第1章 Kafka概述

1.1 消息队列

1）点对点模式（一对一，消费者主动拉取数据，消息收到后消息清除）
点对点模型通常是一个基于拉取或者轮询的消息传送模型，这种模型从队列中请求信息，而不是将消息推送到客户端。这个模型的特点是发送到队列的消息被一个且只有一个接收者接收处理，即使有多个消息监听者也是如此。

2）发布/订阅模式（一对多，数据生产后，推送给所有订阅者）
发布订阅模型则是一个基于推送的消息传送模型。发布订阅模型可以有多种不同的订阅者，临时订阅者只在主动监听主题时才接收消息，而持久订阅者则监听主题的所有消息，即使当前订阅者不可用，处于离线状态。

1.2 为什么需要消息队列

1）解耦：
允许你独立的扩展或修改两边的处理过程，只要确保它们遵守同样的接口约束。

2）冗余：
消息队列把数据进行持久化直到它们已经被完全处理，通过这一方式规避了数据丢失风险。许多消息队列所采用的"插入-获取-删除"范式中，在把一个消息从队列中删除之前，需要你的处理系统明确的指出该消息已经被处理完毕，从而确保你的数据被安全的保存直到你使用完毕。

3）扩展性：
因为消息队列解耦了你的处理过程，所以增大消息入队和处理的频率是很容易的，只要另外增加处理过程即可。

4）灵活性 & 峰值处理能力：
在访问量剧增的情况下，应用仍然需要继续发挥作用，但是这样的突发流量并不常见。如果为以能处理这类峰值访问为标准来投入资源随时待命无疑是巨大的浪费。使用消息队列能够使关键组件顶住突发的访问压力，而不会因为突发的超负荷的请求而完全崩溃。

5）可恢复性：
系统的一部分组件失效时，不会影响到整个系统。消息队列降低了进程间的耦合度，所以即使一个处理消息的进程挂掉，加入队列中的消息仍然可以在系统恢复后被处理。

6）顺序保证：
在大多使用场景下，数据处理的顺序都很重要。大部分消息队列本来就是排序的，并且能保证数据会按照特定的顺序来处理。（Kafka保证一个Partition内的消息的有序性）

7）缓冲：
有助于控制和优化数据流经过系统的速度，解决生产消息和消费消息的处理速度不一致的情况。

8）异步通信：
很多时候，用户不想也不需要立即处理消息。消息队列提供了异步处理机制，允许用户把一个消息放入队列，但并不立即处理它。想向队列中放入多少消息就放多少，然后在需要的时候再去处理它们。

1.3 什么是Kafka

Kafka 是最初由 Linkedin 公司开发，是一个分布式、支持分区的（partition）、多副本的（replica），基于 zookeeper 协调的分布式消息系统，它的最大的特性就是可以实时的处理大量数据以满足各种需求场景：比如基于hadoop的批处理系统、低延迟的实时系统、storm/Spark流式处理引擎，web/nginx日志、访问日志，消息服务等等，用scala语言编写，Linkedin 于 2010 年贡献给了 Apache 基金会并成为顶级开源项目。
在流式计算中，Kafka 一般用来缓存数据，Storm通过消费Kafka的数据进行计算。
Kafka 是基于点对点模式的消息队列。

1）Apache Kafka是一个开源消息系统，由 Scala 写成。是由 Apache 软件基金会开发的一个开源消息系统项目。

2）Kafka 最初是由LinkedIn公司开发，并于 2011 年初开源。2012 年 10月从Apache Incubator毕业，并成为顶级开源项目。该项目的目标是为处理实时数据提供一个统一、高通量、低等待的平台。

3）Kafka 是一个分布式消息队列。Kafka 对消息保存时根据 Topic 进行归类，发送消息者称为 Producer，消息接受者称为Consumer，此外 kafka 集群有多个 kafka 实例组成，每个实例(server)称为 broker。真正存储数据的地方叫做 Topic。

4）无论是 kafka 集群，还是 Consumer 都依赖于Zookeeper集群保存一些meta信息，来保证系统可用性。

1.4 Kafka架构

Kafka整体架构图

Kafka整体架构图详解

1）Producer ：消息生产者，就是向 kafka broker 发消息的客户端。

2）Consumer ：消息消费者，向 kafka broker 取消息的客户端。

3）Topic ：可以理解为一个队列。

4）Consumer Group（CG）：这是 kafka 用来实现一个 topic 消息的广播（发给所有的 consumer）和单播（发给任意一个 consumer）的手段。一个 topic 可以有多个 CG。topic 的消息会复制（不是真的复制，是概念上的）到所有的 CG，但每个 partion 只会把消息发给该 CG 中的一个 consumer。如果需要实现广播，只要每 consumer 有一个独立的 CG 就可以了。要实现单播只要所有的 consumer 在同一个CG。用CG还可以将 consumer 进行自由的分组而不需要多次发送消息到不同的 topic。

5）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。

6）Partition：为了实现扩展性，一个非常大的 topic 可以分布到多个 broker（即服务器）上，一个 topic 可以分为多个 partition，每个 partition 是一个有序的队列。partition 中的每条消息都会被分配一个有序的id（offset）。将消息发给 consumer，kafka 只保证按一个 partition 中的消息的顺序，不保证一个 topic 的整体（多个 partition 间）的顺序。

7）Offset：kafka 的存储文件都是按照 offset.kafka 来命名，用 offset 做名字的好处是方便查找。例如你想找位于 2049 的位置，只要找到 2048.kafka 的文件即可。当然 the first offset 就是 00000000000.kafka。

8）分区对于 Kafka 集群的好处是：实现负载均衡。分区对于消费者来说，可以提高并发度，提高效率。在公司中应用的时候，针对于某一个 Topic，它有几个分区(n个)，我们就对应的建一个有几个消费者的消费者组(m个)。即：n大于或者等于m，最好是n=m。当n>m时，就意味着某一个消费者会消费多个分区的数据。不仅如此，一个消费者还可以消费多个 Topic 数据。

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第2章 Kafka集群部署

2.1 环境准备

2.1.1 集群规划

hadoop102                    hadoop103               hadoop104
zk                            zk                      zk
kafka                        kafka                   kafka

2.1.2 jar包下载

http://kafka.apache.org/downloads.html

2.2 Kafka集群部署

1）解压安装包

[atguigu@hadoop102 software]$ tar -zxvf kafka_2.11-0.11.0.2.tgz -C /opt/module/

2）修改解压后的文件名称

[atguigu@hadoop102 module]$ mv kafka_2.11-0.11.0.2/ kafka

3）在/opt/module/kafka目录下创建logs文件夹

[atguigu@hadoop102 kafka]$ mkdir logs

4）修改配置文件

[atguigu@hadoop102 kafka]$ cd config/
[atguigu@hadoop102 config]$ vim server.properties

输入以下内容：

#broker的全局唯一编号，不能重复
broker.id=0

#删除topic功能使能
delete.topic.enable=true

#处理网络请求的线程数量
num.network.threads=3

#用来处理磁盘IO的线程数量
num.io.threads=8

#发送套接字的缓冲区大小
socket.send.buffer.bytes=102400

#接收套接字的缓冲区大小
socket.receive.buffer.bytes=102400

#请求套接字的缓冲区大小
socket.request.max.bytes=104857600

#kafka运行日志存放的路径    
log.dirs=/opt/module/kafka/logs

#topic在当前broker上的分区个数
num.partitions=1

#用来恢复和清理data下数据的线程数量
num.recovery.threads.per.data.dir=1

#segment文件保留的最长时间，超时将被删除（单位小时）
log.retention.hours=168

#配置连接Zookeeper集群地址
zookeeper.connect=hadoop102:2181,hadoop103:2181,hadoop104:2181

5）配置环境变量

[atguigu@hadoop102 module]$ sudo vim /etc/profile

#KAFKA_HOME
export KAFKA_HOME=/opt/module/kafka
export PATH=$PATH:$KAFKA_HOME/bin

[atguigu@hadoop102 module]$ source /etc/profile

6）分发安装包

[atguigu@hadoop102 module]$ xsync kafka/

注意：分发之后记得配置其他机器的环境变量。
7）分别在hadoop103和hadoop104上修改配置文件/opt/module/kafka/config/server.properties中的broker.id=1、broker.id=2
注：broker.id不得重复。
8）启动Kafka集群
依次在hadoop102、hadoop103、hadoop104节点上启动kafka

