深入浅出Kafka(三)之消费者

1.Kafka消费者概述

1.消息消费者，向 Kafka broker 取消息的客户端

2.与生产者对应的是消费者，应用程序可以通过KafkaConsumer来订阅主题，并从订阅的topic中拉取消息。每个消费者都有一个对应的消费组。当消息发布到主题后，只会被投递给订阅它的每个消费组中的一个消费者

3.单播消费:一条消息只能被某一个消费者消费的模式，类似queue模式，只需让所有消费者在同一个消费组里即可

4.多播消费:一条消息能被多个消费者消费的模式，类似publish-subscribe模式费，针对Kafka同一条消息只能被同一个消费组下的某一个消费者消费的特性，

要实现多播只要保证这些消费者属于不同的消费组即可

1.1Kafka 消费方式

1. pull（拉）模式：consumer采用从broker中主动拉取数据, consumer 可以根据的消费能力以适当的速率消费消息。Kafka采用这种方式，缺点：如果Kafka没有数据，消费者可能会陷入循环中，一直返回空数据。

2.push（推）模式：Kafka没有采用这种方式，因为由broker决定消息发送速率，而且每个消费者的消费速率也不同，所以很难适应所有消费者的消费速率。

例如推送的速度是50m/s，Consumer1、Consumer2就来不及处理消息

3. 对于 Kafka 而言，pull 模式更合适，它可简化 broker 的设计，consumer 可自主控制消费消息的速率，同时 consumer 可以自己控制消费方式——即可批量消费也可逐条消费，同时还能选择不同的提交方式从而实现不同的传输语义

4.pull 模式不足之处是，如果 kafka 没有数据，消费者可能会陷入循环中，一直等待数据到达。为了避免这种情况，可以在拉取请求中设置允许消费者请求在等待数据到达的“长轮询”中进行阻塞（并且可选地等待到给定的字节数，以确保大的传输大小）

2. 消费者总体工作流程

3.消费者组原理

　　 kafka使用一种消费者组（Consumer Group）机制，就同时实现了传统消息引擎系统的两大模型：如果所有的消费者实例都属于一个消费者组那就是点对点模型，如果所有消费者实例各自是独立的消费者那就是发布订阅模型。

3.1消费者组Consumer Group

1.消费者组，由多个consumer组成。形成一个消费者组的条件，是所有消费者的groupid相同

2.每个Consumer属于一个特定的Consumer Group,并且每个消费者Consumer都有一个group id，group id相同的多个消费者自动成为一个消费者组;

3.所有的消费者都属于某个消费者组，对于某个分区而言,即消费者组是逻辑上的一个订阅者

4.消费者组内每个消费者负责消费不同分区的数据，一个分区只能由一个组内消费者消费；消费者组之间互不影响

5.一条消息可以被多个不同的Consumer Group消费，但是一个Consumer Group中只能有一个Consumer能够消费该消息

6.如果向消费组中添加更多的消费者，超过主题分区数量，则有一部分消费者就会闲置，不会接收任何消息

3.2消费者组初始化流程

3.2.1 coordinator的选择

1.coordinator：辅助实现消费者组的初始化和分区的分配。

　　2.每个consumer group都会选择一个broker作为自己的组协调器coordinator，负责监控这个消费组里的所有消费者的心跳，以及判断是否宕机，然后触发消费者rebalance(再平衡)

2.coordinator选择公式: coordinator节点选择 = groupid的hashcode值 % 50（ __consumer_offsets的分区数量）

　　3.例如:.groupid的hashcode值 = 1，1% 50 = 1，那么__consumer_offsets 主题的1号分区，在哪个broker上，就选择这个节点的coordinator作为这个消费者组的老大。消费者组下的所有的消费者提交offset的时候就往这个分区去提交offset。

4.consumer group中的每个consumer启动时会向kafka集群中的某个节点发送 FindCoordinatorRequest 请求来查找对应的组协调器GroupCoordinator，并跟其建立网络连接

3.2.2消费者组的初始化和分区的分配

1.根据coordinator选择公式选择 协调器coordinator节点 ,然后每个consumer启动时会向kafka集群中的某个节点发送 FindCoordinatorRequest 请求来查找对应的组协调器GroupCoordinator，并跟其建立网络连接

　　 2.在成功加入到消费组之后,每个consumer都给coordinator发送JoinGroup请求,

3.由coordinator节点选出一个consumer作为消费者leader 节点.

