3.4 与消费者的交互

![这里写图片描述][760273-20171108181923325-686894915.png]

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。

# 2. Kafka安装与使用 #

## 2.1. 下载 ##

你可以在kafka官网 [http://kafka.apache.org/downloads下载到最新的kafka安装包，选择下载二进制版本的tgz文件，根据网络状态可能需要fq，这里我们选择的版本是kafka\_2.12-1.1.0，目前的最新版][http_kafka.apache.org_downloads_kafka_tgz_fq_kafka_2.12-1.1.0]

## 2.2. 安装 ##

JDK1.8：jdk环境必备  
kafka\_2.12-1.1.0:kafa自带了zookeeper  
zookeeper：kafa自带了这个组件，所以单机版不需要单独安装

Kafka是使用scala编写的运行与jvm虚拟机上的程序，虽然也可以在windows上使用，但是kafka基本上是运行在linux服务器上，因此我们这里也使用linux来开始今天的实战。

首先确保你的机器上安装了jdk，kafka需要java运行环境，以前的kafka还需要zookeeper，新版的kafka已经内置了一个zookeeper环境，所以我们可以直接使用

说是安装，如果只需要进行最简单的尝试的话我们只需要解压到任意目录即可，这里我们将kafka压缩包解压到/mnt目录

## 2.3. 单机版运行 ##

### JDK安装 ###

tar -zxvf jdk-8u171-linux-x64.tar.gz 
      ls
    vi ~/.bashrc
    
    export JAVA_HOME =/mnt/jdk-1.8.0_60
    export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin
    
    source ~/.bashrc

### kafka单机版安装和配置 ###

wget http://mirrors.hust.edu.cn/apache/kafka/1.1.0/kafka_2.12-1.1.0.tgz
    
     cd kafka_2.12-1.1.0/

默认情况下，kafka已经集成了内部的zookeeper，因此单机版直接运行就可以了，不需要特殊的处理

首先我们使用交互模式启动，因此至少需要4个终端开启：  
1.zookeeper启动  
2.kafka启动  
3.服务端启动  
4.消费端启动

### 启动zookeeper ###

cd进入kafka解压目录，输入

cd kafka_2.12-1.1.0/
    nohup bin/zookeeper-server-start.sh config/zookeeper.properties > /dev/null 2>&1&
    
    bin/zookeeper-server-stop.sh
    bin/zookeeper-shell.sh status

启动zookeeper成功后会看到如下的输出

### kafka服务端启动和停止 ###

nohup bin/kafka-server-start.sh  config/server.properties > /dev/null 2>&1&

kafka服务停止

bin/kafka-server-stop.sh config/server.properties

### 创建topic ###

cd /mnt/kafka_2.12-1.1.0
    
    bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper localhost:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic test

### 客户端启动 ###

cd /mnt/kafka_2.12-1.1.0
    bin/kafka-console-consumer.sh --zookeeper localhost:2181 --topic test --from-beginning
    >hello
    >中文

### 发布消息（生产者） ###

bin/kafka-console-producer.sh --broker-list localhost:9092 --topic test

在输入模式下输入文字回车就会发送出去,这样客户端就可以看到生产者发送的内容

### 查看topic节点 ###

查看所有topic
    kafka-topics.sh --list --zookeeper localhost:2181
    
    
    用describe 查看集群中该topic每个节点情况
    bin/kafka-topics.sh --describe --zookeeper localhost:2181 --topic test
    Topic:test	PartitionCount:1	ReplicationFactor:1	Configs:
    	Topic: test	Partition: 0	Leader: 0	Replicas: 0	Isr: 0

第一行表示汇总信息. 有1个分区, 1份备份 第二行表示每个分区的信息,对分区0,领导节点id是0, 备份到0

*  leader 表示负责某分区全部读写的节点. 每个分区都会有随机选择的leader.
 *  Replicas 表示需要复制到的节点, 不管是否活着.
 *  Isr 表示(“in-sync” replicas), 正在同步的备份, 表示可用的活着的节点

### 常用业务命令 ###

\*\* 创建topic\*\*  
我们创建一个名称为order-notify的Topic，5个分区，并且复制因子为3，执行如下命令：

bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper localhost:2181/kafka --replication-factor 3 --partitions 5 --topic order-notify

localhost:2181可以用逗号跟多个ip:端口使用集群方式

\*\* 生产一个消息\*\*  
producer行回车后就会按行产生一条记录

bin/kafka-console-producer.sh --broker-list localhost:9092 --topic order-notify
    {"bid":"yw","orderNo":"66000346076","payType":"weixin_app","status":1,"statusMsg":"已支付","success":true,"uid":328508}

**启动Consumer**  
启动Consumer并订阅我们上面创建的名称为 order-notify的Topic中生产的消息，执行如下脚本：

bin/kafka-console-consumer.sh --zookeeper  localhost:/kafka --from-beginning --topic  order-notify

