Kafka消费者解析

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优雅殿下
优雅殿下 2022-05-28 19:59:47
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Kafka 消费者解析

一、消费者相关概念

1.1 消费组&消费者

消费者

  • 消费者从订阅的主题消费消息,消费消息的偏移量保存在Kafka的名字是__consumer_offsets的主题中
  • 消费者还可以将??的偏移量存储到Zookeeper,需要设置offset.storage=zookeeper
  • 推荐使?Kafka存储消费者的偏移量。因为Zookeeper不适合?并发。

消费组

  • 多个从同?个主题消费的消费者可以加?到?个消费组中
  • 消费组中的消费者共享group_id。配置方法:configs.put("group.id", "xxx");
  • group_id?般设置为应?的逻辑名称。?如多个订单处理程序组成?个消费组,可以设置group_id为"order_process"
  • group_id通过消费者的配置指定:group.id=xxxxx
  • 消费组均衡地给消费者分配分区,每个分区只由消费组中?个消费者消费

?个拥有四个分区的主题,包含?个消费者的消费组
此时,消费组中的消费者消费主题中的所有分区。并且没有重复的可能。

如果在消费组中添加?个消费者2,则每个消费者分别从两个分区接收消息

如果消费组有四个消费者,则每个消费者可以分配到?个分区

如果向消费组中添加更多的消费者,超过主题分区数量,则有?部分消费者就会闲置,不会接收任何消息

向消费组添加消费者是横向扩展消费能?的主要?式。
必要时,需要为主题创建?量分区,在负载增?时可以加?更多的消费者。但是不要让消费者的数量超过主题分区的数量。

除了通过增加消费者来横向扩展单个应?的消费能?之外,经常出现多个应?程序从同?个主题消费的情况。
此时,每个应?都可以获取到所有的消息。只要保证每个应?都有??的消费组,就可以让它们获取到主题所有的消息。
横向扩展消费者和消费组不会对性能造成负?影响。

为每个需要获取?个或多个主题全部消息的应?创建?个消费组,然后向消费组添加消费者来横向扩展消费能?和应?的处理能?,则每个消费者只处理?部分消息。

1.2 心跳机制

初始的消费者消费分区

消费者宕机,退出消费组,触发再平衡,重新给消费组中的消费者分配分区

由于broker宕机,主题X的分区3宕机,此时分区3没有Leader副本,触发再平衡,消费者4没有对应的主题分区,则消费者4闲置

Kafka 的?跳是 Kafka Consumer 和 Broker 之间的健康检查,只有当 Broker Coordinator 正常时,Consumer 才会发送?跳。

Consumer 和 Rebalance 相关的 2 个配置参数:

参数字段
session.timeout.msMemberMetadata.sessionTimeoutMs
max.poll.interval.msMemberMetadata.rebalanceTimeoutMs

broker 端,sessionTimeoutMs 参数
broker 处理?跳的逻辑在 GroupCoordinator类中。如果?跳超期, broker coordinator 会把消费者从 group 中移除,并触发 rebalance。
可以看看源码的kafka.coordinator.group.GroupCoordinator#completeAndScheduleNextHeartbeatExpiration方法。

如果客户端发现?跳超期,客户端会标记 coordinator 为不可?,并阻塞?跳线程;如果超过了 poll 消息的间隔超过了 rebalanceTimeoutMs,则 consumer 告知 broker 主动离开消费组,也会触发 rebalance
可以看看源码的org.apache.kafka.clients.consumer.internals.AbstractCoordinator.HeartbeatThread 内部类

二、消息接收相关

2.1 常用参数配置

参数说明
bootstrap.servers向Kafka集群建?初始连接?到的host/port列表。
客户端会使?这?列出的所有服务器进?集群其他服务器的发现,?不管是否指定了哪个服务器?作引导。
这个列表仅影响?来发现集群所有服务器的初始主机。
字符串形式:host1:port1,host2:port2,...
由于这组服务器仅?于建?初始链接,然后发现集群中的所有服务器,因此没有必要将集群中的所有地址写在这?。
?般最好两台,以防其中?台宕掉。
key.deserializerkey的反序列化类,该类需要实现org.apache.kafka.common.serialization.Deserializer接?。
value.deserializer实现了org.apache.kafka.common.serialization.Deserializer接?的反序列化器,?于对消息的value进?反序列化。
client.id当从服务器消费消息的时候向服务器发送的id字符串。在ip/port基础上提供应?的逻辑名称,记录在服务端的请求?志中,?于追踪请求的源。
group.id?于唯?标志当前消费者所属的消费组的字符串。
如果消费者使?组管理功能如subscribe(topic)或使?基于Kafka的偏移量管理策略,该项必须设置。
auto.offset.reset当Kafka中没有初始偏移量或当前偏移量在服务器中不存在(如,数据被删除了),该如何处理?
earliest:?动重置偏移量到最早的偏移量
latest:?动重置偏移量为最新的偏移量
none:如果消费组原来的(previous)偏移量不存在,则向消费者抛异常
anything:向消费者抛异常
enable.auto.commit如果设置为true,消费者会?动周期性地向服务器提交偏移量。