4.然后coordinator节点把所有消费者以及把要消费的topic情况发送给leader 消费者

5.消费者leader会负责制定消费方案(消费者如何消费消息,消费那个分区等信息),把消费方案发给coordinator

6.Coordinator就把消费方案下发给各个consumer

7.每个消费者都会和coordinator保持心跳（默认3s），一旦超时（session.timeout.ms=45s），该消费者会被移除，并触发再平衡；或者消费者处理消息的时间过长（max.poll.interval.ms5分钟），也会触发再平横.

1.Fetch.min.bytes：每批次最小抓取大小，默认1字节

2.fetch.max.wait.ms：一批数据最小值未达到的超时时间，默认500ms

3.Fetch.max.bytes：每批次最大抓取大小，默认50m

　 4.Max.poll.records：一次拉取数据返回消息的最大条数，默认500条

5.auto.offset.reset：关乎kafka数据的读取，是一个非常重要的设置。常用的二个值是latest和earliest，默认是latest。

1)latest(默认) ：只消费自己启动之后发送到主题的消息,earliest：第一次从头开始消费，以后按照消费offset记录继续消费，

2)auto.offset.reset最好不要设置为latest,因为如果分区内的数据未被消费过,这时消费者上线.会导致消费者无法消费到前面的数据,(当然也得看应用场景，如果认为这种情况的数据就该丢失，那当我没说）

3)auto.offset.reset设置为earliest时，可能会有重复消费的问题，这就需要消费者端做数据去重处理

3.3消费者常用API

import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerConfig;
import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecords;
import org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer;

import java.time.Duration;
import java.util.Arrays;
import java.util.Properties;

public class MsgConsumer {
    private final static String TOPIC_NAME = "my-replicated-topic";
    private final static String CONSUMER_GROUP_NAME = "testGroup";

    public static void main(String[] args) {
        Properties props = new Properties();
        props.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "192.168.65.60:9092,192.168.65.60:9093,192.168.65.60:9094");
        // 消费分组名
        props.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG, CONSUMER_GROUP_NAME);

　　　　// 修改分区分配策略

　　　　　　properties.put(ConsumerConfig.PARTITION_ASSIGNMENT_STRATEGY_CONFIG, "org.apache.kafka.clients.consumer.RoundRobinAssignor");

        // 是否自动提交offset，默认就是true
        props.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG, "true");
        // 自动提交offset的间隔时间
        props.put(ConsumerConfig.AUTO_COMMIT_INTERVAL_MS_CONFIG, "1000");
        //props.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG, "false");
        /*
        当消费主题的是一个新的消费组，或者指定offset的消费方式，offset不存在，那么应该如何消费
        latest(默认) ：只消费自己启动之后发送到主题的消息
        earliest：第一次从头开始消费，以后按照消费offset记录继续消费，这个需要区别于consumer.seekToBeginning(每次都从头开始消费)
        */
        //props.put(ConsumerConfig.AUTO_OFFSET_RESET_CONFIG, "earliest");
      /*
      consumer给broker发送心跳的间隔时间，broker接收到心跳如果此时有rebalance发生会通过心跳响应将
      rebalance方案下发给consumer，这个时间可以稍微短一点
      */
        props.put(ConsumerConfig.HEARTBEAT_INTERVAL_MS_CONFIG, 1000);
        /*
        服务端broker多久感知不到一个consumer心跳就认为他故障了，会将其踢出消费组，
        对应的Partition也会被重新分配给其他consumer，默认是10秒
        */
        props.put(ConsumerConfig.SESSION_TIMEOUT_MS_CONFIG, 10 * 1000);
        //一次poll最大拉取消息的条数，如果消费者处理速度很快，可以设置大点，如果处理速度一般，可以设置小点
        props.put(ConsumerConfig.MAX_POLL_RECORDS_CONFIG, 500);
        /*
        如果两次poll操作间隔超过了这个时间，broker就会认为这个consumer处理能力太弱，
        会将其踢出消费组，将分区分配给别的consumer消费
        */
        props.put(ConsumerConfig.MAX_POLL_INTERVAL_MS_CONFIG, 30 * 1000);
        props.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        props.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<String, String>(props);

