Kafka消费过程分析

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

消费模型

       消息由生产者发布到Kafka集群后,会被消费者消费。消息的消费模型有两种:推送模型(push)和拉取模型(pull)。

基于推送模型(push)的消息系统,由消息代理记录消费者的消费状态。消息代理在将消息推送到消费者后,标记这条消息为已消费,但这种方式无法很好地保证消息被处理。比如,消息代理把消息发送出去后,当消费进程挂掉或者由于网络原因没有收到这条消息时,就有可能造成消息丢失(因为消息代理已经把这条消息标记为已消费了,但实际上这条消息并没有被实际处理)。如果要保证消息被处理,消息代理发送完消息后,要设置状态为“已发送”,只有收到消费者的确认请求后才更新为“已消费”,这就需要消息代理中记录所有的消费状态,这种做法显然是不可取的。

Kafka采用拉取模型,由消费者自己记录消费状态,每个消费者互相独立地顺序读取每个分区的消息。如下图所示,有两个消费者(不同消费者组)拉取同一个主题的消息,消费者A的消费进度是3,消费者B的消费进度是6。消费者拉取的最大上限通过最高水位(watermark)控制,生产者最新写入的消息如果还没有达到备份数量,对消费者是不可见的。这种由消费者控制偏移量的优点是:消费者可以按照任意的顺序消费消息。比如,消费者可以重置到旧的偏移量,重新处理之前已经消费过的消息;或者直接跳到最近的位置,从当前的时刻开始消费。

在一些消息系统中,消息代理会在消息被消费之后立即删除消息。如果有不同类型的消费者订阅同一个主题,消息代理可能需要冗余地存储同一消息;或者等所有消费者都消费完才删除,这就需要消息代理跟踪每个消费者的消费状态,这种设计很大程度上限制了消息系统的整体吞吐量和处理延迟。Kafka的做法是生产者发布的所有消息会一致保存在Kafka集群中,不管消息有没有被消费。用户可以通过设置保留时间来清理过期的数据,比如,设置保留策略为两天。那么,在消息发布之后,它可以被不同的消费者消费,在两天之后,过期的消息就会自动清理掉。

2 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 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。

4 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。

5 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(并且可选地等待到给定的字节数,以确保大的传输大小)

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