作者： JAVA3y 來自：Java3y

前言

只有光頭才能變強。

文本已收錄至我的GitHub倉庫，歡迎Star：https://github.com/ZhongFuCheng3y/3y

在這篇之前已經(jīng)寫過兩篇基礎(chǔ)文章了，強烈建議先去閱讀：

• 什么是ZooKeeper？
• 什么是消息隊列？

眾所周知，消息隊列的產(chǎn)品有好幾種，這里我選擇學(xué)習(xí)Kafka的原因，無他，公司在用。

我司使用的是Kafka和自研的消息隊列(Kafka和RocketMQ)改版，于是我就想學(xué)學(xué)Kafka這款消息隊列啦。本篇文章對Kafka入門，希望對大家有所幫助。

本文知識點提前預(yù)覽：

提前預(yù)覽

這篇文章花了我很長時間畫圖，目的是希望以最通俗易懂的方式帶大家入門，如果覺得不錯，希望能給我點個贊！

一、什么是Kafka？

首先我們得去官網(wǎng)看看是怎么介紹Kafka的：

• https://kafka.Apache.org/intro

在收集資料學(xué)習(xí)的時候，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有不少的前輩對官網(wǎng)的介紹進行翻譯和總結(jié)了，所以我這里就不重復(fù)了，貼下地址大家自行去學(xué)習(xí)啦：

• https://scala.cool/2018/03/learning-kafka-1/
• https://colobu.com/2014/08/06/kafka-quickstart/

我之前寫過的消息隊列入門文章也提到了，要做一個消息隊列可能要考慮到以下的問題：

• 使用消息隊列不可能是單機的（必然是分布式or集群）
• 數(shù)據(jù)寫到消息隊列，可能會存在數(shù)據(jù)丟失問題，數(shù)據(jù)在消息隊列需要持久化(磁盤？數(shù)據(jù)庫？redis？分布式文件系統(tǒng)？)
• 想要保證消息（數(shù)據(jù)）是有序的，怎么做？
• 為什么在消息隊列中重復(fù)消費了數(shù)據(jù)

下面我以Kafka為例對這些問題進行簡單的解答，進而入門Kafka。

1.1 Kafka入門

眾所周知，Kafka是一個消息隊列，把消息放到隊列里邊的叫生產(chǎn)者，從隊列里邊消費的叫消費者。

生產(chǎn)者和消費者

一個消息中間件，隊列不單單只有一個，我們往往會有多個隊列，而我們生產(chǎn)者和消費者就得知道：把數(shù)據(jù)丟給哪個隊列，從哪個隊列消息。我們需要給隊列取名字，叫做topic(相當于數(shù)據(jù)庫里邊表的概念)

給隊列取名字，專業(yè)名詞叫topic

現(xiàn)在我們給隊列取了名字以后，生產(chǎn)者就知道往哪個隊列丟數(shù)據(jù)了，消費者也知道往哪個隊列拿數(shù)據(jù)了。我們可以有多個生產(chǎn)者往同一個隊列(topic)丟數(shù)據(jù)，多個消費者往同一個隊列(topic)拿數(shù)據(jù)

為了提高一個隊列(topic)的吞吐量，Kafka會把topic進行分區(qū)(Partition)

Kafka分區(qū)

所以，生產(chǎn)者實際上是往一個topic名為Java3y中的分區(qū)(Partition)丟數(shù)據(jù)，消費者實際上是往一個topic名為Java3y的分區(qū)(Partition)取數(shù)據(jù)

生產(chǎn)者和消費者實際上操作的是分區(qū)

一臺Kafka服務(wù)器叫做Broker，Kafka集群就是多臺Kafka服務(wù)器：

Kafka集群

一個topic會分為多個partition，實際上partition會分布在不同的broker中，舉個例子：

一個生產(chǎn)者丟數(shù)據(jù)給topic

由此得知：Kafka是天然分布式的。

如果不了解分布式/集群，以及基本的分布式概念的同學(xué)，可以關(guān)注我的GitHub：https://github.com/ZhongFuCheng3y/3y