### 多备份,多分区 ###

创建一个3备份，3分区的topic zhh-replicated-partitions-topic

bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper localhost:2181 --replication-factor 3 --partitions 3 --topic zhh-replicated-partitions-topic
    Created topic "zhh-replicated-partitions-topic".
    zhouhh@/Users/zhouhh/java/kafka $ kafka-topics.sh --describe --zookeeper localhost:2181 --topic zhh-replicated-partitions-topic
    Topic:zhh-replicated-partitions-topic	PartitionCount:3	ReplicationFactor:3	Configs:
    	Topic: zhh-replicated-partitions-topic	Partition: 0	Leader: 2	Replicas: 2,0,1Isr: 2,0,1
    	Topic: zhh-replicated-partitions-topic	Partition: 1	Leader: 0	Replicas: 0,1,2Isr: 0,1,2
    	Topic: zhh-replicated-partitions-topic	Partition: 2	Leader: 1	Replicas: 1,2,0Isr: 1,2,0

以当前单机版来看，该创建的3个备份会报错

replication factor: 1 larger than available brokers: 0

因为实际只有一个节点，但是可以单机环境下启动三个节点，具体资料参考如下

1 larger than available brokers: 0 问题解决方案  
[https://blog.csdn.net/u010805617/article/details/51265193][https_blog.csdn.net_u010805617_article_details_51265193]

## 2.3. 配置 ##

配置文件：

在kafka解压目录下下有一个config的文件夹，里面放置的是我们的配置文件

consumer.properites 消费者配置，这个配置文件用于配置于开启的消费者，此处我们使用默认的即可

producer.properties 生产者配置，这个配置文件用于配置于开启的生产者，此处我们使用默认的即可

server.properties kafka服务器的配置，此配置文件用来配置kafka服务器，目前仅介绍几个最基础的配置

server.properties常用的配置如下：  
**[broker.id][]**

申明当前kafka服务器在集群中的唯一ID，需配置为integer,并且集群中的每一个kafka服务器的id都应是唯一的，我们这里采用默认配置即可  
**listeners**  
申明此kafka服务器需要监听的端口号，如果是在本机上跑虚拟机运行可以不用配置本项，默认会使用localhost的地址，如果是在远程服务器上运行则必须配置，例如：  
　　　　　　　　　　listeners=PLAINTEXT://localhost:9092。并确保服务器的9092端口能够访问  
**zookeeper.connect**  
申明kafka所连接的zookeeper的地址 ，需配置为zookeeper的地址，由于本次使用的是kafka高版本中自带zookeeper，使用默认配置即可

zookeeper.connect=localhost:2181

kafka集群配置方式：  
其他主机将该机器的kafka解压目录拷贝即可，[然后需要修改broker.id][broker.id 1]、listeners地址。有关kafka配置文件参数，参考：[http://orchome.com/12；][http_orchome.com_12]

broker.id=0
    listeners=PLAINTEXT://kafka0:9092
    zookeeper.connect=zook1:2181,zook2:2181,zook3:2181

kafka0当前机器的hostname  
zook1,zook2,zook3为三台zookeeper集群服务器的hostname

其他配置比如data和日志的存放目录

mkdir -p /mnt/data/kafka-logs /mnt/data/zookeeper-data 
    
    vi config/zookeeper.properties
    vi config/server.properties

**修改zookeeper.properties**

zookeeper则修改文件存放位置如下  
dataDir=/mnt/data/zookeeper-data

**修改server.properties**  
log.dirs=/mnt/data/kafka-logs

## 3. 使用java程序 ##

跟上节中一样，我们现在在java程序中尝试使用kafka

### 3.1 创建Topic ###

public static void main(String[] args) {
        //创建topic
        Properties props = new Properties();
        props.put("bootstrap.servers", "192.168.180.128:9092");
        AdminClient adminClient = AdminClient.create(props);
        ArrayList<NewTopic> topics = new ArrayList<NewTopic>();
        NewTopic newTopic = new NewTopic("topic-test", 1, (short) 1);
        topics.add(newTopic);
        CreateTopicsResult result = adminClient.createTopics(topics);
        try {
            result.all().get();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

使用AdminClient API可以来控制对kafka服务器进行配置，我们这里使用NewTopic(String name, int numPartitions, short 　　replicationFactor)的构造方法来创建了一个名为“topic-test”，分区数为1，复制因子为1的Topic.

### 3.2 Producer生产者发送消息 ###

public static void main(String[] args){
        Properties props = new Properties();
        props.put("bootstrap.servers", "192.168.180.128:9092");
        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");
    
        Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<String, String>(props);
        for (int i = 0; i < 100; i++)
            producer.send(new ProducerRecord<String, String>("topic-test", Integer.toString(i), Integer.toString(i)));
    
        producer.close();
    
