python操作Kafka

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1|0一、python 操作 kafka
  • 说明：关于 kafka 的启动与安装，命令行的使用，请查看前面的几篇文章。本篇文章主要描述python 如何操作 kafka
  • 使用 python 操作 kafka 首先安装如下的包
pip install kafka-python  # 由于 python 3.7 后的版本中 async 的关键字发生了变化，因此需要安装kafka-python库；弃用kafka库

1|11. python 使用 kafka 生产者

  • 说明：python 在操作 kafka 写入数据的时候，分为发送往已经存在的主题或者是不存在的主题，当主题不存在的时候，生产者会自动创建该主题，并将消息存贮在默认的 0 分区；

  • 下面是将 kafka-python 库中生产者常用的方法进行封装，以便直接使用。更详细用法在下面第二节中

 import json
 import kafka

 
 class Producer(object):
     """ kafka 的生产者模型
     """
 
     _coding = "utf-8"
 
     def __init__(self,
                  broker='192.168.74.136:9092',
                  topic="add_topic",
                  max_request_size=104857600,
                  batch_size=0,  # 即时发送,提高并发可以适当增加,但是会造成消息的延迟;
                  **kwargs):
         """初始化设置 kafka 生产者连接对象;参数不存在的情况下使用配置文件中的默认连接;
         """
         self.broker = broker
         self.topic = topic
         self.max_request_size = max_request_size
         # 实例化生产者对象
         self.producer_json = kafka.KafkaProducer(
             bootstrap_servers=self.broker,
             max_request_size=self.max_request_size,
             batch_size=batch_size,
             key_serializer=lambda k: json.dumps(k).encode(self._coding),  # 设置键的形式使用匿名函数进行转换
             value_serializer=lambda v: json.dumps(v).encode(self._coding),  # 当需要使用 json 传输地时候必须加上这两个参数
             **kwargs
         )
 
         self.producer = kafka.KafkaProducer(
             bootstrap_servers=broker,
             max_request_size=self.max_request_size,
             batch_size=batch_size,
             api_version=(0, 10, 1),
             **kwargs
         )
 
     def send(self, message: bytes, partition: int = 0):
         """
         写入普通的消息;
         Args:
             message: bytes; 字节流数据;将字符串编码成 utf-8的格式;
             partition: int; kafka 的分区,将消息发送到指定的分区之中;
         Returns:
             None
         """
         future = self.producer.send(self.topic, message, partition=partition)
         record_metadata = future.get(timeout=30)
         if future.failed():  # 发送失败,记录异常到日志;
             raise Exception("send message failed:%s)" % future.exception)
 
     def send_json(self, key: str, value: dict, partition: int = 0):
         """
         发送 json 形式的数据;
         Args:
             key: str; kafka 中键的值
             value: dict; 发送的具体消息
             partition: int; 分区的信息
         Returns:
             None
         """
         future = self.producer_json.send(self.topic, key=key, value=value, partition=partition)
         record_metadata = future.get(timeout=30)
         if future.failed():  # 发送失败记录异常;
             raise Exception("send json message failed:%s)" % future.exception)
 
     def close(self):
         """
         关闭kafka的连接。
         Returns:
             None
         """
         self.producer_json.close()
         self.producer.close()
 
 
 if __name__ == '__main__':
     '''脚本调用执行;'''
     kafka_obj = Producer()
     print(kafka_obj.broker)
     kafka_obj.send("自动生成".encode())
  • 发送的消息，主要是普通的字符串消息，和字典形式的消息，方便对接kafka

1|22. python 使用 kafka 消费者

  • 由于 kafka 消费者的特性，阻塞循环是一个必然的过程，可以使用 python 中的生成器进行优化，但是循环阻塞是无可避免的；

  • 操作 kafka 的消费者依旧只需要安装上述的第三方依赖包 kafka-python；

  • 下面是将 kafka-python 库中消费者常用的方法进行封装，以便直接使用。更详细用法在下面第二节中

 import json
 
 from kafka import KafkaConsumer, KafkaProducer
 from kafka.structs import TopicPartition
 
 
 class KConsumer(object):
     """kafka 消费者; 动态传参,非配置文件传入;
        kafka 的消费者应该尽量和生产者保持在不同的节点上;否则容易将程序陷入死循环中;
     """
 