2.2 订阅

Topic:Kafka?于分类管理消息的逻辑单元,类似与MySQL的数据库。
*Partition:是Kafka下数据存储的基本单元,这个是物理上的概念。同?个topic的数据,会被分散的存储到多个partition中,这些partition可以在同?台机器上,也可以是在多台机器上。优势在于:有利于?平扩展,避免单台机器在磁盘空间和性能上的限制,同时可以通过复制来增加数据冗余性,提?容灾能?。为了做到均匀分布,通常partition的数量通常是Broker Server数量的整数倍。
Consumer Group:同样是逻辑上的概念,是
Kafka实现单播和?播两种消息模型的?段**。保证?个消费组获取到特定主题的全部的消息。在消费组内部,若?个消费者消费主题分区的消息,消费组可以保证?个主题的每个分区只被消费组中的?个消费者消费。

consumer 采? pull 模式从 broker 中读取数据。

采? pull 模式,consumer 可?主控制消费消息的速率, 可以??控制消费?式(批量消费/逐条消费),还可以选择不同的提交?式从?实现不同的传输语义。

订阅主题:consumer.subscribe("tp_demo_01,tp_demo_02")

2.3 反序列化

2.3.1 Kafka 自带反序列化器

Kafka的broker中所有的消息都是字节数组,消费者获取到消息之后,需要先对消息进?反序列化处理,然后才能交给?户程序消费处理。

常用的Kafka提供的,反序列化器包括key的和value的反序列化器:

  • key.deserializer:IntegerDeserializer
  • value.deserializer:StringDeserializer

消费者从订阅的主题拉取消息:consumer.poll(3_000);

在Fetcher类中,对拉取到的消息?先进?反序列化处理:

private ConsumerRecord<K, V> parseRecord(TopicPartition partition, RecordBatch batch, Record record) {    try {        long offset = record.offset();        long timestamp = record.timestamp();        Optional<Integer> leaderEpoch = this.maybeLeaderEpoch(batch.partitionLeaderEpoch());        TimestampType timestampType = batch.timestampType();        Headers headers = new RecordHeaders(record.headers());        ByteBuffer keyBytes = record.key();        byte[] keyByteArray = keyBytes == null ? null : Utils.toArray(keyBytes);        K key = keyBytes == null ? null : this.keyDeserializer.deserialize(partition.topic(), headers, keyByteArray);        ByteBuffer valueBytes = record.value();        byte[] valueByteArray = valueBytes == null ? null : Utils.toArray(valueBytes);        V value = valueBytes == null ? null : this.valueDeserializer.deserialize(partition.topic(), headers, valueByteArray);        return new ConsumerRecord(partition.topic(), partition.partition(), offset, timestamp, timestampType, record.checksumOrNull(), keyByteArray == null ? -1 : keyByteArray.length, valueByteArray == null ? -1 : valueByteArray.length, key, value, headers, leaderEpoch);    } catch (RuntimeException var17) {        throw new SerializationException("Error deserializing key/value for partition " + partition + " at offset " + record.offset() + ". If needed, please seek past the record to continue consumption.", var17);    }}

Kafka默认提供了?个反序列化的实现:

org.apache.kafka.common.serialization.ByteArrayDeserializer

org.apache.kafka.common.serialization.ByteBufferDeserializer

org.apache.kafka.common.serialization.BytesDeserializer

org.apache.kafka.common.serialization.DoubleDeserializer

org.apache.kafka.common.serialization.FloatDeserializer

org.apache.kafka.common.serialization.IntegerDeserializer

org.apache.kafka.common.serialization.LongDeserializer

org.apache.kafka.common.serialization.ShortDeserializer

org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer

2.3.2 自定义反序列化器

反序列化器都需要实现org.apache.kafka.common.serialization.Deserializer<T>接?:

这里根据前面自定义的序列化器,再自定义一个反序列化器。

先回顾一下前面的序列化器,添加了一个 User 对象,需要序列化User对象:

public class User {    private Integer userId;    private String username;    // set、get、toString、全参构造函数、无参构造函数 方法省略,}/** * User对象的序列化器 */public class UserSerializer implements Serializer<User> {    @Override    public void configure(Map<String, ?> map, boolean b) {        // do Nothing    }    @Override    public byte[] serialize(String topic, User user) {        try {            // 如果数据是null,则返回null            if (user == null) return null;            Integer userId = user.getUserId();            String username = user.getUsername();            int length = 0;            byte[] bytes = null;            if (null != username) {                bytes = username.getBytes("utf-8");                length = bytes.length;            }            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(4 + 4 + length);            buffer.putInt(userId);            buffer.putInt(length);            buffer.put(bytes);            return buffer.array();        } catch (UnsupportedEncodingException e) {            throw new SerializationException("序列化数据异常");        }    }    @Override    public void close() {        // do Nothing    }}

