【Kafka3.0】生产者Producer
kafka生产者
生产者消息发送流程
发送原理
在消息发送的过程中,涉及到了两个线程——main 线程和 Sender 线程。在 main 线程中创建了一个双端队列 RecordAccumulator。main 线程将消息发送给 RecordAccumulator,Sender 线程不断从 RecordAccumulator 中拉取消息发送到 Kafka Broker。
普通的异步发送
package com.lihw.kafka.producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
import java.util.Properties;
public class CustomProducer {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建 kafka 生产者的配置对象
Properties properties = new Properties();
// 2. 给 kafka 配置对象添加配置信息:bootstrap.servers
properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "10.1.61.121:9092");
// key,value 序列化(必须):key.serializer,value.serializer
properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,
"org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,
"org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
// 3. 创建 kafka 生产者对象
KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
// 4. 调用 send 方法,发送消息
for (int i = 0; i < 10; i++) {
kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","lihw " + i));
}
// 5. 关闭资源
kafkaProducer.close();
}
}
消费first主题
crbt@node2:/home/crbt/local/kafka_2.13-2.7.1/bin>./kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic first
lihw 0
lihw 1
lihw 2
lihw 3
lihw 4
带回调函数的异步发送
回调函数会在 producer 收到 ack 时调用,为异步调用,该方法有两个参数,分别是元数据信息(RecordMetadata)和异常信息(Exception),如果 Exception 为 null,说明消息发送成功,如果 Exception 不为 null,说明消息发送失败。
package com.lihw.kafka.producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer;
import java.util.Properties;
public class CustomProducerCallback {
public static void main(String[] args){
// 1. 创建 kafka 生产者的配置对象
Properties properties = new Properties();
// 2. 给 kafka 配置对象添加配置信息:bootstrap.servers
properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "10.1.61.121:9092,10.1.61.122:9092");
// key,value 序列化(必须):key.serializer,value.serializer
properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,
"org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,
"org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
// request.timeout.ms = 3000ms
properties.put(ProducerConfig.REQUEST_TIMEOUT_MS_CONFIG,3000);
// 3. 创建 kafka 生产者对象
KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
try{
// 4. 调用 send 方法,发送消息
for (int i = 0; i < 10; i++) {
kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first", "lihw " + i), new Callback() {
@Override
public void onCompletion(RecordMetadata metadata, Exception e) {
if (e == null) {
// 没有异常,输出信息到控制台
System.out.println(" 主题: " +
metadata.topic() + " ->" + " 分区:" + metadata.partition());
} else {
// 出现异常打印
e.printStackTrace();
}
}
});
// 延迟一会会看到数据发往不同分区
Thread.sleep(2);
}
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
// 5. 关闭资源
kafkaProducer.close();
}
}
}
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:1
主题: first -> 分区:1
主题: first -> 分区:1
主题: first -> 分区:1
主题: first -> 分区:1
注意:消息发送失败会自动重试,不需要我们在回调函数中手动重试。
同步发送API
只需在异步发送的基础上,再调用一下 get()方法即可。
kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","kafka" + i)).get();
生产者重要参数列表🚩
参数名称 | 描述 |
---|---|
bootstrap.servers | 生产者连接集群所需的 broker 地址清单 。 例如10.1.61.121:9092,10.1.61.122:9092 可以设置 1 个或者多个,中间用逗号隔开。注意这里并非需要所有的 broker 地址,因为生产者从给定的 broker 里查找到其他 broker 信息 |
key.serializer 和 value.serializer | 指定发送消息的 key 和 value 的序列化类型。一定要写全类名。 |
buffer.memory | RecordAccumulator 缓冲区总大小,默认 32m。 |
batch.size | 缓冲区一批数据最大值,默认 16k。适当增加该值,可以提高吞吐量,但是如果该值设置太大,会导致数据传输延迟增加。 |
linger.ms | 如果数据迟迟未达到 batch.size,sender 等待 linger.time之后就会发送数据。单位 ms,默认值是 0ms,表示没有延迟。生产环境建议该值大小为 5-100ms 之间。 |
acks | 0:生产者发送过来的数据,不需要等数据落盘应答。 1:生产者发送过来的数据,Leader 收到数据后应答。 -1(all):生产者发送过来的数据,Leader+和 isr 队列里面的所有节点收齐数据后应答。 默认值是-1,-1 和 all是等价的 |
retries | 当消息发送出现错误的时候,系统会重发消息。retries表示重试次数。默认是 int 最大值,2147483647。如果设置了重试,还想保证消息的有序性,需要设置MAX_IN_FLIGHT_REQUESTS_PER_CONNECTION=1否则在重试此失败消息的时候,其他的消息可能发送成功了。 |
retry.backoff.ms | 两次重试之间的时间间隔,默认是 100ms。 |
enable.idempotence | 是否开启幂等性,默认 true,开启幂等性。 |
compression.type | 生产者发送的所有数据的压缩方式。默认是 none,也就是不压缩。 支持压缩类型:none、gzip、snappy、lz4 和 zstd。 |
生产者分区
- 便于合理使用存储资源,每个Partition在一个Broker上存储,可以把海量的数据按照分区切割成一块一块数据存储在多台Broker上。合理控制分区的任务,可以实现负载均衡的效果。
- 提高并行度,生产者可以以分区为单位发送数据;消费者可以以分区为单位进行消费数据。
生产者发送消息的分区策略
- 指定partition的,发送消息时直接发送到指定的分区中
- 未指定partition但有key的,对key进行hash,然后对partition数进行取余,得出该发往哪个分区
- 没有key,也未指定partition的,采用粘性分区器,选择一个分区开始存储,待该分区的batch已满或者已完成,Kafka再随机一个分区进行使用(和上一次的分区不同)
public ProducerRecord(String topic, Integer partition, Long timestamp, K key, V value, Iterable<Header> headers) {
...