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-server-start.sh config/server.properties &
[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-server-start.sh config/server.properties &
[atguigu@hadoop104 kafka]$ bin/kafka-server-start.sh config/server.properties &

启动Kafka是一个阻塞进程，会打印我们操作kafka的日志，我们可以把窗口放到后台，在命令后面加一个与&符号，将该阻塞进程放到后台。

写群起Kafka集群脚本的时候，需要使用-daemon命令，具体如下：
[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-server-start.sh -daemon config/server.properties
[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-server-start.sh -daemon config/server.properties
[atguigu@hadoop104 kafka]$ bin/kafka-server-start.sh -daemon config/server.properties

-daemon 表示守护进程，会将日志打印在后台。

9）关闭Kafka集群

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-server-stop.sh stop
[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-server-stop.sh stop
[atguigu@hadoop104 kafka]$ bin/kafka-server-stop.sh stop

写群起Kafka集群脚本的时候，需要使用-daemon命令，具体如下：
[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-server-stop.sh -daemon
[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-server-stop.sh -daemon
[atguigu@hadoop104 kafka]$ bin/kafka-server-stop.sh -daemon

2.3 Kafka命令行操作

0）补充知识

jps         查看当前进程
jps -l      查看当前进程所属主类

`注意：`当有很多进程都是同一个名字，我们该如何区分？
`答：`每一次启动一个进程后，我们将该进程与对应的进程ID写入一个文档中。如果某一个进程出现问题或者某一个框架出现问题，便于我们kill掉相应的进程。不至于关闭整个系统。（生产环境下一般不允许关闭或重启整个系统！）

1）查看当前服务器中的所有topic

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 --list

2）创建topic

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 \
--create --replication-factor 3 --partitions 1 --topic first

bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 \
--create --replication-factor 2 --partitions 3 --topic second

选项说明：
--topic 定义topic名
--replication-factor 定义副本数（注：副本数不能大于节点数，否则会报错！）
--partitions 定义分区数

3）删除topic

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 \
--delete --topic first

注意：需要server.properties中设置delete.topic.enable=true否则只是标记删除或者直接重启。

4）发送消息（生产者连接的是kafka集群默认的端口号是：9092）

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-console-producer.sh \
--broker-list hadoop102:9092 --topic first
>hello world
>atguigu  atguigu

`注意：`生产者连接的是kafka集群。

5）消费消息

老版本
[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-console-consumer.sh \
--zookeeper hadoop102:2181 --from-beginning --topic first

或者

新版本
[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-console-consumer.sh \
--bootstrap-server hadoop102:9092 --from-beginning --topic first

`注意：`消费者会将自己的 offset 文件保存在 zookeeper(低版本的 kafka)。所以消费者连接的是 zookeeper。

--from-beginning：会把first主题中以往所有的数据都读取出来。根据业务场景选择是否增加该配置。如果不加该配置，那么消费者消费的消息将是最新的消息(不包括以往的所有数据)。

6）查看某个topic的详情

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-topics.sh --zookeeper hadoop102:2181 \
--describe --topic first
Topic:first    PartitionCount:1    ReplicationFactor:3 Configs:
    Topic: first    Partition: 0    Leader: 2   Replicas: 2,0,1 Isr: 2,0,1

Isr的作用：当 leader 挂掉后，选举新 leader 时使用的。Isr 的排序规则是：与 leader 的相似度，越高越在前，越在前越有可能成为新 leader。

7）警告问题解释

[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-console-consumer.sh \
> --zookeeper hadoop102:2181 --from-beginning --topic first
Using the ConsoleConsumer with old consumer is deprecated and will be removed in a future major release. Consider using the new consumer by passing [bootstrap-server] instead of [zookeeper].

在高版本的kafka中，消费者会将自己的 offset文件保存在 kafka 集群的本地，不交给 zookeeper 维护了！如下图所示：

这样做的好处是：提高了效率，减少了网络传输。

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第3章 Kafka工作流程分析

3.1 Kafka 生产过程分析

3.1.1 写入方式

producer 采用推（push）模式将消息发布到 broker，每条消息都被追加（append）到分区（patition）中，属于顺序写磁盘（顺序写磁盘效率比随机写内存要高，保障kafka吞吐率）。

3.1.2 分区（Partition）

消息发送时都被发送到一个 topic，其本质就是一个目录，而topic是由一些 Partition Logs(分区日志)组成，其组织结构如下图所示：

我们可以看到，每个 Partition 中的消息都是有序的，生产的消息被不断追加到 Partition log 上，其中的每一个消息都被赋予了一个唯一的 offset值。
1）分区的原因
（1）方便在集群中扩展，每个 Partition 可以通过调整以适应它所在的机器，而一个topic又可以有多个 Partition 组成，因此整个集群就可以适应任意大小的数据了。
（2）可以提高并发，因为可以以 Partition 为单位读写了。

2）分区的原则
（1）指定了 patition，则直接使用。
（2）未指定 patition 但指定 key，通过对 key 的 value 进行 hash 出一个 patition。
（3）patition 和 key 都未指定，使用轮询选出一个 patition。

DefaultPartitioner类
public int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {
    List<PartitionInfo> partitions = cluster.partitionsForTopic(topic);
    int numPartitions = partitions.size();
    if (keyBytes == null) {
        int nextValue = nextValue(topic);
        List<PartitionInfo> availablePartitions = cluster.availablePartitionsForTopic(topic);
        if (availablePartitions.size() > 0) {
            int part = Utils.toPositive(nextValue) % availablePartitions.size();
            return availablePartitions.get(part).partition();
        } else {
            // no partitions are available, give a non-available partition
            return Utils.toPositive(nextValue) % numPartitions;
        }
    } else {
        // hash the keyBytes to choose a partition
        return Utils.toPositive(Utils.murmur2(keyBytes)) % numPartitions;
    }
}

3.1.3 副本（Replication）

同一个 partition 可能会有多个 replication（对应 server.properties 配置中的 default.replication.factor=N）。没有 replication 的情况下，一旦 broker 宕机，其上所有 patition 的数据都不可被消费，同时 producer 也不能再将数据存于其上的 partition。引入 replication 之后，同一个 partition 可能会有多个 replication，而这时需要在这些 replication 之间选出一个 leader，producer 和 consumer 只与这个 leader 交互，其它 replication 作为 follower 从leader 中复制数据。

3.1.4 写入流程

producer写入消息流程如下：

1）producer 先从 zookeeper 的 "/brokers/…/state"节点找到该 partition 的 leader
2）producer 将消息发送给该 leader
3）leader 将消息写入本地 log
4）followers 从 leader pull 消息，写入本地 log 后向 leader 发送 ACK
5）leader 收到所有ISR中的 replication 的 ACK 后，增加 HW（high watermark，最后 commit 的offset）并向 producer 发送 ACK
注意：要特别注意ACK应答模式！

3.2 Broker 保存消息

3.2.1 存储方式

物理上把 topic 分成一个或多个 patition（对应 server.properties 中的num.partitions=3配置），每个 patition 物理上对应一个文件夹（该文件夹存储该 patition 的所有消息和索引文件），如下：

[atguigu@hadoop102 logs]$ cd first-0/
[atguigu@hadoop102 first-0]$ ll
总用量 16
-rw-rw-r--. 1 atguigu atguigu   0 3月   4 19:34 00000000000000000000.index
-rw-rw-r--. 1 atguigu atguigu 225 3月   4 18:27 00000000000000000000.log
-rw-rw-r--. 1 atguigu atguigu  12 3月   4 19:34 00000000000000000000.timeindex
-rw-rw-r--. 1 atguigu atguigu  10 3月   4 19:34 00000000000000000003.snapshot
-rw-rw-r--. 1 atguigu atguigu   8 3月   4 18:24 leader-epoch-checkpoint
[atguigu@hadoop102 first-0]$

3.2.2 存储策略

无论消息是否被消费，kafka 都会保留所有消息。有两种策略可以删除旧数据：
1）基于时间：log.retention.hours=168 （单位是小时，168小时即7天）
2）基于大小：log.retention.bytes=1073741824
需要注意的是，因为 Kafka 读取特定消息的时间复杂度为O(1)，即与文件大小无关，所以这里删除过期文件与提高 Kafka 性能无关。