     _encode = "UTF-8"
 
     def __init__(self, topics="start_server", bootstrap_server=None, group_id="start_task", partitions=None, **kwargs):
         """ 初始化kafka的消费者;
             1. 设置默认 kafka 的主题, 节点地址, 消费者组 id(不传入的时候使用默认的值)
             2. 当需要设置特定参数的时候可以直接在 kwargs 直接传入,进行解包传入原始函数;
             3. 手动设置偏移量
         Args:
             topics: str; kafka 的消费主题;
             bootstrap_server: list; kafka 的消费者地址;
             group_id: str; kafka 的消费者分组 id,默认是 start_task 主要是接收并启动任务的消费者,仅此一个消费者组id;
             partitions: int; 消费的分区,当不使用分区的时候默认读取是所有分区;
             **kwargs: dict; 其他原生kafka消费者参数的;
         """
 
         if bootstrap_server is None:
             bootstrap_server = ["192.168.74.136:9092"]  # kafka集群的话就写多个
         self.consumer = KafkaConsumer(bootstrap_servers=bootstrap_server)
         exist = self.exist_topics(topics)
         if not exist:  # 需要的主题不存在;
             # 创建一条
             self.create_topics(topics)
         if partitions is not None:
             self.consumer = KafkaConsumer(
                 bootstrap_servers=bootstrap_server,
                 group_id=group_id,  
                 # 目前只有一个消费者,根据情况是否需要进行修改;当扩展多个消费者的时候需要进行扩展;
                 **kwargs
             )
             # print("指定分区信息:", partitions, topics, type(partitions))
             self.topic_set = TopicPartition(topics, int(partitions))
             self.consumer.assign([self.topic_set])
         else:
             # 默认读取主题下的所有分区, 但是该操作不支持自定义 offset, 因为 offset 一定是在指定的分区中进行的;
             self.consumer = KafkaConsumer(
                 topics,
                 bootstrap_servers=bootstrap_server,
                 group_id=group_id,
                 **kwargs
             )
 
     def exist_topics(self, topics):
         """
         检查 kafka 中的主题是否存在;
         Args:
             topics: 主题名称;
 
         Returns:
             bool: True/False ; True,表示存在,False 表示不存在;
         """
         topics_set = set(self.consumer.topics())
         if topics not in topics_set:
             return False
         return True
 
     @staticmethod
     def create_topics(topics):
         """
         创建相关的 kafka 主题信息;说明本方法可以实现用户自定义 kafka 的启动服务,默认是使用的是 start_server;
         Args:
             topics: str; 主题的名字;
 
         Returns:
             None
         """
         producer = KafkaProducer(
             bootstrap_servers='192.168.74.136:9092',
             key_serializer=lambda k: json.dumps(k).encode('utf-8'),
             value_serializer=lambda v: json.dumps(v).encode("utf-8")
         )
         producer.send(topics, key="start", value={"msg": "aaaa"})
         producer.close()
 
     def recv(self):
         """
         接收消费中的数据
         Returns:
             使用生成器进行返回;
         """
         for message in self.consumer:  
             # 这是一个永久阻塞的过程,生产者消息会缓存在消息队列中,并且不删除,所以每个消息在消息队列中都会有偏移
             # print("主题:%s 分区:%d:连续值:%d: 键:key=%s 值:value=%s" % (
             #     message.topic, message.partition, message.offset, message.key, message.value))
             yield {"topic": message.topic, "partition": message.partition, "key": message.key,
                    "value": message.value.decode(self._encode)}
 
     def recv_seek(self, offset):
         """
         接收消费者中的数据,按照 offset 的指定消费位置;
         Args:
             offset: int; kafka 消费者中指定的消费位置;
 
         Returns:
             generator; 消费者消息的生成器;
         """
         self.consumer.seek(self.topic_set, offset)
         for message in self.consumer:
             # print("主题:%s 分区:%d:连续值:%d: 键:key=%s 值:value=%s" % (
             #     message.topic, message.partition, message.offset, message.key, message.value))
             yield {"topic": message.topic, "partition": message.partition, "key": message.key,
                    "value": message.value.decode(self._encode)}
 
 
 if __name__ == '__main__':
     """ 测试使用;
     """
 
     obj = KConsumer("exist_topic", bootstrap_server=['192.168.74.136:9092'])
     for i in obj.recv():
         print(i)
  • 该消费者封装时多增加了一个需求，消费的主题不存在的时候会默认创建（创建成功的前提是kafka服务端的设置auto.create.topics.enable=true），下次就可以继续消费

1|33. 使用 docker 中的 kafka

  • 以上两种脚本适用于 Kafka 的生产者和消费者在大多数情况下的使用，在使用的时候只需要将相关的配置信息修改即可；

  • docker 中使用 kafka 的时候与前面的配置稍有不同，当使用docker-compose部署 Kafka 的时候，地址在文件中经过修改，可能会被改变，因此只需要将相关的地址配好，即可；代码信息无需修改；