        consumer.subscribe(Arrays.asList(TOPIC_NAME));
        // 消费指定分区
        //consumer.assign(Arrays.asList(new TopicPartition(TOPIC_NAME, 0)));

        //消息回溯消费
        /*consumer.assign(Arrays.asList(new TopicPartition(TOPIC_NAME, 0)));
        consumer.seekToBeginning(Arrays.asList(new TopicPartition(TOPIC_NAME, 0)));*/

        //指定offset消费
        /*consumer.assign(Arrays.asList(new TopicPartition(TOPIC_NAME, 0)));
        consumer.seek(new TopicPartition(TOPIC_NAME, 0), 10);*/

        //从指定时间点开始消费
        /*List<PartitionInfo> topicPartitions = consumer.partitionsFor(TOPIC_NAME);
        //从1小时前开始消费
        long fetchDataTime = new Date().getTime() - 1000 * 60 * 60;
        Map<TopicPartition, Long> map = new HashMap<>();
        for (PartitionInfo par : topicPartitions) {
            map.put(new TopicPartition(topicName, par.partition()), fetchDataTime);
        }
        Map<TopicPartition, OffsetAndTimestamp> parMap = consumer.offsetsForTimes(map);
        for (Map.Entry<TopicPartition, OffsetAndTimestamp> entry : parMap.entrySet()) {
            TopicPartition key = entry.getKey();
            OffsetAndTimestamp value = entry.getValue();
            if (key == null || value == null) continue;
            Long offset = value.offset();
            System.out.println("partition-" + key.partition() + "|offset-" + offset);
            System.out.println();
            //根据消费里的timestamp确定offset
            if (value != null) {
                consumer.assign(Arrays.asList(key));
                consumer.seek(key, offset);
            }
        }*/

        while (true) {
            /*
             * poll() API 是拉取消息的长轮询
             */
            ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofMillis(1000));
            for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
                System.out.printf("收到消息：partition = %d,offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.partition(),
                        record.offset(), record.key(), record.value());
            }

            /*if (records.count() > 0) {
                // 手动同步提交offset，当前线程会阻塞直到offset提交成功
                // 一般使用同步提交，因为提交之后一般也没有什么逻辑代码了
                consumer.commitSync();

                // 手动异步提交offset，当前线程提交offset不会阻塞，可以继续处理后面的程序逻辑
                consumer.commitAsync(new OffsetCommitCallback() {
                    @Override
                    public void onComplete(Map<TopicPartition, OffsetAndMetadata> offsets, Exception exception) {
                        if (exception != null) {
                            System.err.println("Commit failed for " + offsets);
                            System.err.println("Commit failed exception: " + exception.getStackTrace());
                        }
                    }
                });

            }*/
        }
    }
}

3.4 生产经验——分区的分配以及再平衡

1、一个consumer group中有多个consumer组成，一个 topic有多个partition组成，现在的问题是，到底由哪个consumer来消费哪个partition的数据,所以就需要分区的分配以及再平衡