3.2.3 Zookeeper存储结构

注意：producer 不在zk中注册，消费者在zk中注册。

3.3 Kafka 消费过程分析

kafka提供了两套 consumer API：高级 Consumer API 和低级 Consumer API。

3.3.1 高级API

1）高级API优点
高级 API 写起来简单。
不需要自行去管理 offset，系统通过 zookeeper 自行管理。
不需要管理分区、副本等情况，系统自动管理。
消费者断线会自动根据上一次记录在 zookeeper 中的 offset 去接着获取数据（默认设置1分钟更新一下 zookeeper 中存的 offset）。
可以使用 group 来区分对同一个 topic 的不同程序的访问分离开来（不同的 group 记录不同的 offset，这样不同程序读取同一个 topic 才不会因为 offset 互相影响）。

2）高级API缺点
不能自行控制offset（对于某些特殊需求来说）。
不能细化控制如分区、副本、zk等。

3.3.2 低级API

1）低级 API 优点
能够让开发者自己控制 offset，想从哪里读取就从哪里读取。
自行控制连接分区，对分区自定义进行负载均衡。
对 zookeeper 的依赖性降低（如：offset 不一定非要靠zk存储，自行存储 offset 即可，比如存在文件或者内存中）。

2）低级API缺点
太过复杂，需要自行控制 offset，连接哪个分区，找到分区 leader 等。

3.3.3 消费者组

消费者是以 consumer group 消费者组的方式工作，由一个或者多个消费者组成一个组，共同消费一个 topic。每个分区在同一时间只能由 group 中的一个消费者读取，但是多个 group 可以同时消费这个 partition。在图中，有一个由三个消费者组成的 group，有一个消费者读取主题中的两个分区，另外两个分别读取一个分区。某个消费者读取某个分区，也可以叫做某个消费者是某个分区的拥有者。
在这种情况下，消费者可以通过水平扩展的方式同时读取大量的消息。另外，如果一个消费者失败了，那么其他的 group 成员会自动负载均衡读取之前失败的消费者读取的分区。

3.3.4 消费方式

consumer采用 pull（拉）模式从 broker 中读取数据。
push（推）模式很难适应消费速率不同的消费者，因为消息发送速率是由 broker 决定的。它的目标是尽可能以最快速度传递消息，但是这样很容易造成 consumer 来不及处理消息，典型的表现就是拒绝服务以及网络拥塞。而 pull 模式则可以根据 consumer 的消费能力以适当的速率消费消息。
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。
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，我们在我们的拉请求中有参数，允许消费者请求在等待数据到达的“长轮询”中进行阻塞（并且可选地等待给定的字节数，以确保传输大小）。

3.3.5 消费者组案例

1）需求：测试同一个消费者组中的消费者，同一时刻只能有一个消费者消费。
2）案例实操：
（1）在hadoop102、hadoop103上修改/opt/module/kafka/config/consumer.properties配置文件中的group.id属性为任意组名。

[atguigu@hadoop103 config]$ vim consumer.properties

group.id=atguigu

（2）在hadoop102、hadoop103上分别启动消费者

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-console-consumer.sh \
--zookeeper hadoop102:2181 --topic first --consumer.config config/consumer.properties

[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-console-consumer.sh \
--zookeeper hadoop102:2181 --topic first --consumer.config config/consumer.properties

（3）在hadoop104上启动生产者

[atguigu@hadoop104 kafka]$ bin/kafka-console-producer.sh \
--broker-list hadoop102:9092 --topic first
>hello world

（4）查看hadoop102和hadoop103的接收者。
结论：同一时刻只有一个消费者接收到消息。

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第4章 Kafka API实战

4.1 环境准备

1）启动zk集群和kafka集群，在kafka集群中打开一个消费者

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-console-consumer.sh \
--zookeeper hadoop102:2181 --topic first

2）导入pom依赖

<dependencies>
    <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.kafka/kafka-clients -->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.kafka</groupId>
        <artifactId>kafka-clients</artifactId>
        <version>0.11.0.0</version>
    </dependency>
    <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.kafka/kafka -->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.kafka</groupId>
        <artifactId>kafka_2.12</artifactId>
        <version>0.11.0.2</version>
    </dependency>
</dependencies>

4.2 Kafka生产者Java API

4.2.1 创建生产者（过时的API）

package com.atguigu.kafka.producer;

import kafka.producer.KeyedMessage;

import java.util.Properties;

import kafka.javaapi.producer.Producer;
import kafka.producer.ProducerConfig;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 11:39
 */
public class OldProducer {

    @SuppressWarnings("deprecation")
    public static void main(String[] args) {

        Properties props = new Properties();
        props.put("metadata.broker.list", "hadoop102:9092");
        props.put("request.required.acks", "1");
        props.put("serializer.class", "kafka.serializer.StringEncoder");

        Producer<Integer, String> producer = new Producer<Integer, String>(new ProducerConfig(props));

        KeyedMessage<Integer, String> message = new KeyedMessage<Integer, String>("first", "hello world");

        producer.send(message);
    }
}

4.2.2 创建生产者（新的API）

package com.atguigu.kafka.producer;

import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;

import java.util.Properties;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 11:42
 */
public class NewProducer {
    public static void main(String[] args) {

        Properties props = new Properties();

        // Kafka服务端的主机名和端口号
        props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");

        // 等待所有副本节点的应答（应答级别）all等价于-1
        props.put("acks", "all");
        // props.put(ProducerConfig.ACKS_CONFIG, "all"); // 二者等价

        // 消息发送最大尝试次数
        props.put("retries", 0);

        // 一批消息处理大小
        props.put("batch.size", 16384);

        // 请求延时
        props.put("linger.ms", 1);

        // 发送缓存区内存大小（32M）
        props.put("buffer.memory", 33554432);

        // key序列化
        props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

        // value序列化
        props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

        // 创建生产者对象
        Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<String, String>(props);
        // 测试循环发送数据
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            producer.send(new ProducerRecord<String, String>("first", Integer.toString(i), "hello world-" + i));
        }

        // 关闭资源
        producer.close();
    }
}

4.2.3 创建生产者带回调函数（新的API）

package com.atguigu.kafka.producer;

import org.apache.kafka.clients.producer.*;

import java.util.Properties;
import java.util.concurrent.Future;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 14:19
 */
public class CallBackNewProducer {
    public static void main(String[] args) {

        Properties props;
        props = new Properties();

        // Kafka服务端的主机名和端口号
        props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");

        // 等待所有副本节点的应答（应答级别）all等价于-1
        props.put("acks", "all");
        // props.put(ProducerConfig.ACKS_CONFIG, "all"); // 二者等价

        // 消息发送最大尝试次数
        props.put("retries", 0);

        // 一批消息处理大小
        props.put("batch.size", 16384);

        // 请求延时
        props.put("linger.ms", 1);

        // 发送缓存区内存大小（32M）
        props.put("buffer.memory", 33554432);

        // key序列化
        props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

        // value序列化
        props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

        // 创建生产者对象
        Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<String, String>(props);
        // 测试循环发送数据
        for (int i = 0; i < 50; i++) {

            producer.send(new ProducerRecord<String, String>("second", "hello world-" + i), new Callback() {

                @Override
                public void onCompletion(RecordMetadata metadata, Exception exception) {

                    if (metadata != null) {

                        System.err.println(metadata.partition() + "---" + metadata.offset());
                    }
                }
            });
        }

        // 关闭资源
        producer.close();
    }
}

4.2.4 自定义分区生产者

0）需求：将所有数据存储到topic的第0号分区上。
1）定义一个类实现Partitioner接口，重写里面的方法（过时API）

package com.atguigu.kafka.producer;

import kafka.producer.Partitioner;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 14:47
 */
public class PartitionerOldProducer implements Partitioner {

    public PartitionerOldProducer() {
        super();
    }

    @Override
    public int partition(Object key, int numPartitions) {
        // 控制分区
        return 0;
    }
}

2）自定义分区（新API）

package com.atguigu.kafka.producer;

import org.apache.kafka.clients.producer.Partitioner;
import org.apache.kafka.common.Cluster;

import java.util.Map;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 14:51
 */
public class PartitionerNewProducer implements Partitioner {
    @Override
    public void configure(Map<String, ?> configs) {

    }

    @Override
    public int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {
        // 控制分区
        return 0;
    }

    @Override
    public void close() {

    }
}

3）在代码中调用

package com.atguigu.kafka.producer;

import org.apache.kafka.clients.producer.*;

import java.util.Properties;
import java.util.concurrent.Future;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 14:19
 */
public class CallBackNewProducer {
    public static void main(String[] args) {