  • 一般情况下如果是在 docker 中配置相关的参数，需要将端口映射出来，然后如果是 windows 可能需要将host的网络地址解析，与docker 中 kafka 的名称对应；

 host 文件
 
 127.0.0.1 kafka
  • 当需要远程连接的时候，将地址改成该计算机在内网中的地址即可

2|0二、python操作kafka细节

 
# 需要安装的库如下
pip install kafka-python
pip install msgpack  # msgpack库将数据序列化可以将数据转换为二进制格式，便于在网络中传输

# msgpack替换为python内置的bytes方法更简便 ，如： log = bytes(str(log), encoding="utf-8")  

# msgpack的序列化
data = 'test_message'
msgpack.packb(data)

# msgpack的反序列化
packed_data = b'\x83\xa3age\x14\xa3name\xa3Tom\xa3sex\xa1M'
data = msgpack.unpackb(packed_data)

2|12.1 生产者demo

 
from kafka import KafkaProducer
from kafka.errors import KafkaError

producer = KafkaProducer(bootstrap_servers=['broker1:1234'])

# Asynchronous by default
future = producer.send('my-topic', b'raw_bytes')

# Block for 'synchronous' sends
try:
    record_metadata = future.get(timeout=10)
except KafkaError:
    # Decide what to do if produce request failed...
    log.exception()
    pass

# Successful result returns assigned partition and offset
print (record_metadata.topic)
print (record_metadata.partition)
print (record_metadata.offset)

# produce keyed messages to enable hashed partitioning
producer.send('my-topic', key=b'foo', value=b'bar')

# encode objects via msgpack
producer = KafkaProducer(value_serializer=msgpack.dumps)
producer.send('msgpack-topic', {'key': 'value'})

# produce json messages
producer = KafkaProducer(value_serializer=lambda m: json.dumps(m).encode('ascii'))
producer.send('json-topic', {'key': 'value'})

# produce asynchronously
for _ in range(100):
    producer.send('my-topic', b'msg')

def on_send_success(record_metadata):
    print(record_metadata.topic)
    print(record_metadata.partition)
    print(record_metadata.offset)

def on_send_error(excp):
    log.error('I am an errback', exc_info=excp)
    # handle exception

# produce asynchronously with callbacks
producer.send('my-topic', b'raw_bytes').add_callback(on_send_success).add_errback(on_send_error)

# block until all async messages are sent
producer.flush()

# configure multiple retries
producer = KafkaProducer(retries=5)

2|22.2 消费者demo

 
from kafka import KafkaConsumer

consumer = KafkaConsumer('test',bootstrap_servers=['127.0.0.1:9092'])  #参数为接收主题和kafka服务器地址

# 这是一个永久堵塞的过程，生产者消息会缓存在消息队列中,并且不删除,所以每个消息在消息队列中都有偏移
for message in consumer:  # consumer是一个消息队列，当后台有消息时，这个消息队列就会自动增加．所以遍历也总是会有数据，当消息队列中没有数据时，就会堵塞等待直到新消息过来
    print("%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (message.topic, message.partition,message.offset, message.key,message.value))

2|32.3 消费者(消费者组)

 
from kafka import KafkaConsumer

# 为定义的消费者指定一个group_id，对于订阅同一个topic来的group来说，能够使得该group中的所有消费者共同消费其中的消息（group中每个消费者消费的是不同的消息），横向扩展处理能力
# 对于订阅同一个topic来的不同group来说，每个消费组都会获取这个topic中的所有消息进行消费

# 如果不指定group ID，consumer会使用一个自动生成的group id。这个group id的格式通常是 __consumer_offsets-<generated_uuid>，其中<generated_uuid>是一个随机生成的唯一通用标识符。那么相当于一个消费者就单独属于一个消费组，尽管它们订阅了同一个topic，也只能一个人单独消费该topic的全部消息
consumer = KafkaConsumer('test',group_id='my-group',bootstrap_servers=['127.0.0.1:9092'])
for message in consumer:
    print("%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (message.topic, message.partition,message.offset, message.key,message.value))

2|42.4 消费者(读取目前最早可读的消息)

 
from kafka import KafkaConsumer

consumer = KafkaConsumer('test',auto_offset_reset='earliest',bootstrap_servers=['127.0.0.1:9092'])

for message in consumer:
    print("%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (message.topic, message.partition,message.offset, message.key,message.value))
  • auto_offset_reset:重置偏移量，earliest 移到最早的可用消息，latest 最新的消息，默认为 latest
    源码定义: {‘smallest’: ‘earliest’, ‘largest’: ‘latest’}

2|52.5 消费者(手动设置偏移量)