这里再自定义一个反序列化器:

public class UserDeserializer implements Deserializer<User> {    @Override    public void configure(Map<String, ?> configs, boolean isKey) {        // do Nothing    }    @Override    public User deserialize(String topic, byte[] data) {        ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(data.length);        allocate.put(data);        allocate.flip();        int userId = allocate.getInt();        int length = allocate.getInt();        String userName = new String(data, 8, length);        return new User(userId, userName);    }    @Override    public void close() {        // do Nothing    }}

消费者使用自定义反序列化器

2.4 拦截器

消费者在拉取了分区消息之后,要?先经过反序列化器对key和value进?反序列化处理。

处理完之后,如果消费端设置了拦截器,则需要经过拦截器的处理之后,才能返回给消费者应?程序进?处理。

消费端定义消息拦截器,需要实现org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerInterceptor<K, V>接?。

  1. ?个可插拔接?,允许拦截甚?更改消费者接收到的消息。?要的?例在于将第三?组件引?消费者应?程序,?于定制的监控、?志处理等.
  2. 该接?的实现类通过configre?法获取消费者配置的属性,如果消费者配置中没有指定clientID,还可以获取KafkaConsumer?成的clientId。获取的这个配置是跟其他拦截器共享的,需要保证不会在各个拦截器之间产?冲突。
  3. ConsumerInterceptor?法抛出的异常会被捕获、记录,但是不会向下传播。如果?户配置了错误的key或value类型参数,消费者不会抛出异常,?仅仅是记录下来。
  4. ConsumerInterceptor回调发?在org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer#poll(long)?法同?个线程

该接?中有如下?法:

public interface ConsumerInterceptor<K, V> extends Configurable {    /**     * 该?法在poll?法返回之前调?。调?结束后poll?法就返回消息了。     *      * 该?法可以修改消费者消息,返回新的消息。拦截器可以过滤收到的消息或?成新的消息。     * 如果有多个拦截器,则该?法按照KafkaConsumer的configs中配置的顺序调?。     *      * @param records 由上个拦截器返回的由客户端消费的消息。     */    public ConsumerRecords<K, V> onConsume(ConsumerRecords<K, V> records);    /**     * 当消费者提交偏移量时,调?该?法     * 该?法抛出的任何异常调?者都会忽略。     */    public void onCommit(Map<TopicPartition, OffsetAndMetadata> offsets);    /**     * This is called when interceptor is closed     */    public void close();}

代码实现

自定义一个消费者拦截器:

public class OneInterceptor implements ConsumerInterceptor<String, String> {    @Override    public ConsumerRecords<String, String> onConsume(ConsumerRecords<String, String> records) {        // poll?法返回结果之前最后要调?的?法        System.out.println("One -- 开始");        // 消息不做处理,直接返回        return records;     }        @Override    public void onCommit(Map<TopicPartition, OffsetAndMetadata> offsets) {        // 消费者提交偏移量的时候,经过该?法        System.out.println("One -- 结束");     }        @Override    public void close() {        // ?于关闭该拦截器?到的资源,如打开的?件,连接的数据库等    }        @Override    public void configure(Map<String, ?> configs) {        // ?于获取消费者的设置参数        configs.forEach((k, v) -> {             System.out.println(k + "\t" + v);            });    }}

按照 OneInterceptor 拦截器复制两个拦截器,更名为 TwoInterceptorThreeInterceptor

消费者使用自定义拦截器

2.5 位移提交&位移管理

位移提交介绍

  1. Consumer需要向Kafka记录??的位移数据,这个汇报过程称为提交位移(Committing Offsets)
  2. Consumer 需要为分配给它的每个分区提交各?的位移数据
  3. 位移提交的由Consumer端负责的,Kafka只负责保管。__consumer_offsets
  4. 位移提交分为?动提交和?动提交
  5. 位移提交分为同步提交和异步提交
2.5.1 位移自动提交

Kafka Consumer 后台提交

  • 开启?动提交:enable.auto.commit=true
  • 配置?动提交间隔:Consumer端:auto.commit.interval.ms,默认 5s

在消费者中设置自动提交和自动提交间隔:

Map<String, Object> configs = new HashMap<>();configs.put("bootstrap.servers", "192.168.0.102:9092");configs.put("group.id", "mygrp");// 设置偏移量?动提交。?动提交是默认值。这?做示例。configs.put("enable.auto.commit", "true");// 偏移量?动提交的时间间隔configs.put("auto.commit.interval.ms", "3000");configs.put("key.deserializer", StringDeserializer.class);configs.put("value.deserializer", StringDeserializer.class);KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<String, String>(configs);