        Properties props;
        props = new Properties();

        // Kafka服务端的主机名和端口号
        props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");

        // 等待所有副本节点的应答（应答级别）all等价于-1
        props.put("acks", "all");
        // props.put(ProducerConfig.ACKS_CONFIG, "all"); // 二者等价

        // 消息发送最大尝试次数
        props.put("retries", 0);

        // 一批消息处理大小
        props.put("batch.size", 16384);

        // 请求延时
        props.put("linger.ms", 1);

        // 发送缓存区内存大小（32M）
        props.put("buffer.memory", 33554432);

        // key序列化
        props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

        // value序列化
        props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

        // 关联自定义分区
        props.put("partitioner.class", "com.atguigu.kafka.producer.PartitionerNewProducer");

        // 创建生产者对象
        Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<String, String>(props);
        // 测试循环发送数据
        for (int i = 0; i < 50; i++) {

            producer.send(new ProducerRecord<String, String>("second", "hello world-" + i), new Callback() {

                public void onCompletion(RecordMetadata metadata, Exception exception) {

                    if (metadata != null) {

                        System.err.println(metadata.partition() + "---" + metadata.offset());
                    }
                }
            });
        }

        // 关闭资源
        producer.close();
    }
}

4）测试
（1）在hadoop102上监控/opt/module/kafka/logs/目录下second主题2个分区的log日志动态变化情况

[atguigu@hadoop102 second-0]$ tail -f 00000000000000000000.log
[atguigu@hadoop102 second-1]$ tail -f 00000000000000000000.log

（2）发现数据都存储到指定的分区了。

4.3 Kafka消费者Java API

4.3.1 高级API

0）在控制台创建发送者

[atguigu@hadoop104 kafka]$ bin/kafka-console-producer.sh \
--broker-list hadoop102:9092 --topic second
>hello world

1）创建消费者（过时API）

package com.atguigu.kafka.consumer;

import kafka.consumer.Consumer;
import kafka.consumer.ConsumerConfig;
import kafka.consumer.ConsumerIterator;
import kafka.consumer.KafkaStream;
import kafka.javaapi.consumer.ConsumerConnector;

import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Properties;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 15:04
 */
public class OldConsumer {

    @SuppressWarnings("deprecation")
    public static void main(String[] args) {

        Properties props = new Properties();

        props.put("zookeeper.connect", "hadoop102:2181");
        props.put("group.id", "g1");
        props.put("zookeeper.session.timeout.ms", "500");
        props.put("zookeeper.sync.time.ms", "250");
        props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");

        // 创建消费者连接器
        ConsumerConnector consumer = Consumer.createJavaConsumerConnector(new ConsumerConfig(props));

        HashMap<String, Integer> topicCount = new HashMap<String, Integer>();
        topicCount.put("first", 1);

        Map<String, List<KafkaStream<byte[], byte[]>>> consumerMap = consumer.createMessageStreams(topicCount);

        KafkaStream<byte[], byte[]> stream = consumerMap.get("first").get(0);

        ConsumerIterator<byte[], byte[]> it = stream.iterator();

        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(new String(it.next().message()));
        }
    }
}

2）官方提供案例（自动维护消费情况）（新API）

package com.atguigu.kafka.consumer;

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.TopicPartition;

import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.Properties;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 15:10
 */
public class NewConsumer {
    public static void main(String[] args) {

        Properties props = new Properties();

        // 定义kakfa 服务的地址，不需要将所有broker指定上
        props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");

        // 指定consumer group
        props.put("group.id", "test");
        // 如果想重复消费topic数据，有三种方式：1、新建一个组。2、使用低级API指定offset。3、使用高级API在不换组的情况下重复消费topic数据。
        // 1、当我们新建一个组的时候，需要加一个属性，如下：
        // props.put(ConsumerConfig.AUTO_OFFSET_RESET_CONFIG, "earliest");

        // 是否自动确认offset
        props.put("enable.auto.commit", "true");

        // 自动确认offset的时间间隔
        props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");

        // key的序列化类
        props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");

        // value的序列化类
        props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");

        // 定义consumer
        KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<String, String>(props);

        // 指定消费者订阅的topic，可同时订阅多个
        consumer.subscribe(Arrays.asList("first", "second", "third"));
        // 3、使用高级API在不换组的情况下重复消费topic数据。
        // consumer.assign(Collections.singletonList(new TopicPartition("second", 0)));
        // consumer.seek(new TopicPartition("second", 0), 2);

        while (true) {
            // 读取数据，读取超时时间为100ms
            ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(100);

            for (ConsumerRecord<String, String> record : records)
                System.out.println(record.topic() + "---" + record.partition() + "---" + record.offset() + "---" +  record.value());
        }
    }
}

4.3.2 低级API

实现使用低级API读取指定topic，指定partition，指定offset的数据。
1）消费者使用低级API 的主要步骤：

2）方法描述：

3）完整版代码：

package com.atguigu.kafka.consumer;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

import kafka.api.FetchRequest;
import kafka.api.FetchRequestBuilder;
import kafka.api.PartitionOffsetRequestInfo;
import kafka.cluster.BrokerEndPoint;
import kafka.common.ErrorMapping;
import kafka.common.TopicAndPartition;
import kafka.javaapi.FetchResponse;
import kafka.javaapi.OffsetResponse;
import kafka.javaapi.PartitionMetadata;
import kafka.javaapi.TopicMetadata;
import kafka.javaapi.TopicMetadataRequest;
import kafka.javaapi.consumer.SimpleConsumer;
import kafka.message.MessageAndOffset;

/**
 * 根据指定的topic、partition、offset来获取信息
 */
public class SimpleExample {

    private List<String> m_replicaBrokers = new ArrayList<String>();

    public SimpleExample() {
        m_replicaBrokers = new ArrayList<String>();
    }

    public static void main(String args[]) {
        SimpleExample example = new SimpleExample();

        // 最大读取消息数量
        long maxReads = Long.parseLong("3");

        // 要订阅的topic
        String topic = "second";

        // 要查找的分区
        int partition = Integer.parseInt("0");

        // broker节点的ip，即连接kafka集群
        List<String> seeds = new ArrayList<String>();
        seeds.add("hadoop102");
        seeds.add("hadoop103");
        seeds.add("hadoop103");

        // 端口
        int port = Integer.parseInt("9092");

        try {
            example.run(maxReads, topic, partition, seeds, port);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("Oops:" + e);
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void run(long a_maxReads, String a_topic, int a_partition, List<String> a_seedBrokers, int a_port) throws Exception {
        // 获取指定Topic partition的元数据
        PartitionMetadata metadata = findLeader(a_seedBrokers, a_port, a_topic, a_partition);
        if (metadata == null) {
            System.out.println("Can't find metadata for Topic and Partition. Exiting");
            return;
        }

        if (metadata.leader() == null) {
            System.out.println("Can't find Leader for Topic and Partition. Exiting");
            return;
        }

        String leadBroker = metadata.leader().host();
        String clientName = "Client_" + a_topic + "_" + a_partition;

        SimpleConsumer consumer = new SimpleConsumer(leadBroker, a_port, 100000, 64 * 1024, clientName);

        long readOffset = getLastOffset(consumer, a_topic, a_partition, kafka.api.OffsetRequest.EarliestTime(), clientName);

        int numErrors = 0;
        while (a_maxReads > 0) {
            if (consumer == null) {
                consumer = new SimpleConsumer(leadBroker, a_port, 100000, 64 * 1024, clientName);
            }

            // 创建获取数据的对象
            FetchRequest req = new FetchRequestBuilder().clientId(clientName).addFetch(a_topic, a_partition, readOffset, 100000).build();

            // 获取数据返回值
            FetchResponse fetchResponse = consumer.fetch(req);

