kafka--基础--01--介绍

kafka–基础–01–介绍1、Kafka介绍Kafka是一个分布式、分区、多副本、多生产者、多消费者的分布式消息(日志)系统Kafka基于ZooKeeper做高可用使用场景用于 日志收集用于 消息服务1.1、设计目标以时间复杂度为 O(1) 的方式提供消息持久化能力即使对 TB 级以上的数据也能保证常数时间的访问性能。高吞吐率即使在非常廉价的商用机器上也能做到单机支持 10W/每秒 消息的传输。支持 Kafka Server 间的消息分区以及分布式消费同时保证每个 Partition 内的消息顺序传输。支持离线数据处理和实时数据处理。支持在线水平扩展1.2、消息系统介绍消息系统负责将数据从A应用传递到B应用应用只需关注数据无需关心数据在两个或多个应用间是如何传递的。分布式消息传递基于可靠的消息队列在客户端应用和消息系统之间异步传递消息。有两种主要的消息传递模式点对点传递模式发布-订阅模式(大部分的消息系统选用发布-订阅模式)​1.2.1、传递模式点对点消息消息持久化消息持久化到一个队列中。消费消息一个或多个消费者消费队列中的数据。但是一条消息只能被消费一次当一个消费者消费了队列中的某条数据之后该条数据则从消息队列中删除。优点即使有多个消费者同时消费数据也能保证数据处理的顺序。架构示意图如下1.2.2、传递模式发布-订阅消息消息持久化消息被持久化到一个 Topic 中消费消息消费者可以订阅一个或多个 Topic消费者可以消费 Topic 中所有的数据同一条数据可以被多个消费者消费数据被消费后不会立马删除发布者消息的生产者订阅者消息的消费者架构示意图如下2、术语2.1、结构概述上图介绍1个 Topic 配置了 3 个 Partition。Partition1有2个Offset(0和1)。Partition2有4个Offset。Partition3有1个Offset。副本的 ID 和副本所在的机器的 ID 恰好相同。如果一个 Topic 的副本数为 3那么 Kafka 将在集群中为每个 Partition 创建 3 个相同的副本。集群中的每个 Broker 存储一个或多个 Partition。多个 Producer 和 Consumer 可同时生产和消费数据。2.2、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。Broker 和 Broker 之间没有 Master 和 Standby 的概念它们之间的地位基本是平等的。Kafka 集群包含一个或者多个服务器服务器节点称为 Broker。Broker 存储 Topic 的数据。如果某 Topic 有 N 个 Partition集群有 N 个 Broker那么每个 Broker 存储该 Topic 的一个 Partition。如果某 Topic 有 N 个 Partition集群有 (NM) 个 Broker那么其中有 N 个 Broker 存储该 Topic 的一个 Partition剩下的 M 个 Broker 不存储该 Topic 的 Partition 数据。如果某 Topic 有 N 个 Partition集群中 Broker 数目少于 N 个那么一个 Broker 存储该 Topic 的一个或多个 Partition。在实际生产环境中尽量避免这种情况的发生这种情况容易导致 Kafka 集群数据不均衡。2.3、Topic每条发布到 Kafka 集群的消息都有一个Topic。物理上不同 Topic 的消息分开存储逻辑上一个 Topic 的消息虽然保存于一个或多个 Broker 上但用户只需指定消息的 Topic 即可生产或消费数据而不必关心数据存于何处2.4、Producer生产者向 Kafka Topic 发布消息的客户端。2.5、PartitionTopic 中的数据分割为一个或多个 Partition。每个 Topic 至少有一个 Partition。每个 Partition 中的数据使用多个 Segment 文件存储。Partition 中的数据是有序的不同 Partition 间的数据丢失了数据的顺序。如果 Topic 有多个 Partition消费数据时就不能保证数据的顺序。在需要严格保证消息的消费顺序的场景下需要将 Partition 数目设为 1。2.6、Consumer消费者可以从 Broker 中读取数据。消费者可以消费多个 Topic 中的数据。2.7、Consumer Group每个 Consumer 属于一个特定的 Consumer Group(可为每个 Consumer 指定 Group Name若不指定 Group Name 则属于默认的 Group)。2.8、Leader每个 Partition 有多个副本其中有且仅有一个作为 LeaderLeader 是当前负责数据的读写的 Partition。2.9、FollowerFollower 跟随 Leader所有写请求都通过 Leader 路由数据变更会广播给所有 FollowerFollower 与 Leader 保持数据同步。如果 Leader 失效则从 Follower 中选举出一个新的 Leader。当 Follower 与 Leader 挂掉、卡住或者同步太慢Leader 会把这个 Follower 从 “in sync replicas”(ISR)列表中删除重新创建一个 Follower。2.10、Offset消息在 Topic 的 Partition 中的位置同一个 Partition 中的消息随着消息的写入其对应的 Offset 也自增。结构图如下2.11、Replica副本的意思Topic 的 Partition 含有 N 个 ReplicaN 为副本因子。副本的类型有Leader和FollowerLeader只有一个处理 Partition 的所有读写请求Follower 除了Leader之外的所有副本Follower 会定期去同步 Leader 上的数据2.12、Message通讯的基本单位即消息。2.13、ZooKeeper存放 Kafka 集群相关元数据的组件。在 ZK 集群中会保存 Topic 的状态消息例如分区的个数分区的组成分区的分布情况等保存 Broker 的状态消息保存消费者的消息等3、Kafka架构3.1、拓扑结构Kafka 集群由若干个 Broker 组成Topic 由若干个 Partition 组成每个 Partition 里面的消息通过 Offset 来获取。生产者将消息发送给某个 Topic每个Topic对应一个消息队列(Queue)消费者订阅某个Topic的消息。3.2、消息发送简易流程一个典型的 Kafka 集群组成若干个 Producer使用 Push 模式将消息发布到 Broker 上若干个 BrokerKafka 集群支持水平扩展一般 Broker 数量越多整个 Kafka 集群的吞吐率也就越高若干个 Consumer GroupConsumer 使用 Pull 模式从 Broker 上订阅并消费消息一个 ZooKeeper 集群。Kafka 通过 ZooKeeper 管理集群配置。