3.4.1分区分配策略

1.Kafka有四种主流的分区分配策略： Range、RoundRobin、Sticky、CooperativeSticky。可以通过配置参数partition.assignment.strategy，修改消费者与订阅主题之间的分区分配策略

　　2.默认策略是Range + CooperativeSticky。Kafka可以同时使用多个分区分配策略

3.4.2分区分配策略之Range 以及再平衡

1.Range 是对每个 topic 而言的。首先对同一个 topic 里面的分区按照序号进行排序，并对消费者按照字母顺序进行排序

2.通过 partitions数/consumer数来决定每个消费者应该消费几个分区。如果除不尽，那么前面几个消费者将会多消费 1 个分区

3.例如1:假如现在有 7 个分区，3 个消费者，排序后的分区将会是0,1,2,3,4,5,6；消费者排序完之后将会是C0,C1,C2,

　　 4.7/3 = 2 余 1 ，除不尽，那么消费者 C0 便会多消费 1 个分区。假如 8/3=2余2，除不尽，那么C0和C1分别多消费一个

5.注意：如果只是针对 1 个 topic 而言，C0消费者多消费1个分区影响不是很大。但是如果有 N 多个 topic，那么针对每个 topic，消费者 C0都将多消费 1 个分区，topic越多，C0消费的分区会比其他消费者明显多消费 N 个分区。容易产生数据倾斜

　　5.分区分配策略Range的再平衡案例

（1）停止掉 0 号消费者，快速重新发送消息观看结果（45s 以内,越快越好）45s(session.timeout.ms=45s）消费者都会和coordinator保持心跳（默认3s）不能超过45s，一旦超时该消费者会被移除

　　　　　　结果:1 号消费者消费到 3、4 号分区的数据。2 号消费者消费到 5、6 号分区的数据; 0 号消费者的任务会整体被分配到 1 号消费者或者 2 号消费者

说明：0 号消费者挂掉后，消费者组需要按照超时时间 45s 来判断它是否退出，所以需要等待，时间到了 45s 后，判断它真的退出就会把任务分配给其他 broker 执行。

(2)再次重新发送消息观看结果（45s 以后）

结果:1 号消费者：消费到 0、1、2、3 号分区数据,2 号消费者：消费到 4、5、6 号分区数据。

　　　　　说明：消费者 0 已经被踢出消费者组，所以重新按照 range 方式分配。

3.4.3分区分配策略之RoundRobin以及再平衡

1.RoundRobin 针对集群中所有Topic而言,RoundRobin 轮询分区策略，是把所有的 partition 和所有的consumer 都列出来，然后按照 hashcode 进行排序，最后通过轮询算法来分配 partition 给到各个消费者

2.分区分配策略RoundRobin的再平衡案例

（1）停止掉 0 号消费者，快速重新发送消息观看结果（45s 以内，越快越好）

结果:1 号消费者消费到 2、5 号分区的数据,2 号消费者消费到 4、1 号分区的数据, 0 号消费者的任务会按照 RoundRobin 的方式，把数据轮询分成 0 、6 和 3 号分区数据，分别由 1 号消费者或者 2 号消费者消费。

　说明：0 号消费者挂掉后，消费者组需要按照超时时间 45s 来判断它是否退出，所以需要等待，时间到了 45s 后，判断它真的退出就会把任务分配给其他 broker 执行

（2）再次重新发送消息观看结果（45s 以后）。

　　结果:1 号消费者消费到 0、2、4、6 号分区的数据,2 号消费者消费到 1、3、5 号分区的数据

　　说明：消费者 0 已经被踢出消费者组，所以重新按照 RoundRobin 方式分配

3.4.4分区分配策略之Sticky以及再平衡

1. 粘性分区定义：可以理解为分配的结果带有“粘性的”。即在执行一次新的分配之前，考虑上一次分配的结果，尽量少的调整分配的变动，可以节省大量的开销。

　 2.粘性分区是 Kafka 从 0.11.x 版本开始引入这种分配策略，首先会尽量均衡的放置分区到消费者上面，在出现同一消费者组内消费者出现问题的时候，会尽量保持原有分配的分区不变化。