?动提交位移的顺序

  • 配置 enable.auto.commit = true
  • Kafka会保证在开始调?poll?法时,提交上次poll返回的所有消息
  • 因此?动提交不会出现消息丢失,但会重复消费

重复消费举例

  • Consumer 每 5s 提交 offset
  • 假设提交 offset 后的 3s 发?了 Rebalance
  • Rebalance 之后的所有 Consumer 从上?次提交的 offset 处继续消费
  • 因此 Rebalance 发?前 3s 的消息会被重复消费
2.5.2 位移手动同步提交
  • 使? KafkaConsumer#commitSync():会提交 KafkaConsumer#poll()返回的最新 offset

  • 该?法为同步操作,等待直到 offset 被成功提交才返回

    while (true) {     ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofSeconds(1));    process(records); // 处理消息     try {         consumer.commitSync();     } catch (CommitFailedException e) {        handle(e); // 处理提交失败异常     }}
  • commitSync 在处理完所有消息之后

  • ?动同步提交可以控制offset提交的时机和频率

?动同步提交会

  • 调? commitSync 时,Consumer 处于阻塞状态,直到 Broker 返回结果
  • 会影响 TPS
  • 可以选择拉?提交间隔,但有以下问题
    • 会导致 Consumer 的提交频率下降
    • Consumer 重启后,会有更多的消息被消费
2.5.3 位移手动异步提交
  • KafkaConsumer#commitAsync()

    while (true) {     ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(3_000); 		    process(records);     // 处理消息     consumer.commitAsync((offsets, exception) -> {         if (exception != null) {            handle(exception);        }    });}
  • commitAsync出现问题不会?动重试

手动异步提交不会自动重试的解决方案:

try {     while(true) {         ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofSeconds(1));         process(records); // 处理消息         commitAysnc(); // 使?异步提交规避阻塞     }} catch(Exception e) {     handle(e); // 处理异常} finally {     try {         consumer.commitSync(); // 最后?次提交使?同步阻塞式提交    } finally {         consumer.close();     }}
2.5.3 消费者位移管理

Kafka中,消费者根据消息的位移顺序消费消息。

消费者的位移由消费者管理,可以存储于zookeeper中,也可以存储于Kafka主题__consumer_offsets中。

Kafka提供了消费者API,让消费者可以管理??的位移。

KafkaConsumer<K, V> 的 API如下:

  • public void assign(Collection<TopicPartition> partitions)

    说明

    给当前消费者?动分配?系列主题分区。

    ?动分配分区不?持增量分配,如果先前有分配分区,则该操作会覆盖之前的分配。

    如果给出的主题分区是空的,则等价于调?unsubscribe?法。

    ?动分配主题分区的?法不使?消费组管理功能。当消费组成员变了,或者集群或主题的元数据改变了,不会触发分区分配的再平衡。

    ?动分区分配assign(Collection)不能和?动分区分配subscribe(Collection,ConsumerRebalanceListener)?起使?。

    如果启?了?动提交偏移量,则在新的分区分配替换旧的分区分配之前,会对旧的分区分配中的消费偏移量进?异步提交。

  • public Set<TopicPartition> assignment()

    说明

    获取给当前消费者分配的分区集合。如果订阅是通过调?assign?法直接分配主题分区,则返回相同的集合。如果使?了主题订阅,该?法返回当前分配给该消费者的主题分区集合。如果分区订阅还没开始进?分区分配,或者正在重新分配分区,则会返回none。

  • public Map<String, List<PartitionInfo>> listTopics()

    说明

    获取对?户授权的所有主题分区元数据。该?法会对服务器发起远程调?。

  • public List<PartitionInfo> partitionsFor(String topic)

    说明

    获取指定主题的分区元数据。如果当前消费者没有关于该主题的元数据,就会对服务器发起远程调?。

  • public Map<TopicPartition, Long> beginningOffsets(Collection<TopicPartition> partitions)

    说明

    对于给定的主题分区,列出它们第?个消息的偏移量。

    注意,如果指定的分区不存在,该?法可能会永远阻塞。

    该?法不改变分区的当前消费者偏移量。

  • public void seekToEnd(Collection<TopicPartition> partitions)

    说明

    将偏移量移动到每个给定分区的最后?个。

    该?法延迟执?,只有当调?过poll?法或position?法之后才可以使?。

    如果没有指定分区,则将当前消费者分配的所有分区的消费者偏移量移动到最后。

    如果设置了隔离级别为:isolation.level=read_committed,则会将分区的消费偏移量移动到最后?个稳定的偏移量,即下?个要消费的消息现在还是未提交状态的事务消息。

  • public void seek(TopicPartition partition, long offset)

    说明

    将给定主题分区的消费偏移量移动到指定的偏移量,即当前消费者下?条要消费的消息偏移量。

    若该?法多次调?,则最后?次的覆盖前?的。

    如果在消费中间随意使?,可能会丢失数据。

  • public long position(TopicPartition partition)