}
public ProducerRecord(String topic, Integer partition, Long timestamp, K key, V value){
...
}
public ProducerRecord(String topic, Integer partition, K key, V value, Iterable<Header> headers) {
...
}
public ProducerRecord(String topic, Integer partition, K key, V value) {
...
}
/*
* 没有指明partition值但有key的情况下,将key的hash值与topic的partition数进行取余得到partition值;
* 例如:key1的hash值=5, key2的hash值=6 ,topic的总partition数=2,那么key1 的value1写入1分区,key2的value2写入0分区。
*/
public ProducerRecord(String topic, K key, V value) {
...
}
/**
既没有partition值又没有key值的情况下,Kafka采用Sticky Partition(黏性分区器),会随机选择一个分区,并尽可能一直使用该分区,待该分区的batch已满或者已完成,Kafka再随机一个分区进行使用(和上一次的分区不同)
例如:第一次随机选择0号分区,等0号分区当前批次满了(默认16k)或者linger.ms设置的时间到, Kafka再随机一个分区进行使用(如果还是0会继续随机)
*/
public ProducerRecord(String topic, V value) {
...
}
案例一:指定分区发送消息
package com.lihw.kafka.producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer;
import java.util.Properties;
public class CustomProducerCallbackPartitions {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建 kafka 生产者的配置对象
Properties properties = new Properties();
// 2. 给 kafka 配置对象添加配置信息:bootstrap.servers
properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "10.1.61.121:9092,10.1.61.122:9092");
// key,value 序列化(必须):key.serializer,value.serializer
properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,StringSerializer.class.getName());
// request.timeout.ms = 3000ms
properties.put(ProducerConfig.REQUEST_TIMEOUT_MS_CONFIG,3000);
// 3. 创建 kafka 生产者对象
KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
// 指定数据发送到 1 号分区,key 为空(IDEA 中 ctrl + p 查看参数)
kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first",
0,"","NBA " + i), new Callback() {
@Override
public void onCompletion(RecordMetadata metadata,Exception e) {
if (e == null){
System.out.println(" 主题: " +
metadata.topic() + " -> " + "分区:" + metadata.partition()
);
}else {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
kafkaProducer.close();
}
}
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:0
主题: first -> 分区:0
案例二:自定义分区器
自定义分区器,实现Partitioner接口,重写partition方法,方法返回的是分区数
package com.lihw.kafka.producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.Partitioner;
import org.apache.kafka.common.Cluster;
import java.util.Map;
public class MyPartitioner implements Partitioner {
/**
* 返回信息对应的分区
* @param topic 主题
* @param key 消息的 key
* @param keyBytes 消息的 key 序列化后的字节数组
* @param value 消息的 value
* @param valueBytes 消息的 value 序列化后的字节数组
* @param cluster 集群元数据可以查看分区信息
* @return
*/
@Override
public int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {
// 获取消息
String msgValue = value.toString();
// 创建 partition
int partition;
// 判断消息是否包含 atguigu
if (msgValue.contains("lihw")){
partition = 0;
}else {
partition = 1;
}
// 返回分区号
return partition;
}
@Override
public void close() {
}
@Override
public void configure(Map<String, ?> configs) {
}
}
发送消息测试,最终消息全部打在0号分区
package com.lihw.kafka.producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer;
import java.util.Properties;
public class CustomProducerCallbackPartitions {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建 kafka 生产者的配置对象
Properties properties = new Properties();
// 2. 给 kafka 配置对象添加配置信息:bootstrap.servers
properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "10.1.61.121:9092,10.1.61.122:9092");
// key,value 序列化(必须):key.serializer,value.serializer
properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,StringSerializer.class.getName());
// request.timeout.ms = 3000ms
properties.put(ProducerConfig.REQUEST_TIMEOUT_MS_CONFIG,3000);
// 3.添加自定义分区器