關(guān)鍵字：分布式、SpringCloud 保證能讓你搞懂。覺得我寫得不錯，就給我點個贊！

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了往topic里邊丟數(shù)據(jù)，實際上這些數(shù)據(jù)會分到不同的partition上，這些partition存在不同的broker上。分布式肯定會帶來問題：“萬一其中一臺broker(Kafka服務(wù)器)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)抖動或者掛了，怎么辦？”

Kafka是這樣做的：我們數(shù)據(jù)存在不同的partition上，那kafka就把這些partition做備份。比如，現(xiàn)在我們有三個partition，分別存在三臺broker上。每個partition都會備份，這些備份散落在不同的broker上。

紅色代表主分區(qū)，紫色代表備份分區(qū)

紅色塊的partition代表的是主分區(qū)，紫色的partition塊代表的是備份分區(qū)。生產(chǎn)者往topic丟數(shù)據(jù)，是與主分區(qū)交互，消費者消費topic的數(shù)據(jù)，也是與主分區(qū)交互。

備份分區(qū)僅僅用作于備份，不做讀寫。如果某個Broker掛了，那就會選舉出其他Broker的partition來作為主分區(qū)，這就實現(xiàn)了高可用。

另外值得一提的是：當生產(chǎn)者把數(shù)據(jù)丟進topic時，我們知道是寫在partition上的，那partition是怎么將其持久化的呢？（不持久化如果Broker中途掛了，那肯定會丟數(shù)據(jù)嘛)。

Kafka是將partition的數(shù)據(jù)寫在磁盤的(消息日志)，不過Kafka只允許追加寫入(順序訪問)，避免緩慢的隨機 I/O 操作。

• Kafka也不是partition一有數(shù)據(jù)就立馬將數(shù)據(jù)寫到磁盤上，它會先緩存一部分，等到足夠多數(shù)據(jù)量或等待一定的時間再批量寫入(flush)。

上面balabala地都是講生產(chǎn)者把數(shù)據(jù)丟進topic是怎么樣的，下面來講講消費者是怎么消費的。既然數(shù)據(jù)是保存在partition中的，那么消費者實際上也是從partition中取數(shù)據(jù)。

從各個主分區(qū)取數(shù)據(jù)

生產(chǎn)者可以有多個，消費者也可以有多個。像上面圖的情況，是一個消費者消費三個分區(qū)的數(shù)據(jù)。多個消費者可以組成一個消費者組。

消費者組

本來是一個消費者消費三個分區(qū)的，現(xiàn)在我們有消費者組，就可以每個消費者去消費一個分區(qū)（也是為了提高吞吐量）

消費者組的每個消費者會去對應(yīng)partition拿數(shù)據(jù)

按圖上所示的情況，這里想要說明的是：

• 如果消費者組中的某個消費者掛了，那么其中一個消費者可能就要消費兩個partition了
• 如果只有三個partition，而消費者組有4個消費者，那么一個消費者會空閑
• 如果多加入一個消費者組，無論是新增的消費者組還是原本的消費者組，都能消費topic的全部數(shù)據(jù)。（消費者組之間從邏輯上它們是獨立的）

前面講解到了生產(chǎn)者往topic里丟數(shù)據(jù)是存在partition上的，而partition持久化到磁盤是IO順序訪問的，并且是先寫緩存，隔一段時間或者數(shù)據(jù)量足夠大的時候才批量寫入磁盤的。

消費者在讀的時候也很有講究：正常的讀磁盤數(shù)據(jù)是需要將內(nèi)核態(tài)數(shù)據(jù)拷貝到用戶態(tài)的，而Kafka 通過調(diào)用sendfile()直接從內(nèi)核空間（DMA的）到內(nèi)核空間（Socket的），少做了一步拷貝的操作。