    }

使用producer发送完消息可以通过2.5中提到的服务器端消费者监听到消息。也可以使用接下来介绍的java消费者程序来消费消息

### 3.3 Consumer消费者消费消息 ###

public static void main(String[] args){
        Properties props = new Properties();
        props.put("bootstrap.servers", "192.168.12.65:9092");
        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");
        final KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<String,String>(props);
        consumer.subscribe(Arrays.asList("topic-test"),new ConsumerRebalanceListener() {
            public void onPartitionsRevoked(Collection<TopicPartition> collection) {
            }
            public void onPartitionsAssigned(Collection<TopicPartition> collection) {
                //将偏移设置到最开始
                consumer.seekToBeginning(collection);
            }
        });
        while (true) {
            ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(100);
            for (ConsumerRecord<String, String> record : records)
                System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
        }
    }

这里我们使用Consume API 来创建了一个普通的java消费者程序来监听名为“topic-test”的Topic，每当有生产者向kafka服务器发送消息，我们的消费者就能收到发送的消息。

## 4. 使用spring-kafka ##

Spring-kafka是正处于孵化阶段的一个spring子项目，能够使用spring的特性来让我们更方便的使用kafka

### 4.1 基本配置信息 ###

与其他spring的项目一样，总是离不开配置，这里我们使用java配置来配置我们的kafka消费者和生产者。

引入pom文件

<dependency>
        <groupId>org.apache.kafka</groupId>
        <artifactId>kafka-clients</artifactId>
        <version>0.11.0.1</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.kafka</groupId>
        <artifactId>kafka-streams</artifactId>
        <version>0.11.0.1</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.kafka</groupId>
        <artifactId>spring-kafka</artifactId>
        <version>1.3.0.RELEASE</version>
    </dependency>

创建配置类  
我们在主目录下新建名为KafkaConfig的类

@Configuration
    @EnableKafka
    public class KafkaConfig {
    
    }

配置Topic  
在kafkaConfig类中添加配置

//topic config Topic的配置开始
        @Bean
        public KafkaAdmin admin() {
            Map<String, Object> configs = new HashMap<String, Object>();
            configs.put(AdminClientConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"192.168.180.128:9092");
            return new KafkaAdmin(configs);
        }
    
        @Bean
        public NewTopic topic1() {
            return new NewTopic("foo", 10, (short) 2);
        }
    //topic的配置结束

配置生产者Factort及Template

//producer config start
        @Bean
        public ProducerFactory<Integer, String> producerFactory() {
            return new DefaultKafkaProducerFactory<Integer,String>(producerConfigs());
        }
        @Bean
        public Map<String, Object> producerConfigs() {
            Map<String, Object> props = new HashMap<String,Object>();
            props.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "192.168.180.128:9092");
            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.IntegerSerializer");
            props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
            return props;
        }
        @Bean
        public KafkaTemplate<Integer, String> kafkaTemplate() {
            return new KafkaTemplate<Integer, String>(producerFactory());
        }
    //producer config end

### 4.2 配置ConsumerFactory ###

//consumer config start
        @Bean
        public ConcurrentKafkaListenerContainerFactory<Integer,String> kafkaListenerContainerFactory(){
            ConcurrentKafkaListenerContainerFactory<Integer, String> factory = new ConcurrentKafkaListenerContainerFactory<Integer, String>();
            factory.setConsumerFactory(consumerFactory());
            return factory;
        }
    
        @Bean
        public ConsumerFactory<Integer,String> consumerFactory(){
            return new DefaultKafkaConsumerFactory<Integer, String>(consumerConfigs());
        }
    
    
        @Bean
        public Map<String,Object> consumerConfigs(){
            HashMap<String, Object> props = new HashMap<String, Object>();
            props.put("bootstrap.servers", "192.168.180.128:9092");
            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.IntegerDeserializer");
            props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
            return props;
        }
    //consumer config end

### 4.2 创建消息生产者 ###

//使用spring-kafka的template发送一条消息 发送多条消息只需要循环多次即可
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        AnnotationConfigApplicationContext ctx = new AnnotationConfigApplicationContext(KafkaConfig.class);
        KafkaTemplate<Integer, String> kafkaTemplate = (KafkaTemplate<Integer, String>) ctx.getBean("kafkaTemplate");
            String data="this is a test message";
            ListenableFuture<SendResult<Integer, String>> send = kafkaTemplate.send("topic-test", 1, data);
            send.addCallback(new ListenableFutureCallback<SendResult<Integer, String>>() {
                public void onFailure(Throwable throwable) {
    
                }
    
                public void onSuccess(SendResult<Integer, String> integerStringSendResult) {
    
                }
            });
    }

### 4.3 创建消息消费者 ###

我们首先创建一个一个用于消息监听的类，当名为”topic-test”的topic接收到消息之后，我们的这个listen方法就会调用。

public class SimpleConsumerListener {
        private final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SimpleConsumerListener.class);
        private final CountDownLatch latch1 = new CountDownLatch(1);
    
        @KafkaListener(id = "foo", topics = "topic-test")
        public void listen(byte[] records) {
            //do something here
            this.latch1.countDown();
        }
    }

我们同时也需要将这个类作为一个Bean配置到KafkaConfig中

@Bean
    public SimpleConsumerListener simpleConsumerListener(){
        return new SimpleConsumerListener();
    }

默认spring-kafka会为每一个监听方法创建一个线程来向kafka服务器拉取消息

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