Kafka生产调优
文章目录
- Kafka生产调优
- 一、Kafka 硬件配置选择
- 场景说明
- 服务器台数选择
- 磁盘选择
- 内存选择
- CPU选择
- 二、Kafka Broker调优
- Broker 核心参数配置
- 服役新节点/退役旧节点
- 增加副本因子
- 调整分区副本存储
- 三、Kafka 生产者调优
- 生产者如何提高吞吐量
- 数据可靠性
- 数据去重
- 数据乱序
- 四、Kafka 消费者调优
- 消费者重要参数🚩
- 消费者再平衡
- 指定offset进行消费
- 指定时间进行消费
- 消费者如何提高吞吐量
- 五、Kafka总体调优
- 如何提升吞吐量🚩
- 数据精准一次
- 合理设置分区数
- 单条日志大于 1m的问题
- 集群压力测试
- Kafka Producer 压力测试
- Kafka Consumer 压力测试
一、Kafka 硬件配置选择
场景说明
100 万日活,每人每天 100 条日志,每天总共的日志条数是 100 万 * 100 条 = 1 亿条。
1 亿 / 24 小时 / 60 分 / 60 秒 = 1150 条/每秒钟。
每条日志大小:0.5k ~ 2k(约1k)。
1150 条/每秒钟 * 1k ≈ 1m/s 。
高峰期每秒钟:1150 条 * 20 倍 = 23000 条。
所以高峰每秒数据量:20MB/s。
服务器台数选择
服务器台数= 2 * (生产者峰值生产速率 * 副本 / 100) + 1
= 2 * (20m/s * 2 / 100) + 1
= 3 台
磁盘选择
kafka 底层主要是顺序写,固态硬盘和机械硬盘的顺序写速度差不多。建议选择普通的机械硬盘。
每天总数据量:1 亿条 * 1k ≈ 100g
100g * 副本 2 * 保存时间 3 天 / 0.7 ≈ 1T
建议三台服务器硬盘总大小,大于等于 1T。
内存选择
Kafka 内存组成:堆内存 + 页缓存
1)Kafka 堆内存建议每个节点:10g ~ 15g(在 kafka-server-start.sh 中修改)
if [ "x$KAFKA_HEAP_OPTS" = "x" ]; then
export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx10G -Xms10G"
fi
2)页缓存:页缓存是 Linux 系统服务器的内存。我们只需要保证 1 个 segment(1g)中25%的数据在内存中就好。
每个节点页缓存大小 =(分区数 * 1g * 25%)/ 节点数。例如 10 个分区,页缓存大小=(10 * 1g * 25%)/ 3 ≈ 1g
建议服务器内存大于等于 11G。
CPU选择
- num.io.threads = 8 负责写磁盘的线程数,整个参数值要占总核数的 50%。
- num.replica.fetchers = 1 副本拉取线程数,这个参数占总核数的 50%的 1/3。
- num.network.threads = 3 数据传输线程数,这个参数占总核数的 50%的 2/3。
建议 32 个 cpu core。
二、Kafka Broker调优
Broker 核心参数配置
参数名称 | 描述 |
---|---|
replica.lag.time.max.ms | ISR 中,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,默认30s。 |
auto.leader.rebalance.enable | 默认是 true。 自动 Leader Partition 平衡。 |
leader.imbalance.per.broker.percentage | 默认是 10%。每个 broker 允许的不平衡的 leader 的比率。如果每个 broker 超过了这个值,控制器会触发 leader 的平衡。 |
leader.imbalance.check.interval.seconds | 默认值 300 秒。检查 leader 负载是否平衡的间隔时间。 |
log.segment.bytes | Kafka 中 log 日志是分成一块块存储的,此配置是指 log 日志划分成块的大小,默认值 1G。 |
log.index.interval.bytes | 默认 4kb,kafka 里面每当写入了 4kb 大小的日志(.log),然后就往 index 文件里面记录一个索引。 |
log.retention.hours | Kafka 中数据保存的时间,默认 7 天。 |
log.retention.minutes | Kafka 中数据保存的时间,分钟级别,默认关闭。 |
log.retention.ms | Kafka 中数据保存的时间,毫秒级别,默认关闭。 |
log.retention.check.interval.ms | 检查数据是否保存超时的间隔,默认是 5 分钟。 |
log.retention.bytes | 默认等于-1,表示无穷大(也表示关闭)。超过设置的所有日志总大小,删除最早的 segment。 |
log.cleanup.policy | 默认是 delete,表示所有数据启用删除策略;如果设置值为 compact,表示所有数据启用压缩策 |
num.io.threads | 默认是 8。负责写磁盘的线程数。整个参数值要占总核数的 50%。 |
num.replica.fetchers | 默认是 1。副本拉取线程数,这个参数占总核数的 50%的 1/3 |
num.network.threads | 默认是 3。数据传输线程数,这个参数占总核数的50%的 2/3 。 |
log.flush.interval.messages | 强制页缓存刷写到磁盘的条数,默认是 long 的最大值,9223372036854775807。一般不建议修改, 交给系统自己管理。 |
log.flush.interval.ms | 每隔多久,刷数据到磁盘,默认是 null。一般不建议修改,交给系统自己管理。 |
服役新节点/退役旧节点
(1)创建一个要均衡的主题。
$ vim topics-to-move.json
{
"topics": [
{"topic": "first"}
],
"version": 1
}
(2)生成一个负载均衡的计划。
$ bin/kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server node102:9092 --topics-to-move-json-file topics-to-move.json --broker-list "0,1,2,3" --generate
(3)创建副本存储计划(所有副本存储在 broker0、broker1、broker2、broker3 中),由步骤2生成的👆
$ vim increase-replication-factor.json
(4)执行副本存储计划。
$ bin/kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server node102:9092 --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --execute
(5)验证副本存储计划。
$ bin/kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server node102:9092 --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --verify
增加副本因子
1)创建测试 topic(3分区、1副本)
$ bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server node102:9092 --create --partitions 3 --replication-factor 1 --
topic four