    说明

    检查指定主题分区的消费偏移量

  • public void seekToBeginning(Collection<TopicPartition> partitions)

    说明

    将给定每个分区的消费者偏移量移动到它们的起始偏移量。该?法懒执?,只有当调?过poll?法或position?法之后才会执?。如果没有提供分区,则将所有分配给当前消费者的分区消费偏移量移动到起始偏移量。

准备数据

# ?成消息?件[root@node1 ~]# for i in `seq 60`; do echo "hello $i" >> nm.txt; done# 创建主题,三个分区,每个分区?个副本[root@node1 ~]# kafka-topics.sh --zookeeper localhost:2181/myKafka --create --topic tp_demo_01 --partitions 3 --replication-factor 1# 将消息?产到主题中[root@node1 ~]# kafka-console-producer.sh --broker-list localhost:9092 --topic tp_demo_01 < nm.txt

API 实战

/** * 消费者位移管理 */public class MyConsumer2 {    public static void main(String[] args) {        Map<String, Object> config = new HashMap<>();        config.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "192.168.0.102:9092");        config.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class);        config.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class);        config.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG, "myGroup");        KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<String, String>(config);        // 给当前消费者?动分配?系列主题分区        consumer.assign(Arrays.asList(new TopicPartition("tp_demo_01", 1)));        // 获取给当前消费者分配的分区集合        Set<TopicPartition> assignment = consumer.assignment();        assignment.forEach(topicPartition -> System.out.println(topicPartition));        // 获取对?户授权的所有主题分区元数据。该?法会对服务器发起远程调?        Map<String, List<PartitionInfo>> stringListMap = consumer.listTopics();        stringListMap.forEach((k, v) -> {            System.out.println("主题:" + k);            v.forEach(info -> System.out.println(info));        });        Set<String> strings = consumer.listTopics().keySet();        strings.forEach(topicName -> System.out.println(topicName));        // 获取指定主题的分区元数据        List<PartitionInfo> partitionInfos = consumer.partitionsFor("tp_demo_01");        for (PartitionInfo partitionInfo : partitionInfos) {            Node leader = partitionInfo.leader();            System.out.println(leader);            System.out.println(partitionInfo);            // 当前分区在线副本            Node[] nodes = partitionInfo.inSyncReplicas();            // 当前分区下线副本            Node[] nodes1 = partitionInfo.offlineReplicas();        }        // 对于给定的主题分区,列出它们第?个消息的偏移量。        // 注意,如果指定的分区不存在,该?法可能会永远阻塞。        // 该?法不改变分区的当前消费者偏移量。        Map<TopicPartition, Long> topicPartitionLongMap = consumer.beginningOffsets(consumer.assignment());        topicPartitionLongMap.forEach((k, v) -> {            System.out.println("主题:" + k.topic() + "\t分区:" + k.partition() + "偏移量\t" + v);        });        // 将偏移量移动到每个给定分区的最后?个。        consumer.seekToEnd(consumer.assignment());        //将给定主题分区的消费偏移量移动到指定的偏移量,即当前消费者下?条要消费的消息偏移量。        consumer.seek(new TopicPartition("tp_demo_01", 1), 10);        // 检查指定主题分区的消费偏移量        long position = consumer.position(new TopicPartition("tp_demo_01", 1));        System.out.println(position);        // 将偏移量移动到每个给定分区的最后?个。        consumer.seekToEnd(Arrays.asList(new TopicPartition("tp_demo_01", 1)));        // 关闭?产者        consumer.close();    }}

2.6 再平衡

2.6.1 再平衡介绍

重平衡可以说是kafka为?诟病最多的?个点了。

重平衡其实就是?个协议,它规定了如何让消费者组下的所有消费者来分配topic中的每?个分区。?如?个topic有100个分区,?个消费者组内有20个消费者,在协调者的控制下让组内每?个消费者分配到5个分区,这个分配的过程就是重平衡。

重平衡的触发条件主要有三个

  • 消费者组内成员发?变更,这个变更包括了增加和减少消费者,?如消费者宕机退出消费组。
  • 主题的分区数发?变更,kafka?前只?持增加分区,当增加的时候就会触发重平衡
  • 订阅的主题发?变化,当消费者组使?正则表达式订阅主题,?恰好?新建了对应的主题,就会触发重平衡

消费者宕机,退出消费组,触发再平衡,重新给消费组中的消费者分配分区。

由于broker宕机,主题X的分区3宕机,此时分区3没有Leader副本,触发再平衡,消费者4没有对应的主题分区,则消费者4闲置。

主题增加分区,需要主题分区和消费组进?再均衡。

由于使?正则表达式订阅主题,当增加的主题匹配正则表达式的时候,也要进?再均衡。

为什么说重平衡为?诟病呢?因为重平衡过程中,消费者?法从kafka消费消息,这对kafka的TPS影响极?,?如果kafka集内节点较多,?如数百个,那重平衡可能会耗时极多。数分钟到数?时都有可能,?这段时间kafka基本处于不可?状态。所以在实际环境中,应该尽量避免重平衡发?。