            // 解析返回值
            if (fetchResponse.hasError()) {
                numErrors++;
                // Something went wrong!
                short code = fetchResponse.errorCode(a_topic, a_partition);
                System.out.println("Error fetching data from the Broker:" + leadBroker + " Reason: " + code);

                if (numErrors > 5)
                    break;

                if (code == ErrorMapping.OffsetOutOfRangeCode()) {
                    // We asked for an invalid offset. For simple case ask for
                    // the last element to reset
                    readOffset = getLastOffset(consumer, a_topic, a_partition, kafka.api.OffsetRequest.LatestTime(), clientName);
                    continue;
                }

                consumer.close();
                consumer = null;
                leadBroker = findNewLeader(leadBroker, a_topic, a_partition, a_port);
                continue;
            }

            numErrors = 0;

            long numRead = 0;
            for (MessageAndOffset messageAndOffset : fetchResponse.messageSet(a_topic, a_partition)) {

                long currentOffset = messageAndOffset.offset();
                if (currentOffset < readOffset) {
                    System.out.println("Found an old offset: " + currentOffset + " Expecting: " + readOffset);
                    continue;
                }

                readOffset = messageAndOffset.nextOffset();
                ByteBuffer payload = messageAndOffset.message().payload();
                byte[] bytes = new byte[payload.limit()];
                payload.get(bytes);
                System.out.println(String.valueOf(messageAndOffset.offset()) + ": " + new String(bytes, "UTF-8"));

                numRead++;
                a_maxReads--;
            }

            if (numRead == 0) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException ie) {

                }
            }
        }

        if (consumer != null)
            consumer.close();
    }

    public static long getLastOffset(SimpleConsumer consumer, String topic, int partition, long whichTime, String clientName) {

        TopicAndPartition topicAndPartition = new TopicAndPartition(topic, partition);
        Map<TopicAndPartition, PartitionOffsetRequestInfo> requestInfo = new HashMap<TopicAndPartition, PartitionOffsetRequestInfo>();
        requestInfo.put(topicAndPartition, new PartitionOffsetRequestInfo(whichTime, 1));

        kafka.javaapi.OffsetRequest request = new kafka.javaapi.OffsetRequest(requestInfo, kafka.api.OffsetRequest.CurrentVersion(), clientName);
        OffsetResponse response = consumer.getOffsetsBefore(request);

        if (response.hasError()) {
            System.out.println("Error fetching data Offset Data the Broker. Reason: " + response.errorCode(topic, partition));
            return 0;
        }

        long[] offsets = response.offsets(topic, partition);
        return offsets[0];
    }


    private String findNewLeader(String a_oldLeader, String a_topic, int a_partition, int a_port) throws Exception {

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            boolean goToSleep = false;
            PartitionMetadata metadata = findLeader(m_replicaBrokers, a_port, a_topic, a_partition);

            if (metadata == null) {
                goToSleep = true;
            } else if (metadata.leader() == null) {
                goToSleep = true;
            } else if (a_oldLeader.equalsIgnoreCase(metadata.leader().host()) && i == 0) {
                // first time through if the leader hasn't changed give
                // ZooKeeper a second to recover
                // second time, assume the broker did recover before failover,
                // or it was a non-Broker issue
                //
                goToSleep = true;
            } else {
                return metadata.leader().host();
            }

            if (goToSleep) {
                Thread.sleep(1000);
            }
        }

        System.out.println("Unable to find new leader after Broker failure. Exiting");
        throw new Exception("Unable to find new leader after Broker failure. Exiting");
    }

    /**
     * 寻找leader
     * @param a_seedBrokers
     * @param a_port
     * @param a_topic
     * @param a_partition
     * @return
     */
    private PartitionMetadata findLeader(List<String> a_seedBrokers, int a_port, String a_topic, int a_partition) {

        PartitionMetadata returnMetaData = null;

        loop:
        for (String seed : a_seedBrokers) {
            SimpleConsumer consumer = null;
            try {
                // 创建获取分区leader的消费者对象
                consumer = new SimpleConsumer(seed, a_port, 100000, 64 * 1024, "leaderLookup");

                // 创建获取多个主题元数据信息的请求
                List<String> topics = Collections.singletonList(a_topic);
                TopicMetadataRequest req = new TopicMetadataRequest(topics);
                kafka.javaapi.TopicMetadataResponse resp = consumer.send(req);

                // 获取多个主题的元数据信息
                List<TopicMetadata> topicMetadata = resp.topicsMetadata();
                for (TopicMetadata topic : topicMetadata) {
                    // 获取多个分区的元数据信息
                    for (PartitionMetadata part : topic.partitionsMetadata()) {
                        if (part.partitionId() == a_partition) {
                            returnMetaData = part;
                            break loop;
                        }
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("Error communicating with Broker [" + seed + "] to find Leader for [" + a_topic + ", " + a_partition + "] Reason: " + e);
            } finally {
                if (consumer != null)
                    consumer.close();
            }
        }

        if (returnMetaData != null) {
            m_replicaBrokers.clear();
            for (BrokerEndPoint replica : returnMetaData.replicas()) {
                m_replicaBrokers.add(replica.host());
            }
        }
        return returnMetaData;
    }
}

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第5章 Kafka Producer拦截器(interceptor)

5.1 拦截器原理

Producer 拦截器(interceptor)是在 Kafka 0.10 版本被引入的，主要用于实现 clients 端的定制化控制逻辑。
对于 producer 而言，interceptor 使得用户在消息发送前以及 producer 回调逻辑前有机会对消息做一些定制化需求，比如修改消息等。同时，producer 允许用户指定多个 interceptor 按顺序作用于同一条消息从而形成一个拦截链(interceptor chain)。Intercetpor 的实现接口是 org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor，其定义的方法包括：
（1）configure(configs)：
获取配置信息和初始化数据时调用。
（2）onSend(ProducerRecord)：
该方法封装进 KafkaProducer.send 方法中，即它运行在用户主线程中。Producer 确保在消息被序列化以及计算分区前调用该方法。用户可以在该方法中对消息做任何操作，但最好保证不要修改消息所属的 topic 和分区，否则会影响目标分区的计算。
（3）onAcknowledgement(RecordMetadata, Exception)：
该方法会在消息被应答或消息发送失败时调用，并且通常都是在 producer 回调逻辑触发之前。onAcknowledgement 运行在 producer 的IO线程中，因此不要在该方法中放入很重的逻辑，否则会拖慢 producer 的消息发送效率。
（4）close：
关闭 interceptor，主要用于执行一些资源清理工作。
如前所述，interceptor 可能被运行在多个线程中，因此在具体实现时用户需要自行确保线程安全。另外倘若指定了多个 interceptor，则 producer 将按照指定顺序调用它们，并仅仅是捕获每个 interceptor 可能抛出的异常记录到错误日志中而非再向上传递。这在使用过程中要特别留意。

5.2 拦截器案例

1）需求：
实现一个简单的双 interceptor 组成的拦截链。第一个 interceptor 会在消息发送前将时间戳信息加到消息 value 的最前部；第二个 interceptor 会在消息发送后更新成功发送消息数或失败发送消息数。

2）案例实操
（1）增加时间戳拦截器

package com.atguigu.kafka.interceptor;

import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
import org.apache.kafka.clients.producer.RecordMetadata;

import java.util.Map;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 18:56
 */
public class TimeInterceptor implements ProducerInterceptor<String, String> {

    public void configure(Map<String, ?> configs) {

    }

    public ProducerRecord<String, String> onSend(ProducerRecord<String, String> record) {
        // 创建一个新的record，把时间戳写入消息体的最前部
        return new ProducerRecord(record.topic(), record.partition(), record.timestamp(), record.key(),
                System.currentTimeMillis() + "," + record.value().toString());
    }

    public void onAcknowledgement(RecordMetadata metadata, Exception exception) {

    }

    public void close() {

    }
}

（2）统计发送消息成功和发送失败消息数，并在producer关闭时打印这两个计数器

package com.atguigu.kafka.interceptor;

import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerInterceptor;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
import org.apache.kafka.clients.producer.RecordMetadata;

import java.util.Map;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 18:59
 */
public class CounterInterceptor implements ProducerInterceptor<String, String> {

    private int errorCounter = 0;
    private int successCounter = 0;

    public void configure(Map<String, ?> configs) {

    }

    public ProducerRecord<String, String> onSend(ProducerRecord<String, String> record) {
        return record;
    }

    public void onAcknowledgement(RecordMetadata metadata, Exception exception) {

        // 统计成功和失败的次数
        if (exception == null) {
            successCounter++;
        } else {
            errorCounter++;
        }
    }

    public void close() {

        // 保存结果
        System.out.println("Successful sent: " + successCounter);
        System.out.println("Failed sent: " + errorCounter);
    }
}

（3）producer主程序

package com.atguigu.kafka.interceptor;

import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Properties;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 19:03
 */
public class InterceptorProducer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1 设置配置信息
        Properties props = new Properties();
        props.put("bootstrap.servers", "hadoop102:9092");
        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");

