大数据从业人员必要技能之Kafka

2024-03-17 15:30:40

设为“置顶或星标”，第一时间送达干货。

前言

当下互联网行业最火的技术被称为ABC，即 AI人工智能、 BigData大数据、 Cloud云计算平台。当然也许还会提到区块链技术以及最近央行试行的数字货币等。A和C属于高级技能，一般公司不需要也不易掌握，对于B还是比较平民化的，大大小小的公司借助开源技术栈都可以参与其中。

为什么是Kafka？

Kafka目前最新版本：2.6.0。

2.6.0 is the latest release. The current stable version is 2.6.0.

作为工程师或架构师，在实际工作过程中一定参与到了很多大数据业务系统的构建。由于这些系统都是为公司业务服务的，所以通常来说它们仅仅是执行一些常规的业务逻辑，因此它们不能算是计算密集型应用，相反更应该是数据密集型的。

对于数据密集型应用来说，如何应对数据量激增、数据复杂度增加以及数据变化速率变快，是彰显大数据工程师、架构师功力的最有效表征。在实际的工程实践中，我们发现Kafka在帮助我们应对这些问题方面能起到非常好的效果。就拿数据量激增来说，Kafka能够有效隔离上下游业务，将上游突增的流量缓存起来，以平滑的方式传导到下游子系统中，避免了流量的不规则冲击。由此可见，作为一名大数据从业人员，熟练掌握Kafka是非常必要的一项技能。

事实上，Kafka有着非常广泛的应用场景。在业界，目前Apache Kafka被认为是整个消息引擎领域的盟主，仅凭这一点就值得我们好好学习和掌握它。我们仅需要学习一套框架就能在实际业务系统中实现消息引擎应用、应用程序集成、分布式存储构建

，甚至是

流处理应用

的开发与部署。

2019年两会上再一次提到了要深化大数据、人工智能等领域应用的研发和发展，而Kafka无论是作为消息引擎还是实时流处理平台，都能在大数据工程领域发挥重要的作用。

如何学习Kafka?

掌握Kafka的第一步就是要根据你掌握的编程语言去寻找对应的 Kafka客户端。当前Kafka最重要的两大客户端是 Java客户端和libkafka客户端，它们更新和维护的速度很快，非常适合我们持续花时间投入。

https://github.com/edenhill/librdkafka

确定了要使用的客户端，马上去官网上学习一下代码示例，如果能够正确编译和运行这些样例，就能轻松地驾驭客户端了。

比如Java客户端：http://kafka.apache.org/24/documentation.html#api

Maven Dependency：

<dependency>
 <groupId>org.apache.kafka</groupId>
 <artifactId>kafka-clients</artifactId>
 <version>2.6.0</version>
</dependency>

Producer demo代码：

package kafka;

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

import org.apache.kafka.clients.producer.Callback;
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.clients.producer.RecordMetadata;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer;

public class Producer {

    public static void main(String[] args) {
        Properties properties = new Properties();
        // bootstrap.servers kafka集群地址 host1:port1,host2:port2 ....
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "127.0.0.1:9092");
        // key.deserializer 消息key序列化方式
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        // value.deserializer 消息体序列化方式
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());

        KafkaProducer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(properties);

        // 0 异步发送消息
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            String data = "async :" + i;
            // 发送消息
            producer.send(new ProducerRecord<>("demo-topic", data));
        }

        // 1 同步发送消息 调用get()阻塞返回结果
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            String data = "sync : " + i;
            try {
                // 发送消息
                Future<RecordMetadata> send = producer.send(new ProducerRecord<>("demo-topic", data));
                RecordMetadata recordMetadata = send.get();
                System.out.println(recordMetadata);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 2 异步发送消息 回调callback()
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            String data = "callback : " + i;
            // 发送消息
            producer.send(new ProducerRecord<>("demo-topic", data), new Callback() {
                @Override
                public void onCompletion(RecordMetadata metadata, Exception exception) {
                    // 发送消息的回调
                    if (exception != null) {
                        exception.printStackTrace();
                    } else {
                        System.out.println(metadata);
                    }
                }
            });
        }

        producer.close();
    }
}

Consumer端demo代码：

package kafka;

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 Consumer {

    public static void main(String[] args) {
        Properties properties = new Properties();