2.6.2 避免再平衡

不可能完全避免重平衡,因为你?法完全保证消费者不会故障。?消费者故障其实也是最常?的引发重平衡的地?,所以我们需要保证尽?避免消费者故障

?其他?种触发重平衡的?式,增加分区,或是增加订阅的主题,抑或是增加消费者,更多的是主动控制。

如果消费者真正挂掉了,就没办法了,但实际中,会有?些情况,kafka错误地认为?个正常的消费者已经挂掉了,我们要的就是避免这样的情况出现

?先要知道哪些情况会出现错误判断挂掉的情况。

在分布式系统中,通常是通过?跳来维持分布式系统的,kafka也不例外。

在分布式系统中,由于?络问题你不清楚没接收到?跳,是因为对?真正挂了还是只是因为负载过重没来得及发??跳或是?络堵塞。所以?般会约定?个时间,超时即判定对?挂了。?在kafka消费者场景中,session.timout.ms参数就是规定这个超时时间是多少

还有?个参数,heartbeat.interval.ms,这个参数控制发送?跳的频率,频率越?越不容易被误判,但也会消耗更多资源。

此外,还有最后?个参数,max.poll.interval.ms,消费者poll数据后,需要?些处理,再进?拉取。如果两次拉取时间间隔超过这个参数设置的值,那么消费者就会被踢出消费者组。也就是说,拉取,然后处理,这个处理的时间不能超过max.poll.interval.ms这个参数的值。这个参数的默认值是5分钟,?如果消费者接收到数据后会执?耗时的操作,则应该将其设置得??些。

总结

  • session.timout.ms控制?跳超时时间。
  • heartbeat.interval.ms控制?跳发送频率。
  • max.poll.interval.ms控制poll的间隔。

这?给出?个相对较为合理的配置,如下:

  • session.timout.ms:设置为6s
  • heartbeat.interval.ms:设置2s
  • max.poll.interval.ms:推荐为消费者处理消息最?耗时再加1分钟

2.7 其他消费者参数配置

配置项说明
bootstrap.servers建?到Kafka集群的初始连接?到的host/port列表。
客户端会使?这?指定的所有的host/port来建?初始连接。
这个配置仅会影响发现集群所有节点的初始连接。
形式:host1:port1,host2:port2...
这个配置中不需要包含集群中所有的节点信息。
最好不要配置?个,以免配置的这个节点宕机的时候连不上。
group.id?于定义当前消费者所属的消费组的唯?字符串。
如果使?了消费组的功能subscribe(topic)
或使?了基于Kafka的偏移量管理机制,则应该配置group.id。
auto.commit.interval.ms如果设置了enable.auto.commit的值为true,则该值定义了消费者偏移量向Kafka提交的频率。
auto.offset.reset如果Kafka中没有初始偏移量或当前偏移量在服务器中不存在(?如数据被删掉了):
earliest:?动重置偏移量到最早的偏移量。
latest:?动重置偏移量到最后?个
none:如果没有找到该消费组以前的偏移量没有找到,就抛异常。
其他值:向消费者抛异常。
fetch.min.bytes服务器对每个拉取消息的请求返回的数据量最?值。
如果数据量达不到这个值,请求等待,以让更多的数据累积,达到这个值之后响应请求。
默认设置是1个字节,表示只要有?个字节的数据,就?即响应请求,或者在没有数据的时候请求超时。
将该值设置为??点?的数字,会让服务器等待稍微??点?的时间以累积数据。
如此则可以提?服务器的吞吐量,代价是额外的延迟时间。
fetch.max.wait.ms如果服务器端的数据量达不到fetch.min.bytes的话,服务器端不能?即响应请求。该时间?于配置服务器端阻塞请求的最?时?。
fetch.max.bytes服务器给单个拉取请求返回的最?数据量。
消费者批量拉取消息,如果第?个?空消息批次的值?该值?,消息批也会返回,以让消费者可以接着进?。
即该配置并不是绝对的最?值。
broker可以接收的消息批最?值通过message.max.bytes(broker配置)或max.message.bytes(主题配置)来指定。
需要注意的是,消费者?般会并发拉取请求。
enable.auto.commit如果设置为true,则消费者的偏移量会周期性地在后台提交。
connections.max.idle.ms在这个时间之后关闭空闲的连接。
check.crcs?动计算被消费的消息的CRC32校验值。
可以确保在传输过程中或磁盘存储过程中消息没有被破坏。
它会增加额外的负载,在追求极致性能的场合禁?。
exclude.internal.topics是否内部主题应该暴露给消费者。如果该条?设置为true,则只能先订阅再拉取。
isolation.level控制如何读取事务消息。
如果设置了read_committed,消费者的poll()?法只会返回已经提交的事务消息。
如果设置了read_uncommitted(默认值),消费者的poll?法返回所有的消息,即使是已经取消的事务消息。
?事务消息以上两种情况都返回。
消息总是以偏移量的顺序返回。
read_committed只能返回到达LSO的消息。在LSO之后出现的消息只能等待相关的事务提交之后才能看到。
结果,read_committed模式,如果有为提交的事务,消费者不能读取到直到HW的消息。
read_committedseekToEnd?法返回LSO。
heartbeat.interval.ms当使?消费组的时候,该条?指定消费者向消费者协调器发送?跳的时间间隔。
?跳是为了确保消费者会话的活跃状态,同时在消费者加?或离开消费组的时候?便进?再平衡。