 
# ==========读取指定位置消息===============
from kafka import KafkaConsumer
from kafka.structs import TopicPartition

consumer = KafkaConsumer('test',bootstrap_servers=['127.0.0.1:9092'])

print(consumer.partitions_for_topic("test"))  #获取test主题的分区信息
print(consumer.topics())  #获取主题列表
print(consumer.subscription())  #获取当前消费者订阅的主题
topic_partition_set = consumer.assignment()
print(topic_partition_set)  #获取当前消费者topic、分区信息
for topic_partition in topic_partition_set:
    print(consumer.beginning_offsets(topic_partition))  # 获取当前消费者可消费的偏移量
    offset = consumer.position(topic_partition)

consumer.seek(TopicPartition(topic='test', partition=0), 5)  #重置偏移量，从第5个偏移量消费
for message in consumer:
    print ("%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (message.topic, message.partition,message.offset, message.key,message.value))

2|62.6 消费者(订阅多个主题)

 
# =======订阅多个消费者==========

from kafka import KafkaConsumer
from kafka.structs import TopicPartition

consumer = KafkaConsumer(bootstrap_servers=['127.0.0.1:9092'])
consumer.subscribe(topics=('test','test0'))  #订阅要消费的主题
print(consumer.topics())
print(consumer.position(TopicPartition(topic='test', partition=0))) #获取当前主题的最新偏移量
for message in consumer:
    print ("%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (message.topic, message.partition,message.offset, message.key,message.value))

2|72.7 消费者(手动拉取消息)

 
from kafka import KafkaConsumer
import time

consumer = KafkaConsumer(bootstrap_servers=['127.0.0.1:9092'])
consumer.subscribe(topics=('test','test0'))
while True:
    msg = consumer.poll(timeout_ms=5)   #从kafka获取消息
    print(msg)
    time.sleep(2)

2|82.8 消费者(消息挂起与恢复)

1|02.8.1 消息挂起和恢复的实现

 
# ==============消息恢复和挂起===========

from kafka import KafkaConsumer
from kafka.structs import TopicPartition
import time

consumer = KafkaConsumer(bootstrap_servers=['127.0.0.1:9092'])
consumer.subscribe(topics=('test'))
consumer.topics()
consumer.pause(TopicPartition(topic=u'test', partition=0))  # pause执行后，consumer不能读取，直到调用resume后恢复。
num = 0
while True:
    print(num)
    print(consumer.paused())   #获取当前挂起的消费者
    msg = consumer.poll(timeout_ms=5)
    print(msg)
    time.sleep(2)
    num = num + 1
    if num == 10:
        print("resume...")
        consumer.resume(TopicPartition(topic='test', partition=0))
        print("resume......")
  • pause 执行后，consumer不能读取，直到调用 resume 后恢复

1|02.8.2 完整示例

 
import json
import msgpack
from kafka import KafkaConsumer

# To consume latest messages and auto-commit offsets
consumer = KafkaConsumer('my-topic',
                         group_id='my-group',
                         bootstrap_servers=['localhost:9092'])
for message in consumer:
    # message value and key are raw bytes -- decode if necessary!
    # e.g., for unicode: `message.value.decode('utf-8')`
    print ("%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (message.topic, message.partition,
                                          message.offset, message.key,
                                          message.value))

# consume earliest available messages, don't commit offsets
KafkaConsumer(auto_offset_reset='earliest', enable_auto_commit=False)

# consume json messages
KafkaConsumer(value_deserializer=lambda m: json.loads(m.decode('ascii')))

# consume msgpack
KafkaConsumer(value_deserializer=msgpack.unpackb)

# StopIteration if no message after 1sec
KafkaConsumer(consumer_timeout_ms=1000)

# Subscribe to a regex topic pattern
consumer = KafkaConsumer()
consumer.subscribe(pattern='^awesome.*')

# Use multiple consumers in parallel w/ 0.9 kafka brokers
# typically you would run each on a different server / process / CPU
consumer1 = KafkaConsumer('my-topic',
                          group_id='my-group',
                          bootstrap_servers='my.server.com')
consumer2 = KafkaConsumer('my-topic',
                          group_id='my-group',
                          bootstrap_servers='my.server.com')

2|92.9 Python创建自定义的Kafka Topic

 
client = KafkaClient(bootstrap_servers=brokers)

if topic not in client.cluster.topics(exclude_internal_topics=True):  # Topic不存在

    request = admin.CreateTopicsRequest_v0(
        create_topic_requests=[(
            topic,
            num_partitions,
            -1,  # replication unset.
            [],  # Partition assignment.
            [(key, value) for key, value in configs.items()],  # Configs
        )],
        timeout=timeout_ms
    )

    future = client.send(2, request)  # 2是Controller,发送给其他Node都创建失败。
    client.poll(timeout_ms=timeout_ms, future=future, sleep=False)  # 这里

    result = future.value
    # error_code = result.topic_error_codes[0][1]
    print("CREATE TOPIC RESPONSE: ", result)  # 0 success, 41 NOT_CONTROLLER, 36 ALREADY_EXISTS
    client.close()
else:  # Topic已经存在
    print("Topic already exists!")
    return

__EOF__

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