2)手动增加副本存储(3分区、3副本),创建副本存储计划,所有副本都指定存储在 broker0、broker1、broker2 中
vim increase-replication-factor.json
{"version":1,"partitions":[
{"topic":"four","partition":0,"replicas":[0,1,2]},
{"topic":"four","partition":1,"replicas":[0,1,2]},
{"topic":"four","partition":2,"replicas":[0,1,2]}
]}
3)执行副本存储计划。
$ bin/kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server node102:9092 --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --execute
调整分区副本存储
(1)创建副本存储计划(所有副本都指定存储在 broker0、broker1、broker2 中)。
vim increase-replication-factor.json
{
"version":1,
"partitions":[{"topic":"three","partition":0,"replicas":[0,1]},
{"topic":"three","partition":1,"replicas":[0,1]},
{"topic":"three","partition":2,"replicas":[1,0]},
{"topic":"three","partition":3,"replicas":[1,0]}
]
}
(2)执行副本存储计划。
$ bin/kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server node102:9092 --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --execute
(3)验证副本存储计划
$ bin/kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server node102:9092 --reassignment-json-file increase-replication-factor.json --verify
三、Kafka 生产者调优
生产者如何提高吞吐量
参数名称 | 描述 |
---|---|
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 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 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。 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。 |
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。 |
数据可靠性
参数名称 | 描述 |
---|---|
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 |
至少一次 = 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
数据去重
参数名称 | 描述 |
---|---|
enable.idempotence | 是否开启幂等性,默认 true,表示开启幂等性。 |
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;
数据乱序
参数名称 | 描述 |
---|---|
enable.idempotence | 是否开启幂等性,默认 true,表示开启幂等性。 |
max.in.flight.requests.per.connection | 允许最多没有返回 ack 的次数,默认为 5,开启幂等性 要保证该值是 1-5 的数字。 |
四、Kafka 消费者调优
消费者重要参数🚩
参数 | 描述 |
---|---|
bootstrap.servers | 向 Kafka 集群建立初始连接用到的 host/port 列表。 |
key.deserializer 和 value.deserializer | 指定接收消息的 key 和 value 的反序列化类型。一定要写全类名。 |
group.id | 标记消费者所属的消费者组。 |
enable.auto.commit | 自动提交offset开关,默认值为 true,消费者会自动周期性地向服务器提交偏移量。 |
auto.commit.interval.ms | 消费者偏移量向Kafka提交的频率,默认5s。(如果设置自动提交offset时才生效) |
auto.offset.reset | 当 Kafka 中没有初始偏移量或当前偏移量在服务器中不存在(如,数据被删除了),该如何处理? earliest:自动重置偏移量到最早的偏移量。 latest:默认,自动重置偏移量为最新的偏移量。 none:如果消费组原来的(previous)偏移量 |
offsets.topic.num.partitions | __consumer_offsets 的分区数,默认是 50 个分区。 |
heartbeat.interval.ms | Kafka 消费者和 coordinator 之间的心跳时间,默认 3s。 该条目的值必须小于 session.timeout.ms ,也不应该高于session.timeout.ms 的 1/3。 |
☘️session.timeout.ms | Kafka consumer 和 coordinator 之间连接超时时间,默认 45s。 超过该值,该消费者被移除,消费者组执行再平衡。 |
☘️max.poll.interval.ms | 消费者处理消息的最大时长,默认是 5 分钟。超过该值,该消费者被移除,消费者组执行再平衡。 |
🚩fetch.min.bytes | 消费者获取服务器端一批消息最小的字节数。 默认 1 个字节 |
🚩fetch.max.wait.ms | 默认 500ms。如果没有从服务器端获取到一批数据的最小字节数。该时间到,仍然会返回数据。 |
🚩fetch.max.bytes | 默认 Default: 52428800(50 m)。消费者获取服务器端一批消息最大的字节数。如果服务器端一批次的数据大于该值 (50m)仍然可以拉取回来这批数据,因此,这不是一个绝对最大值。一批次的大小受 message.max.bytes (broker config)or max.message.bytes (topic config)影响。 |
🚩max.poll.records | 一次 poll 拉取数据返回消息的最大条数,默认是 500 条。 |
消费者再平衡
参数名称 | 描述 |
---|---|
heartbeat.interval.ms | Kafka 消费者和 coordinator 之间的心跳时间,默认 3s。 该条目的值必须小于 session.timeout.ms,也不应该高于 session.timeout.ms 的 1/3。 |
session.timeout.ms | Kafka 消费者和 coordinator 之间连接超时时间,默认 45s。 超过该值,该消费者被移除,消费者组执行再平衡。 |
max.poll.interval.ms | 消费者处理消息的最大时长,默认是 5 分钟。超过该值,该消费者被移除,消费者组执行再平衡。 |
partition.assignment.strategy | 消费者分区分配策略 , 默 认 策 略 是 Range + CooperativeSticky。Kafka 可以同时使用多个分区分配策略。 可以选择的策略包括:Range、RoundRobin、Sticky、CooperativeSticky |