3.sticky(粘性分区)策略初始时分配策略与round-robin类似，但是在rebalance的时候，需要保证如下两个原则。

　　1）分区的分配要尽可能均匀。

　　2）分区的分配尽可能与上次分配的保持相同。

　　3)当两者发生冲突时，第一个目标优先于第二个目标。这样可以最大程度维持原来的分区分配的策略。

4.Sticky 分区分配再平衡案例

（1）停止掉 0 号消费者，快速重新发送消息观看结果（45s 以内，越快越好）。

　　　　结果:1 号消费者消费到 2,5,3 号分区的数据, 2 号消费者消费到 4,6 号分区的数据, 0 号消费者的任务会按照粘性规则，尽可能均衡的随机分成 0 和 1 号分区数据，分别由 1 号消费者或者 2 号消费者消费。

（2）再次重新发送消息观看结果（45s 以后）。

结果:1 号消费者消费到 2、3、5 号分区的数据。2 号消费者消费到 0、1、4、6 号分区的数据。

　　　说明：消费者 0 已经被踢出消费者组，所以重新按照粘性方式分配

4.offset 位移

4.1offset的默认维护位置

1.从0.9版本开始，consumer默认将offset保存在Kafka一个内置的topic中，该topic为__consumer_offsets;

2.Kafka0.9版本之前，consumer默认将offset保存在Zookeeper中

3.__consumer_offsets 主题里面采用 key 和 value 的方式存储数据。key 是 group.id+topic+分区号，value 就是当前 offset 的值。每隔一段时间，kafka 内部会对这个 topic 进行清理，也就是每个 group.id+topic+分区号就保留最新数据

4.每个consumer会定期将自己消费分区的offset提交给kafka内部topic：__consumer_offsets

5.因为__consumer_offsets可能会接收高并发的请求，kafka默认给其分配50个分区(可以通过offsets.topic.num.partitions设置)，这样可以通过加机器的方式抗大并发

4.2 自动提交 offset

1.为了使我们能够专注于自己的业务逻辑，Kafka提供了自动提交offset的功能

2.消费者会每隔一段时间地自动向服务器提交偏移量;

3.自动提交offset的相关参数：

　　enable.auto.commit：是否开启自动提交offset功能，默认是true

　　auto.commit.interval.ms：自动提交offset的时间间隔，默认是5s

4.2.1 重复消费

1.问题: 自动提交offset引起引起重复消费问题;已经消费了数据，但是 offset 没提交

2.问题的发生: Consumer每5s提交offset 如果提交offset后的2s，consumer挂了, 再次重启consumer，则从上一次提交的offset处继续消费，导致重复消费

3.问题解决方案: 怎么能做到既不漏消费(后面讲)也不重复消费呢？详看消费者事务

4.3手动提交 offset

1.虽然自动提交offset十分简单便利，但由于其是基于时间提交的，开发人员难以把握offset提交的时机。因此Kafka还提供了手动提交offset的API。

　2.手动提交offset的方法有两种：分别是commitSync（同步提交）和commitAsync（异步提交）。

3.两者的相同点是，都会将本次提交的一批数据最高的偏移量提交；不同点是，同步提交阻塞当前线程，一直到提交成功，并且会自动失败重试（由不可控因素导致，也会出现提交失败）；而异步提交则没有失败重试机制，故有可能提交失败

4.api参考上面代码

4.3.1commitSync（同步提交）

　　1.必须等待offset提交完毕，再去消费下一批数据。

2.提交的一批数据最高的偏移量提交,同步提交阻塞当前线程，一直到提交成功，并且会自动失败重试（由不可控因素导致，也会出现提交失败）;