        //bootstrap.servers kafka集群地址 host1:port1,host2:port2 ....
        properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "127.0.0.1:9092");
        // key.deserializer 消息key序列化方式
        properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        // value.deserializer 消息体序列化方式
        properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        // group.id 消费组id
        properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG, "demo-group");
        // enable.auto.commit 设置自动提交offset
        properties.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG, true);
        // auto.offset.reset
        properties.put(ConsumerConfig.AUTO_OFFSET_RESET_CONFIG, "earliest");

        KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(properties);
        String[] topics = new String[]{"demo-topic"};
        consumer.subscribe(Arrays.asList(topics));


        while (true) {
            ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
            for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
                System.out.println(record);
            }
        }

    }
}

Libkafka examples：

https://github.com/edenhill/librdkafka/tree/master/examples

可能会用到Python的kafka客户端：

https://github.com/Parsely/pykafka

安装pykafka客户端模块

$ pip install pykafka

初始化客户端对象

>>> from pykafka import KafkaClient
>>> client = KafkaClient(hosts="127.0.0.1:9092,127.0.0.1:9093,...")

TLS（https连接）

>>> from pykafka import KafkaClient, SslConfig
>>> config = SslConfig(cafile='/your/ca.cert',
...                    certfile='/your/client.cert',  # optional
...                    keyfile='/your/client.key',  # optional
...                    password='unlock my client key please')  # optional
>>> client = KafkaClient(hosts="127.0.0.1:<ssl-port>,...",
...                      ssl_config=config)

监听topic

>>> client.topics
>>> topic = client.topics['my.test']

往topic发送消息，这里是同步发送的，需要等待消息确认才能发送下一条

>>> with topic.get_sync_producer() as producer:
...     for i in range(4):
...         producer.produce('test message ' + str(i ** 2))

为了提高吞吐量，推荐Producer采用异步发送消息模式，produce()函数被调用后会立即返回

>>> with topic.get_producer(delivery_reports=True) as producer:
...     count = 0
...     while True:
...         count += 1
...         producer.produce('test msg', partition_key='{}'.format(count))
...         if count % 10 ** 5 == 0:  # adjust this or bring lots of RAM ;)
...             while True:
...                 try:
...                     msg, exc = producer.get_delivery_report(block=False)
...                     if exc is not None:
...                         print 'Failed to deliver msg {}: {}'.format(
...                             msg.partition_key, repr(exc))
...                     else:
...                         print 'Successfully delivered msg {}'.format(
...                         msg.partition_key)
...                 except Queue.Empty:
...                     break

Consumer消费topic里的消息

>>> consumer = topic.get_simple_consumer()
>>> for message in consumer:
...     if message is not None:
...         print message.offset, message.value
0 test message 0
1 test message 1
2 test message 4
3 test message 9

负载均衡的Consumer-BalancedConsumer

>>> balanced_consumer = topic.get_balanced_consumer(
...     consumer_group='testgroup',
...     auto_commit_enable=True,
...     zookeeper_connect='myZkClusterNode1.com:2181,myZkClusterNode2.com:2181/myZkChroot'
... )

PyKafka里面含有C扩展库，可以使用librdkafka来加速Producer和Consumer的一些操作。

下一步就可以尝试修改样例代码尝试去理解并使用其他的API，之后观测修改样例代码后的执行结果。如果这些都难不倒我们，接着就可以自己编写一个小型项目来验证下学习成果，然后就是改善和提升客户端的可靠性和性能了。到了这一步，后面就可以熟读一遍Kafka官网文档，确保理解了那些可能影响可靠性和性能的参数。
最后是学习Kafka的高级功能，比如流处理应用开发。流处理 API 不仅能够生产和消费消息，还能执行高级的流式处理操作，比如时间窗口聚合、流处理连接等。

对于一个系统管理员或运维工程师，相应的学习目标应该是学习搭建及管理Kafka线上环境。如何根据实际业务需求评估、搭建生产线上环境将是主要的学习目标。另外对生产环境的监控也是重中之重的工作，Kafka 提供了超多的JMX监控指标，可以选择任意熟知的框架进行监控，比如Kafka-Eagle。

https://github.com/smartloli/kafka-eagle

Kafka需要掌握的核心内容

消息引擎这类系统大致的原理和用途，以及作为优秀消息引擎代表的Kafka在这方面的表现。
Kafka如何用于生产环境，特别是线上环境方案的制定。
Kafka客户端的方方面面，包含生产者和消费者原理与实践。
Kafka最核心的设计原理，包括Controller的设计机制、请求处理全流程解析等。
Kafka运维与监控的内容，高效运维Kafka集群以及有效监控Kafka的实战

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