Kafka 讀數(shù)據(jù) 巧妙

有的同學(xué)可能會產(chǎn)生疑問：消費者是怎么知道自己消費到哪里的呀？Kafka不是支持回溯嗎？那是怎么做的呀？

• 比如上面也提到：如果一個消費者組中的某個消費者掛了，那掛掉的消費者所消費的分區(qū)可能就由存活的消費者消費。那存活的消費者是需要知道掛掉的消費者消費到哪了，不然怎么玩。

這里要引出offset了，Kafka就是用offset來表示消費者的消費進度到哪了，每個消費者會都有自己的offset。說白了offset就是表示消費者的消費進度。

在以前版本的Kafka，這個offset是由Zookeeper來管理的，后來Kafka開發(fā)者認為Zookeeper不合適大量的刪改操作，于是把offset在broker以內(nèi)部topic(__consumer_offsets)的方式來保存起來。

每次消費者消費的時候，都會提交這個offset，Kafka可以讓你選擇是自動提交還是手動提交。

既然提到了Zookeeper，那就多說一句。Zookeeper雖然在新版的Kafka中沒有用作于保存客戶端的offset，但是Zookeeper是Kafka一個重要的依賴。

• 探測broker和consumer的添加或移除。
• 負責(zé)維護所有partition的領(lǐng)導(dǎo)者/從屬者關(guān)系（主分區(qū)和備份分區(qū)），如果主分區(qū)掛了，需要選舉出備份分區(qū)作為主分區(qū)。
• 維護topic、partition等元配置信息
• ….

這張圖來源胡夕老師的《Kafka核心技術(shù)與實戰(zhàn)》

最后

通過這篇文章，文章開頭那幾個問題估計多多少少都懂一些啦。我來簡要回答一下：

使用消息隊列不可能是單機的（必然是分布式or集群）

Kafka天然是分布式的，往一個topic丟數(shù)據(jù)，實際上就是往多個broker的partition存儲數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)寫到消息隊列，可能會存在數(shù)據(jù)丟失問題，數(shù)據(jù)在消息隊列需要持久化(磁盤？數(shù)據(jù)庫？Redis？分布式文件系統(tǒng)？)

Kafka會將partition以消息日志的方式(落磁盤)存儲起來，通過 順序訪問IO和緩存(等到一定的量或時間)才真正把數(shù)據(jù)寫到磁盤上，來提高速度。

想要保證消息（數(shù)據(jù)）是有序的，怎么做？

Kafka會將數(shù)據(jù)寫到partition，單個partition的寫入是有順序的。如果要保證全局有序，那只能寫入一個partition中。如果要消費也有序，消費者也只能有一個。

為什么在消息隊列中重復(fù)消費了數(shù)據(jù)

凡是分布式就無法避免網(wǎng)絡(luò)抖動/機器宕機等問題的發(fā)生，很有可能消費者A讀取了數(shù)據(jù)，還沒來得及消費，就掛掉了。Zookeeper發(fā)現(xiàn)消費者A掛了，讓消費者B去消費原本消費者A的分區(qū)，等消費者A重連的時候，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)重復(fù)消費同一條數(shù)據(jù)了。(各種各樣的情況，消費者超時等等都有可能…)

如果業(yè)務(wù)上不允許重復(fù)消費的問題，最好消費者那端做業(yè)務(wù)上的校驗（如果已經(jīng)消費過了，就不消費了）

這篇文章主要是Kafka入門，Kafka還涉及到別的概念，以及還有別的東西。在我感覺中，很多的面試題都跟配置有關(guān)，所以在解決某些問題的時候，先看看能不能通過現(xiàn)有配置解決掉（學(xué)多了框架，你就會發(fā)現(xiàn)很多官方的就已經(jīng)支持解決了，你做的可能改改配置/參數(shù)就完事了）。