该条?的值必须?于session.timeout.ms,也不应该?于session.timeout.ms的1/3。
可以将其调整得更?,以控制正常重新平衡的预期时间。
session.timeout.ms当使?Kafka的消费组的时候,消费者周期性地向broker发送?跳数据,表明??的存在。
如果经过该超时时间还没有收到消费者的?跳,则broker将消费者从消费组移除,并启动再平衡。
该值必须在broker配置group.min.session.timeout.msgroup.max.session.timeout.ms之间。
max.poll.records?次调?poll()?法返回的记录最?数量。
max.poll.interval.ms使?消费组的时候调?poll()?法的时间间隔。
该条?指定了消费者调?poll()?法的最?时间间隔。
如果在此时间内消费者没有调?poll()?法,则broker认为消费者失败,触发再平衡,将分区分配给消费组中其他消费者。
max.partition.fetch.bytes对每个分区,服务器返回的最?数量。消费者按批次拉取数据。
如果?空分区的第?个记录?于这个值,批处理依然可以返回,以保证消费者可以进?下去。
broker接收批的??由message.max.bytes(broker参数)或max.message.bytes(主题参数)指定。
fetch.max.bytes?于限制消费者单次请求的数据量。
send.buffer.bytes?于TCP发送数据时使?的缓冲??(SO_SNDBUF),-1表示使?OS默认的缓冲区??。
retry.backoff.ms在发?失败的时候如果需要重试,则该配置表示客户端等待多?时间再发起重试。
该时间的存在避免了密集循环。
request.timeout.ms客户端等待服务端响应的最?时间。如果该时间超时,则客户端要么重新发起请求,要么如果重试耗尽,请求失败。
reconnect.backoff.ms重新连接主机的等待时间。避免了重连的密集循环。
该等待时间应?于该客户端到broker的所有连接。
reconnect.backoff.max.ms重新连接到反复连接失败的broker时要等待的最?时间(以毫秒为单位)。
如果提供此选项,则对于每个连续的连接失败,每台主机的退避将成倍增加,直?达到此最?值。
在计算退避增量之后,添加20%的随机抖动以避免连接?暴。
receive.buffer.bytesTCP连接接收数据的缓存(SO_RCVBUF)。-1表示使?操作系统的默认值。
partition.assignment.strategy当使?消费组的时候,分区分配策略的类名。
metrics.sample.window.ms计算指标样本的时间窗?。
metrics.recording.level指标的最?记录级别。
metrics.num.samples?于计算指标?维护的样本数量
interceptor.classes拦截器类的列表。默认没有拦截器拦截器是消费者的拦截器,该拦截器需要实现org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerInterceptor接?。
拦截器可?于对消费者接收到的消息进?拦截处理。

三、 消费组管理

3.1 消费者组的概念

consumer group是kafka提供的可扩展且具有容错性的消费者机制。

三个特性:

  1. 消费组有?个或多个消费者,消费者可以是?个进程,也可以是?个线程
  2. group.id 是?个字符串,唯?标识?个消费组
  3. 消费组订阅的主题每个分区只能分配给消费组?个消费者。

3.2 消费者位移(consumer position)

消费者在消费的过程中记录已消费的数据,即消费位移(offset)信息。

每个消费组保存??的位移信息,那么只需要简单的?个整数表示位置就够了;同时可以引?checkpoint机制定期持久化。

3.3 位移管理(offset management)

?动VS?动

Kafka默认定期?动提交位移(enable.auto.commit = true),也?动提交位移。另外kafka会定期把group消费情况保存起来,做成?个offset map,如下图所示:

位移提交

位移是提交到Kafka中的__consumer_offsets主题。__consumer_offsets中的消息保存了每个消费组某?时刻提交的offset信息。

[root@localhost kafka_2.12-1.0.2]# kafka-console-consumer.sh --topic __consumer_offsets --bootstrap-server localhost:9092 --formatter "kafka.coordinator.group.GroupMetadataManager\$OffsetsMessageFormatter" --consumer.config /usr/src/kafka_2.12-1.0.2/config/consumer.properties --from-beginning | head