        // 2 构建拦截链
        List<String> interceptors = new ArrayList<String>();
        interceptors.add("com.atguigu.kafka.interceptor.TimeInterceptor");
        interceptors.add("com.atguigu.kafka.interceptor.CounterInterceptor");

        props.put(ProducerConfig.INTERCEPTOR_CLASSES_CONFIG, interceptors);

        // 创建生产者对象
        String topic = "second";
        Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<String, String>(props);

        // 3 发送消息
        for (int i = 0; i < 10; i++) {

            ProducerRecord<String, String> record = new ProducerRecord<String, String>(topic, "message" + i);
            producer.send(record);
        }

        // 4 一定要关闭producer，这样才会调用interceptor的close方法
        producer.close();
    }
}

3）测试
（1）在kafka上启动消费者，然后运行客户端java程序。

[atguigu@hadoop102 kafka]$ bin/kafka-console-consumer.sh \
--zookeeper hadoop102:2181 --from-beginning --topic second

1551784150698,message2
1551784150699,message5
1551784150701,message8
1551784150601,message0
1551784150699,message3
1551784150699,message6
1551784150701,message9
1551784150698,message1
1551784150699,message4
1551784150701,message7

（2）观察java平台控制台输出数据如下：

Successful sent: 10
Failed sent: 0

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第6章 Kafka Streams

6.1 概述

6.1.1 Kafka Streams

Kafka Streams。Apache Kafka开源项目的一个组成部分。是一个功能强大，易于使用的库。用于在Kafka上构建高可分布式、拓展性，容错的应用程序。

6.1.2 Kafka Streams 特点

1）功能强大
高扩展性，弹性，容错
2）轻量级
无需专门的集群
一个库，而不是框架
3）完全集成
100%的与Kafka 0.10.0版本兼容
易于集成到现有的应用程序
4）实时性
毫秒级延迟
并非微批处理，而spark是微处理框架
窗口允许乱序数据
允许迟到数据

6.1.3 为什么要有 Kafka Stream？

当前已经有非常多的流式处理系统，最知名且应用最多的开源流式处理系统有Spark Streaming 和 Apache Storm。Apache Storm 发展多年，应用广泛，提供记录级别的处理能力，当前也支持 SQL on Stream。而 Spark Streaming 基于 Apache Spark，可以非常方便与图计算，SQL处理等集成，功能强大，对于熟悉其它 Spark 应用开发的用户而言使用门槛低。另外，目前主流的 Hadoop 发行版，如 Cloudera 和 Hortonworks，都集成了Apache Storm 和 Apache Spark，使得部署更容易。
既然 Apache Spark 与 Apache Storm 拥用如此多的优势，那为何还需要 Kafka Stream 呢？主要有如下原因：

第一，Spark 和 Storm 都是流式处理框架，而Kafka Stream提供的是一个基于Kafka的流式处理类库。框架要求开发者按照特定的方式去开发逻辑部分，供框架调用。开发者很难了解框架的具体运行方式，从而使得调试成本高，并且使用受限。而 Kafka Stream 作为流式处理类库，直接提供具体的类给开发者调用，整个应用的运行方式主要由开发者控制，方便使用和调试。

第二，虽然 Cloudera 与 Hortonworks 方便了 Storm 和 Spark 的部署，但是这些框架的部署仍然相对复杂。而 Kafka Stream 作为类库，可以非常方便的嵌入应用程序中，它对应用的打包和部署基本没有任何要求。

第三，就流式处理系统而言，基本都支持 Kafka 作为数据源。例如 Storm 具有专门的 kafka-spout，而 Spark 也提供专门的 spark-streaming-kafka 模块。事实上，Kafka 基本上是主流的流式处理系统的标准数据源。换言之，大部分流式系统中都已部署了 Kafka，此时使用 Kafka Stream 的成本非常低。

第四，使用 Storm 或 Spark Streaming 时，需要为框架本身的进程预留资源，如 Storm 的 supervisor 和 Spark on YARN 的 node manager。即使对于应用实例而言，框架本身也会占用部分资源，如 Spark Streaming 需要为 shuffle 和 storage 预留内存。但是 Kafka作为类库不占用系统资源。

第五，由于 Kafka 本身提供数据持久化，因此 Kafka Stream 提供滚动部署和滚动升级以及重新计算的能力。

第六，由于 Kafka Consumer Rebalance 机制，Kafka Stream 可以在线动态调整并行度。

6.2 Kafka Stream 数据清洗案例

0）需求：
实时处理单词带有”>>>”前缀的内容。例如输入”atguigu>>>ximenqing”，最终处理成“ximenqing”。
1）需求分析：

2）案例实操
（1）创建一个工程，并添加jar包或在pom文件中添加依赖

    <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.kafka/kafka-streams -->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.kafka</groupId>
        <artifactId>kafka-streams</artifactId>
        <version>0.11.0.2</version>
    </dependency>

（2）创建主类

package com.atguigu.kafka.stream;

import org.apache.kafka.streams.KafkaStreams;
import org.apache.kafka.streams.StreamsConfig;
import org.apache.kafka.streams.processor.Processor;
import org.apache.kafka.streams.processor.ProcessorSupplier;
import org.apache.kafka.streams.processor.TopologyBuilder;

import java.util.Properties;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 21:15
 */
public class KafkaStream {

    public static void main(String[] args) {

        // 定义输入的topic
        String from = "first";

        // 定义输出的topic
        String to = "second";

        // 设置参数
        Properties settings = new Properties();
        settings.put(StreamsConfig.APPLICATION_ID_CONFIG, "logFilter");
        settings.put(StreamsConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "hadoop102:9092");

        StreamsConfig config = new StreamsConfig(settings);

        // 构建拓扑
        TopologyBuilder builder = new TopologyBuilder();

        builder.addSource("SOURCE", from).addProcessor("PROCESS", new ProcessorSupplier<byte[], byte[]>() {

                    @Override
                    public Processor<byte[], byte[]> get() {
                        // 具体分析处理
                        return new LogProcessor();
                    }
                }, "SOURCE")
                .addSink("SINK", to, "PROCESS");

        // 创建kafka stream
        KafkaStreams streams = new KafkaStreams(builder, config);
        streams.start();
    }
}

（3）具体业务处理

package com.atguigu.kafka.stream;

import org.apache.kafka.streams.processor.Processor;
import org.apache.kafka.streams.processor.ProcessorContext;

/**
 * @author chenmingjun
 * @date 2019-03-05 21:26
 */
public class LogProcessor implements Processor<byte[], byte[]> {

    private ProcessorContext context;

    @Override
    public void init(ProcessorContext context) {
        this.context = context;
    }

    @Override
    public void process(byte[] key, byte[] value) {

        String input = new String(value);

        // 如果包含“>>>”则只保留该标记后面的内容
        if (input.contains(">>>")) {
            input = input.split(">>>")[1].trim();

            // 输出到下一个topic
            context.forward("logProcessor".getBytes(), input.getBytes());
        } else {
            context.forward("logProcessor".getBytes(), input.getBytes());
        }
    }

    @Override
    public void punctuate(long l) {

    }

    @Override
    public void close() {

    }
}

（4）运行程序
（5）在hadoop104上启动生产者

[atguigu@hadoop104 kafka]$ bin/kafka-console-producer.sh \
--broker-list hadoop102:9092 --topic first

>hello>>>world
>h>>>atguigu
>hahaha

（6）在hadoop103上启动消费者

[atguigu@hadoop103 kafka]$ bin/kafka-console-consumer.sh \
--zookeeper hadoop102:2181 --from-beginning --topic second

world
atguigu
hahaha

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第7章扩展知识

7.1 Kafka 与 Flume 比较

在企业中必须要清楚流式数据采集框架 flume 和 kafka 的定位是什么：

flume：Cloudera 公司研发：
- 适合多个生产者；（一个生产者对应一个 Agent 任务）
- 适合下游数据消费者不多的情况；（多 channel 多 sink 会耗费很多内存）
- 适合数据安全性要求不高的操作；（实际中更多使用 Memory Channel）
- 适合与 Hadoop 生态圈对接的操作。（Cloudera 公司的特长）
kafka：Linkedin 公司研发：
- 适合数据下游消费者众多的情况；（开启更多的消费者任务即可，与 Kafka 集群无关）
- 适合数据安全性要求较高的操作，支持replication。（数据放在磁盘里）
因此我们常用的一种模型是：
- 线上数据 --> flume(适合采集tomcat日志) --> kafka(离线/实时) --> flume(根据情景增删该流程) --> HDFS