3.由于同步提交 offset 有失败重试机制，故更加可靠，但是由于一直等待提交结果，提交的效率比较低,因此吞吐量会受到很大的影响,但是也提高了可靠性

4.3.2commitAsync（异步提交）

　　1.发送完提交offset请求后，就开始消费下一批数据了。

2.提交的一批数据最高的偏移量提交,而异步提交则没有失败重试机制，故有可能提交失败，介于commitSync（同步提交）效率低的问题，因此更多的情况下，会选用异步提交 offset 的方式

4.3.3 漏消费

　　1.问题: 手动提交offset引起引起漏消费问题;先提交 offset 后消费，有可能会造成数据的漏消费

2.问题的发生: 当offset被提交时，数据还在内存中未落盘，此时刚好消费者线程被kill掉或者挂了，那么offset已经提交，但是数据未处理，导致这部分内存中的数据丢失。

3.问题解决方案: 怎么能做到既不漏消费(后面讲)也不重复消费呢？详看消费者事务

4.4.指定 Offset 消费

1 .当 Kafka 中没有初始偏移量（消费者组第一次消费）或服务器上不再存在当前偏移量时（例如该数据已被删除），该怎么办？

2.auto.offset.reset = earliest | latest | none 默认是 latest

（1）earliest：自动将偏移量重置为最早的偏移量，--from-beginning。

（2）latest（默认值）：自动将偏移量重置为最新偏移量。

（3）none：如果未找到消费者组的先前偏移量，则向消费者抛出异常。

3.如何实现

 Map<TopicPartition, OffsetAndTimestamp> parMap = consumer.offsetsForTimes(map);
        for (Map.Entry<TopicPartition, OffsetAndTimestamp> entry : parMap.entrySet()) {
            TopicPartition key = entry.getKey();
            OffsetAndTimestamp value = entry.getValue();
            if (key == null || value == null) continue;
            Long offset = value.offset();
            System.out.println("partition-" + key.partition() + "|offset-" + offset);
            System.out.println();
            //根据消费里的timestamp确定offset
            if (value != null) {
                consumer.assign(Arrays.asList(key));
                consumer.seek(key, offset);
            }
        }*/

5.生产经验——消费者事务

如果想完成Consumer端的精准一次性消费，那么需要Kafka消费端将消费过程和提交offset

过程做原子绑定。需要将Kafka的offset保存到支持事务的自定义介质（比如MySQL）

6.生产经验——数据积压（消费者如何提高吞吐量）

　　1.情况1:由于消息数据格式变动或消费者程序有bug，导致消费者一直消费不成功，也可能导致broker积压大量未消费消息。

2.情况2:线上有时因为发送方发送消息速度过快，或者消费方处理消息过慢，可能会导致broker积压大量未消费消息

3.情况1解决方案：可以将这些消费不成功的消息转发到其它队列里去(类似死信队列)，后面再慢慢分析死信队列里的消息处理问题。

4.情况2解决方案：

1）如果是Kafka消费能力不足:则可以考虑增加Topic的分区数，并且同时提升消费组的消费者数量，消费者数 = 分区数（两者缺一不可）

2)如果是下游的数据处理不及时：提高每批次拉取的数量。批次拉取数据过少（拉取数据/处理时间 < 生产速度），使处理的数据小于生产的数据，也会造成数据积压

3)优化参数1：fetch.max.bytes ：默认 Default: 52428800(50m)消费者获取服务器端一批消息最大的字节数。如果服务器端一批次的数据大于该值（50m）仍然可以拉取回来这批数据，因此，这不是一个绝对最大值。一批次的大小受 message.max.bytes （brokerconfig）or max.message.bytes （topic config）影响

4)优化参数2：max.poll.records:一次 poll 拉取数据返回消息的最大条数，默认是 500 条

posted on 2022-04-27 07:14 跟着锋哥学Java 阅读(4176) 评论(0) 编辑收藏举报

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