上图中,标出来的,表示消费组为console-consumer-46068,消费的主题为topic_1,消费的分区是0,偏移量为5。

__consumers_offsets主题配置了compact策略,使得它总是能够保存最新的位移信息,既控制了该topic总体的?志容量,也能实现保存最新offset的?的。

3.4 再谈再平衡

什么是再平衡

再均衡(Rebalance)本质上是?种协议,规定了?个消费组中所有消费者如何达成?致来分配订阅主题的每个分区。

?如某个消费组有20个消费组,订阅了?个具有100个分区的主题。正常情况下,Kafka平均会为每个消费者分配5个分区。这个分配的过程就叫再均衡。

什么时候再平衡

再均衡的触发条件:

  1. 组成员发?变更(新消费者加?消费组组、已有消费者主动离开或崩溃了)
  2. 订阅主题数发?变更。如果正则表达式进?订阅,则新建匹配正则表达式的主题触发再均衡。
  3. 订阅主题的分区数发?变更

如何进行组内分区分配

三种分配策略:RangeAssignorRoundRobinAssignor以及StickyAssignor

谁来执?再均衡和消费组管理

Kafka提供了?个??:Group Coordinator来执?对于消费组的管理。

Group Coordinator——每个消费组分配?个消费组协调器?于组管理和位移管理。当消费组的第?个消费者启动的时候,它会去和Kafka Broker确定谁是它们组的组协调器。之后该消费组内所有消费者和该组协调器协调通信。

如何确定coordinator

  1. 确定消费组位移信息写?__consumers_offsets的哪个分区。具体计算公式:

    _consumers_offsets partition# = Math.abs(groupId.hashCode() % groupMetadataTopicPartitionCount) 注意:groupMetadataTopicPartitionCountoffsets.topic.num.partitions指定,默认是50个分区。

  2. 该分区leader所在的broker就是组协调器。

Rebalance Generation:

它表示Rebalance之后主题分区到消费组中消费者映射关系的?个版本,主要是?于保护消费组,隔离?效偏移量提交的。如上?个版本的消费者?法提交位移到新版本的消费组中,因为映射关系变了,你消费的或许已经不是原来的那个分区了。每次group进?Rebalance之后,Generation号都会加1,表示消费组和分区的映射关系到了?个新版本,如下图所示: Generation 1时group有3个成员,随后成员2退出组,消费组协调器触发Rebalance,消费组进?Generation 2,之后成员4加?,再次触发Rebalance,消费组进?Generation 3.

协议(protocol)

kafka提供了5个协议来处理与消费组协调相关的问题:

  • Heartbeat请求:consumer需要定期给组协调器发送?跳来表明??还活着
  • LeaveGroup请求:主动告诉组协调器我要离开消费组
  • SyncGroup请求:消费组Leader把分配?案告诉组内所有成员
  • JoinGroup请求:成员请求加?组
  • DescribeGroup请求:显示组的所有信息,包括成员信息,协议名称,分配?案,订阅信息等。通常该请求是给管理员使?

组协调器在再均衡的时候主要?到了前?4种请求。

liveness

消费者如何向消费组协调器证明??还活着?

通过定时向消费组协调器发送Heartbeat请求。如果超过了设定的超时时间,那么协调器认为该消费者已经挂了。?旦协调器认为某个消费者挂了,那么它就会开启新?轮再均衡,并且在当前其他消费者的?跳响应中添加“REBALANCE_IN_PROGRESS”,告诉其他消费者:重新分配分区。

再均衡过程

再均衡分为2步:Join和Sync

  1. Join, 加?组。所有成员都向消费组协调器发送JoinGroup请求,请求加?消费组。?旦所有成员都发送了JoinGroup请求,协调i器从中选择?个消费者担任Leader的??,并把组成员信息以及订阅信息发给Leader。
  2. Sync,Leader开始分配消费?案,即哪个消费者负责消费哪些主题的哪些分区。?旦完成分配,Leader会将这个?案封装进SyncGroup请求中发给消费组协调器,?Leader也会发SyncGroup请求,只是内容为空。消费组协调器接收到分配?案之后会把?案塞进SyncGroup的response中发给各个消费者。

注意:在协调器收集到所有成员请求前,它会把已收到请求放??个叫purgatory(炼狱)的地?。然后是分发分配?案的过程,即SyncGroup请求:

消费组状态机

消费组组协调器根据状态机对消费组做不同的处理:

说明:

  1. Dead:组内已经没有任何成员的最终状态,组的元数据也已经被组协调器移除了。这种状态响应各种请求都是?个response: UNKNOWN_MEMBER_ID
  2. Empty:组内?成员,但是位移信息还没有过期。这种状态只能响应JoinGroup请求
  3. PreparingRebalance:组准备开启新的rebalance,等待成员加?
  4. AwaitingSync:正在等待leader consumer将分配?案传给各个成员
  5. Stable:再均衡完成,可以开始消费。
posted @ 2022-05-28 19:21 下半夜的风 阅读(5) 评论(0) 编辑 收藏 举报
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