7.2 Flume 与 kafka 集成

1）配置flume(flume-kafka.conf)

# define
a1.sources = r1
a1.sinks = k1
a1.channels = c1

# source
a1.sources.r1.type = exec
a1.sources.r1.command = tail -F -c +0 /opt/module/datas/flume.log
a1.sources.r1.shell = /bin/bash -c

# sink
a1.sinks.k1.type = org.apache.flume.sink.kafka.KafkaSink
a1.sinks.k1.kafka.bootstrap.servers = hadoop102:9092,hadoop103:9092,hadoop104:9092
a1.sinks.k1.kafka.topic = first
a1.sinks.k1.kafka.flumeBatchSize = 20
a1.sinks.k1.kafka.producer.acks = 1
a1.sinks.k1.kafka.producer.linger.ms = 1

# channel
a1.channels.c1.type = memory
a1.channels.c1.capacity = 1000
a1.channels.c1.transactionCapacity = 100

# bind
a1.sources.r1.channels = c1
a1.sinks.k1.channel = c1

2）启动kafka IDEA消费者
3）进入flume根目录下，启动flume

[atguigu@hadoop102 flume]$ bin/flume-ng agent -n a1 -c conf/ -f job/flume-kafka.conf

4）向 /opt/module/datas/flume.log里追加数据，查看kafka消费者消费情况

[atguigu@hadoop102 datas]$$ echo hello > /opt/module/datas/flume.log

7.3 Kafka配置信息

7.3.1 Broker 配置信息

属性	默认值	描述
`broker.id`		`必填参数，broker的唯一标识`
`log.dirs`	`/tmp/kafka-logs`	`Kafka 数据存放的目录。可以指定多个目录，中间用逗号分隔，当新partition被创建的时会被存放到当前存放partition最少的目录。`
`port`	`9092`	`BrokerServer接受客户端连接的端口号`
`zookeeper.connect`	`null`	`Zookeeper的连接串，格式为：hostname1:port1,hostname2:port2,hostname3:port3。可以填一个或多个，为了提高可靠性，建议都填上。注意，此配置允许我们指定一个zookeeper路径来存放此kafka集群的所有数据，为了与其他应用集群区分开，建议在此配置中指定本集群存放目录，格式为：hostname1:port1,hostname2:port2,hostname3:port3/chroot/path 。需要注意的是，消费者的参数要和此参数一致。`
message.max.bytes	1000000	服务器可以接收到的最大的消息大小。注意此参数要和consumer的maximum.message.size大小一致，否则会因为生产者生产的消息太大导致消费者无法消费。
num.io.threads	8	服务器用来执行读写请求的IO线程数，此参数的数量至少要等于服务器上磁盘的数量。
queued.max.requests	500	I/O线程可以处理请求的队列大小，若实际请求数超过此大小，网络线程将停止接收新的请求。
socket.send.buffer.bytes	100 * 1024	The SO_SNDBUFF buffer the server prefers for socket connections.
socket.receive.buffer.bytes	100 * 1024	The SO_RCVBUFF buffer the server prefers for socket connections.
socket.request.max.bytes	100 * 1024 * 1024	服务器允许请求的最大值，用来防止内存溢出，其值应该小于 Java heap size.
num.partitions	1	默认partition数量，如果topic在创建时没有指定partition数量，默认使用此值，建议改为5
log.segment.bytes	1024 * 1024 * 1024	Segment文件的大小，超过此值将会自动新建一个segment，此值可以被topic级别的参数覆盖。
log.roll.{ms,hours}	24 * 7 hours	新建segment文件的时间，此值可以被topic级别的参数覆盖。
log.retention.{ms,minutes,hours}	7 days	Kafka segment log的保存周期，保存周期超过此时间日志就会被删除。此参数可以被topic级别参数覆盖。数据量大时，建议减小此值。
log.retention.bytes	-1	每个partition的最大容量，若数据量超过此值，partition数据将会被删除。注意这个参数控制的是每个partition而不是topic。此参数可以被log级别参数覆盖。
log.retention.check.interval.ms	5 minutes	删除策略的检查周期
auto.create.topics.enable	true	自动创建topic参数，建议此值设置为false，严格控制topic管理，防止生产者错写topic。
default.replication.factor	1	默认副本数量，建议改为2。
replica.lag.time.max.ms	10000	在此窗口时间内没有收到follower的fetch请求，leader会将其从ISR(in-sync replicas)中移除。
replica.lag.max.messages	4000	如果replica节点落后leader节点此值大小的消息数量，leader节点就会将其从ISR中移除。
replica.socket.timeout.ms	30 * 1000	replica向leader发送请求的超时时间。
replica.socket.receive.buffer.bytes	64 * 1024	The socket receive buffer for network requests to the leader for replicating data.
replica.fetch.max.bytes	1024 * 1024	The number of byes of messages to attempt to fetch for each partition in the fetch requests the replicas send to the leader.
replica.fetch.wait.max.ms	500	The maximum amount of time to wait time for data to arrive on the leader in the fetch requests sent by the replicas to the leader.
num.replica.fetchers	1	Number of threads used to replicate messages from leaders. Increasing this value can increase the degree of I/O parallelism in the follower broker.
fetch.purgatory.purge.interval.requests	1000	The purge interval (in number of requests) of the fetch request purgatory.
zookeeper.session.timeout.ms	6000	ZooKeeper session 超时时间。如果在此时间内server没有向zookeeper发送心跳，zookeeper就会认为此节点已挂掉。此值太低导致节点容易被标记死亡；若太高，.会导致太迟发现节点死亡。
zookeeper.connection.timeout.ms	6000	客户端连接zookeeper的超时时间。
zookeeper.sync.time.ms	2000	H ZK follower落后 ZK leader的时间。
controlled.shutdown.enable	true	允许broker shutdown。如果启用，broker在关闭自己之前会把它上面的所有leaders转移到其它brokers上，建议启用，增加集群稳定性。
auto.leader.rebalance.enable	true	If this is enabled the controller will automatically try to balance leadership for partitions among the brokers by periodically returning leadership to the “preferred” replica for each partition if it is available.
leader.imbalance.per.broker.percentage	10	The percentage of leader imbalance allowed per broker. The controller will rebalance leadership if this ratio goes above the configured value per broker.
leader.imbalance.check.interval.seconds	300	The frequency with which to check for leader imbalance.
offset.metadata.max.bytes	4096	The maximum amount of metadata to allow clients to save with their offsets.
connections.max.idle.ms	600000	Idle connections timeout: the server socket processor threads close the connections that idle more than this.
num.recovery.threads.per.data.dir	1	The number of threads per data directory to be used for log recovery at startup and flushing at shutdown.
unclean.leader.election.enable	true	Indicates whether to enable replicas not in the ISR set to be elected as leader as a last resort, even though doing so may result in data loss.
`delete.topic.enable`	`false`	`启用deletetopic参数，建议设置为true。`
offsets.topic.num.partitions	50	The number of partitions for the offset commit topic. Since changing this after deployment is currently unsupported, we recommend using a higher setting for production (e.g., 100-200).
offsets.topic.retention.minutes	1440	Offsets that are older than this age will be marked for deletion. The actual purge will occur when the log cleaner compacts the offsets topic.
offsets.retention.check.interval.ms	600000	The frequency at which the offset manager checks for stale offsets.
offsets.topic.replication.factor	3	The replication factor for the offset commit topic. A higher setting (e.g., three or four) is recommended in order to ensure higher availability. If the offsets topic is created when fewer brokers than the replication factor then the offsets topic will be created with fewer replicas.
offsets.topic.segment.bytes	104857600	Segment size for the offsets topic. Since it uses a compacted topic, this should be kept relatively low in order to facilitate faster log compaction and loads.
offsets.load.buffer.size	5242880	An offset load occurs when a broker becomes the offset manager for a set of consumer groups (i.e., when it becomes a leader for an offsets topic partition). This setting corresponds to the batch size (in bytes) to use when reading from the offsets segments when loading offsets into the offset manager’s cache.
offsets.commit.required.acks	-1	The number of acknowledgements that are required before the offset commit can be accepted. This is similar to the producer’s acknowledgement setting. In general, the default should not be overridden.
offsets.commit.timeout.ms	5000	The offset commit will be delayed until this timeout or the required number of replicas have received the offset commit. This is similar to the producer request timeout.