properties.put(ProducerConfig.PARTITIONER_CLASS_CONFIG,"com.lihw.kafka.producer.MyPartitioner");
// 4. 创建 kafka 生产者对象
KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 指定数据发送到 0 号分区,key 为空,根据自定义分区器进行分区
kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","lihw " + i), new Callback() {
@Override
public void onCompletion(RecordMetadata metadata,Exception e) {
if (e == null){
System.out.println(" 主题: " +
metadata.topic() + " -> " + "分区:" + metadata.partition()
);
}else {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
kafkaProducer.close();
}
}
结果:消息全部发到了0号分区(121节点)
crbt@node1:/home/crbt/local/kafka_2.13-2.7.1/bin>./kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic first
lihw 0
lihw 1
lihw 2
lihw 3
lihw 4
lihw 5
lihw 6
lihw 7
lihw 8
lihw 9
生产者如何提高吞吐量
- batch.size:批次大小,默认16k
- linger.ms:等待时间,修改为5-100ms
- compression.type:压缩snappy
- RecordAccumulator:缓冲区大小,修改为64m
package com.lihw.kafka.producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer;
import java.util.Properties;
public class CustomProducerParameters {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建 kafka 生产者的配置对象
Properties properties = new Properties();
// 2. 给 kafka 配置对象添加配置信息:bootstrap.servers
properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "10.1.61.121:9092,10.1.61.122:9092");
// key,value 序列化(必须):key.serializer,value.serializer
properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
// batch.size:批次大小,默认 16K
properties.put(ProducerConfig.BATCH_SIZE_CONFIG, 16384);
// linger.ms:等待时间,默认 0
properties.put(ProducerConfig.LINGER_MS_CONFIG, 1);
// RecordAccumulator:缓冲区大小,默认 32M:buffer.memory
properties.put(ProducerConfig.BUFFER_MEMORY_CONFIG, 33554432);
// compression.type:压缩,默认 none,可配置值 gzip、snappy、lz4 和 zstd
properties.put(ProducerConfig.COMPRESSION_TYPE_CONFIG, "snappy");
// 3. 创建 kafka 生产者对象
KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
// 4. 调用 send 方法,发送消息
for (int i = 0; i < 5; i++) {
kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first",1,"","lihewei777 " + i));
}
// 5. 关闭资源
kafkaProducer.close();
}
}
数据可靠性【ACK】
ACK应答级别
- 0:生产者发送过来的数据,不需要等数据落盘应答。生产者发送过来数据就不管了,可靠性差,效率高;
- 1:生产者发送过来的数据,Leader收到数据后应答。可靠性中等,效率中等;
- -1(all):生产者发送过来的数据,Leader和ISR队列里面的所有节点收齐数据后应答。可靠性高,效率低;
ISR队列
Leader维护了一个动态的in-sync replica set(ISR),意为和Leader保持同步的Follower+Leader集合(leader:0,isr:0,1,2)。如果Follower长时间未向Leader发送通信请求或同步数据,则该Follower将被踢出ISR。该时间阈值由 replica.lag.time.max.ms 参数设定,默认30s。例如2超时,(leader:0, isr:0,1)。
重复数据分析
acks: -1(all):生产者发送过来的数据,Leader和ISR队列里面的所有节点收齐数据后应答。
leader收到消息并落盘后,返回adc之前挂掉,此时会重新选选举出新的leader,producer重新发送相同的消息,导致数据重复。
代码配置
// 设置 acks
properties.put(ProducerConfig.ACKS_CONFIG, "all");
// 重试次数 retries,默认是 int 最大值,2147483647
properties.put(ProducerConfig.RETRIES_CONFIG, 3);
案例
package com.lihw.kafka.producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer;
import java.util.Properties;
public class CustomProducerAck {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建 kafka 生产者的配置对象
Properties properties = new Properties();
// 2. 给 kafka 配置对象添加配置信息:bootstrap.servers
properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "10.1.61.121:9092,10.1.61.122:9092");
// key,value 序列化(必须):key.serializer,value.serializer
properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,StringSerializer.class.getName());
// 3. 设置 acks
properties.put(ProducerConfig.ACKS_CONFIG, "all");
// 4. 重试次数 retries,默认是 int 最大值,2147483647
properties.put(ProducerConfig.RETRIES_CONFIG, 3);
// 4. 创建 kafka 生产者对象
KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 指定数据发送到 0 号分区,key 为空,根据自定义分区器进行分区
kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first","lili " + i), new Callback() {
@Override
public void onCompletion(RecordMetadata metadata,Exception e) {
if (e == null){
System.out.println(" 主题: " +
metadata.topic() + " -> " + "分区:" + metadata.partition()
);
}else {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
kafkaProducer.close();
}
}
数据去重
数据传递的意义
- 至少一次(At Least Once)= ACK级别设置为-1 + 分区副本大于等于2 + ISR里应答的最小副本数量大于等于2,不能保证数据不重复
- 最多一次(At Most Once)= ACK级别设置为0,不能保证数据不丢失
- 精确一次(Exactly Once):对于一些非常重要的信息,比如和钱相关的数据,要求数据既不能重复也不丢失。Kafka 0.11版本以后,引入了一项重大特性:幂等性和事务。
Kafka 0.11版本以后,引入了一项重大特性:幂等性和事务。
幂等性
幂等性就是指Producer不论向Broker发送多少次重复数据,Broker端都只会持久化一条,保证了不重复。
精确一次(Exactly Once) = 幂等性 + 至少一次( ack=-1 + 分区副本数>=2 + ISR最小副本数量>=2) 。
重复数据的判断标准:具有<PID, Partition, SeqNumber>相同主键的消息提交时,Broker只会持久化一条。其中
- PID 是Kafka每次重启都会分配一个新的
- Partition 表示分区号
- Sequence Number是单调自增的
所以幂等性只能保证的是在单分区单会话内不重复。开启参数 enable.idempotence 默认为 true,false 关闭。
kafka事务
开启事务,必须开启幂等性,Producer 在使用事务功能前,必须先自定义一个唯一的 transactional.id。有了 transactional.id,即使客户端挂掉了,它重启后也能继续处理未完成的事务。
默认有50个分区,每个分区负责一部分事务。事务划分是根据transactional.id的hashcode值%50,计算出该事务属于哪个分区。该分区Leader副本所在的broker节点即为这个transactional.id对应的Transaction Coordinator节点。
Kafka 的事务一共有如下 5 个 API:
// 1 初始化事务
void initTransactions();
// 2 开启事务
void beginTransaction() throws ProducerFencedException;
// 3 在事务内提交已经消费的偏移量(主要用于消费者)
void sendOffsetsToTransaction(Map<TopicPartition, OffsetAndMetadata> offsets, String consumerGroupId) throws
ProducerFencedException;
// 4 提交事务
void commitTransaction() throws ProducerFencedException;
// 5 放弃事务(类似于回滚事务的操作)
void abortTransaction() throws ProducerFencedException;
单个 Producer,使用事务保证消息的仅一次发送
package com.lihw.kafka.producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer;
import java.util.Properties;
public class CustomProducerTransactions {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建 kafka 生产者的配置对象
Properties properties = new Properties();
// 2. 给 kafka 配置对象添加配置信息:bootstrap.servers
properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "10.1.61.121:9092,10.1.61.122:9092");
// key,value 序列化(必须):key.serializer,value.serializer
properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG,StringSerializer.class.getName());
// 设置事务 id(必须),事务 id 任意起名
properties.put(ProducerConfig.TRANSACTIONAL_ID_CONFIG, "transaction_id_0");
// 3. 创建 kafka 生产者对象
KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
// 初始化事务
kafkaProducer.initTransactions();
// 开启事务
kafkaProducer.beginTransaction();
try {
// 4. 调用 send 方法,发送消息
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 发送消息
kafkaProducer.send(new ProducerRecord<>("first",
"transaction " + i), new Callback() {
@Override
public void onCompletion(RecordMetadata metadata, Exception e) {
if (e == null){
System.out.println(" 主题: " +
metadata.topic() + " -> " + "分区:" + metadata.partition()
);
}else {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
int i = 1 / 0;
// 提交事务
kafkaProducer.commitTransaction();
} catch (Exception e) {
// 终止事务
kafkaProducer.abortTransaction();
} finally {
// 5. 关闭资源
kafkaProducer.close();
}
}
}
如果发生异常,则终止事务
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
org.apache.kafka.common.errors.TransactionAbortedException: Failing batch since transaction was aborted
数据有序
数据无序
1)kafka在1.x版本之前保证数据单分区有序,条件如下:max.in.flight.requests.per.connection=1(不需要考虑是否开启幂等性)。
2)kafka在1.x及以后版本保证数据单分区有序,条件如下:
- 开启幂等性max.in.flight.requests.per.connection需要设置小于等于5。
- 未开启幂等性max.in.flight.requests.per.connection需要设置为1。
原因说明:因为在kafka1.x以后,启用幂等后,kafka服务端会缓存producer发来的最近5个request的元数据,故无论如何,都可以保证最近5个request的数据都是有序的