7.3.2 Producer 配置信息

属性	默认值	描述
metadata.broker.list		启动时producer查询brokers的列表，可以是集群中所有brokers的一个子集。注意，这个参数只是用来获取topic的元信息用，producer会从元信息中挑选合适的broker并与之建立socket连接。格式是：host1:port1,host2:port2。
request.required.acks	0	参见3.2节介绍
request.timeout.ms	10000	Broker等待ack的超时时间，若等待时间超过此值，会返回客户端错误信息。
producer.type	sync	同步异步模式。async表示异步，sync表示同步。如果设置成异步模式，可以允许生产者以batch的形式push数据，这样会极大的提高broker性能，推荐设置为异步。
serializer.class	kafka.serializer.DefaultEncoder	序列号类，.默认序列化成 byte[] 。
key.serializer.class		Key的序列化类，默认同上。
partitioner.class	kafka.producer.DefaultPartitioner	Partition类，默认对key进行hash。
compression.codec	none	指定producer消息的压缩格式，可选参数为： “none”, “gzip” and “snappy”。关于压缩参见4.1节
compressed.topics	null	启用压缩的topic名称。若上面参数选择了一个压缩格式，那么压缩仅对本参数指定的topic有效，若本参数为空，则对所有topic有效。
message.send.max.retries	3	Producer发送失败时重试次数。若网络出现问题，可能会导致不断重试。
retry.backoff.ms	100	Before each retry, the producer refreshes the metadata of relevant topics to see if a new leader has been elected. Since leader election takes a bit of time, this property specifies the amount of time that the producer waits before refreshing the metadata.
topic.metadata.refresh.interval.ms	600 * 1000	The producer generally refreshes the topic metadata from brokers when there is a failure (partition missing, leader not available…). It will also poll regularly (default: every 10min so 600000ms). If you set this to a negative value, metadata will only get refreshed on failure. If you set this to zero, the metadata will get refreshed after each message sent (not recommended). Important note: the refresh happen only AFTER the message is sent, so if the producer never sends a message the metadata is never refreshed
queue.buffering.max.ms	5000	启用异步模式时，producer缓存消息的时间。比如我们设置成1000时，它会缓存1秒的数据再一次发送出去，这样可以极大的增加broker吞吐量，但也会造成时效性的降低。
queue.buffering.max.messages	10000	采用异步模式时producer buffer 队列里最大缓存的消息数量，如果超过这个数值，producer就会阻塞或者丢掉消息。
queue.enqueue.timeout.ms	-1	当达到上面参数值时producer阻塞等待的时间。如果值设置为0，buffer队列满时producer不会阻塞，消息直接被丢掉。若值设置为-1，producer会被阻塞，不会丢消息。
batch.num.messages	200	采用异步模式时，一个batch缓存的消息数量。达到这个数量值时producer才会发送消息。
send.buffer.bytes	100 * 1024	Socket write buffer size
client.id	“”	The client id is a user-specified string sent in each request to help trace calls. It should logically identify the application making the request.

7.3.3 Consumer 配置信息

属性	默认值	描述
group.id		Consumer的组ID，相同goup.id的consumer属于同一个组。
zookeeper.connect		Consumer的zookeeper连接串，要和broker的配置一致。
consumer.id	null	如果不设置会自动生成。
socket.timeout.ms	30 * 1000	网络请求的socket超时时间。实际超时时间由max.fetch.wait + socket.timeout.ms 确定。
socket.receive.buffer.bytes	64 * 1024	The socket receive buffer for network requests.
fetch.message.max.bytes	1024 * 1024	查询topic-partition时允许的最大消息大小。consumer会为每个partition缓存此大小的消息到内存，因此，这个参数可以控制consumer的内存使用量。这个值应该至少比server允许的最大消息大小大，以免producer发送的消息大于consumer允许的消息。
num.consumer.fetchers	1	The number fetcher threads used to fetch data.
auto.commit.enable	true	如果此值设置为true，consumer会周期性的把当前消费的offset值保存到zookeeper。当consumer失败重启之后将会使用此值作为新开始消费的值。
auto.commit.interval.ms	60 * 1000	Consumer提交offset值到zookeeper的周期。
queued.max.message.chunks	2	用来被consumer消费的message chunks 数量，每个chunk可以缓存fetch.message.max.bytes大小的数据量。
auto.commit.interval.ms	60 * 1000	Consumer提交offset值到zookeeper的周期。
queued.max.message.chunks	2	用来被consumer消费的message chunks 数量，每个chunk可以缓存fetch.message.max.bytes大小的数据量。
fetch.min.bytes	1	The minimum amount of data the server should return for a fetch request. If insufficient data is available the request will wait for that much data to accumulate before answering the request.
fetch.wait.max.ms	100	The maximum amount of time the server will block before answering the fetch request if there isn’t sufficient data to immediately satisfy fetch.min.bytes.
rebalance.backoff.ms	2000	Backoff time between retries during rebalance.
refresh.leader.backoff.ms	200	Backoff time to wait before trying to determine the leader of a partition that has just lost its leader.
auto.offset.reset	largest	What to do when there is no initial offset in ZooKeeper or if an offset is out of range ;smallest : automatically reset the offset to the smallest offset; largest : automatically reset the offset to the largest offset;anything else: throw exception to the consumer
consumer.timeout.ms	-1	若在指定时间内没有消息消费，consumer将会抛出异常。
exclude.internal.topics	true	Whether messages from internal topics (such as offsets) should be exposed to the consumer.
zookeeper.session.timeout.ms	6000	ZooKeeper session timeout. If the consumer fails to heartbeat to ZooKeeper for this period of time it is considered dead and a rebalance will occur.
zookeeper.connection.timeout.ms	6000	The max time that the client waits while establishing a connection to zookeeper.
zookeeper.sync.time.ms	2000	How far a ZK follower can be behind a ZK leader

7.4 如何查看 Kafka 集群维护的 offset 信息

步骤：
（1）修改配置文件consumer.properties，增加一个属性

[atguigu@hadoop102 config]$ pwd
/opt/module/kafka/config
[atguigu@hadoop102 config]$ vim consumer.properties

exclude.internal.topics=false

（2）分发配置好的文件

[atguigu@hadoop102 config]$ xsync consumer.properties

（3）执行新的消费者命令

bin/kafka-console-consumer.sh \
--zookeeper hadoop102:2181 --topic __consumer_offsets \
--formatter "kafka.coordinator.group.GroupMetadataManager\$OffsetsMessageFormatter" \
--consumer.config config/consumer.properties \
--from-beginning

posted on 2020-05-30 19:04 大码王阅读(877) 评论(0) 编辑收藏举报

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第1章 Kafka概述

1.1 消息队列

1.2 为什么需要消息队列

1.3 什么是Kafka

1.4 Kafka架构

第2章 Kafka集群部署

2.1 环境准备

2.1.1 集群规划

2.1.2 jar包下载

2.2 Kafka集群部署

2.3 Kafka命令行操作

第3章 Kafka工作流程分析

3.1 Kafka 生产过程分析

3.1.1 写入方式

3.1.2 分区（Partition）

3.1.3 副本（Replication）

3.1.4 写入流程

3.2 Broker 保存消息

3.2.1 存储方式

3.2.2 存储策略

3.2.3 Zookeeper存储结构

3.3 Kafka 消费过程分析

3.3.1 高级API

3.3.2 低级API

3.3.3 消费者组

3.3.4 消费方式

3.3.5 消费者组案例

第4章 Kafka API实战

4.1 环境准备

4.2 Kafka生产者Java API

4.2.1 创建生产者（过时的API）

4.2.2 创建生产者（新的API）

4.2.3 创建生产者带回调函数（新的API）

4.2.4 自定义分区生产者

4.3 Kafka消费者Java API

4.3.1 高级API

4.3.2 低级API

第5章 Kafka Producer拦截器(interceptor)

5.1 拦截器原理

5.2 拦截器案例

第6章 Kafka Streams

6.1 概述

6.1.1 Kafka Streams

6.1.2 Kafka Streams 特点

6.1.3 为什么要有 Kafka Stream？

6.2 Kafka Stream 数据清洗案例

第7章 扩展知识

7.1 Kafka 与 Flume 比较

7.2 Flume 与 kafka 集成

7.3 Kafka配置信息

7.3.1 Broker 配置信息

7.3.2 Producer 配置信息

7.3.3 Consumer 配置信息

7.4 如何查看 Kafka 集群维护的 offset 信息

公告

第7章扩展知识