指定offset进行消费
public class CustomConsumerByHandSync {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建 kafka 消费者配置类
Properties properties = new Properties();
// 2. 添加配置参数
// 添加连接
properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "localhost:9092");
// 配置序列化 必须
properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG,
"org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG,
"org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
// 配置消费者组
properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG, "test");
// 是否自动提交 offset
properties.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG, false);
//3. 创建 kafka 消费者
KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(properties);
// 2 订阅一个主题
ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
topics.add("first");
kafkaConsumer.subscribe(topics);
//🚩 获取消费者分区信息,并指定offset进行消费
Set<TopicPartition> assignment= new HashSet<>();
while (assignment.size() == 0) {
kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
// 获取消费者分区分配信息(有了分区分配信息才能开始消费)
assignment = kafkaConsumer.assignment();
}
// 遍历所有分区,并指定 offset 从 1700 的位置开始消费
for (TopicPartition tp: assignment) {
kafkaConsumer.seek(tp, 1700);
}
// 消费数据
while (true){
// 读取消息
ConsumerRecords<String, String> consumerRecords = consumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
// 输出消息
for (ConsumerRecord<String, String> consumerRecord : consumerRecords) {
System.out.println(consumerRecord.value());
}
}
}
}
指定时间进行消费
在生产环境中,会遇到最近消费的几个小时数据异常,想重新按照时间消费。例如要求按照时间消费前一天的数据,怎么处理?
public class CustomConsumerByHandSync {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建 kafka 消费者配置类
Properties properties = new Properties();
// 2. 添加配置参数
// 添加连接
properties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "localhost:9092");
// 配置序列化 必须
properties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG,
"org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
properties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG,
"org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
// 配置消费者组
properties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG, "test");
// 是否自动提交 offset
properties.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG, false);
//3. 创建 kafka 消费者
KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(properties);
// 2 订阅一个主题
ArrayList<String> topics = new ArrayList<>();
topics.add("first");
kafkaConsumer.subscribe(topics);
//🚩 获取消费者分区信息,并指定offset进行消费
Set<TopicPartition> assignment= new HashSet<>();
while (assignment.size() == 0) {
kafkaConsumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
// 获取消费者分区分配信息(有了分区分配信息才能开始消费)
assignment = kafkaConsumer.assignment();
}
HashMap<TopicPartition, Long> timestampToSearch = new HashMap<>();
// 封装集合存储,每个分区对应一天前的数据
for (TopicPartition topicPartition : assignment) {
timestampToSearch.put(topicPartition, System.currentTimeMillis() - 1 * 24 * 3600 * 1000);
}
// 获取从 1 天前开始消费的每个分区的 offset
Map<TopicPartition, OffsetAndTimestamp> offsets = kafkaConsumer.offsetsForTimes(timestampToSearch);
// 遍历每个分区,对每个分区设置消费时间。
for (TopicPartition topicPartition : assignment) {
OffsetAndTimestamp offsetAndTimestamp = offsets.get(topicPartition);
// 根据时间指定开始消费的位置
if (offsetAndTimestamp != null){
kafkaConsumer.seek(topicPartition, offsetAndTimestamp.offset());
}
}
// 消费数据
while (true){
// 读取消息
ConsumerRecords<String, String> consumerRecords = consumer.poll(Duration.ofSeconds(1));
// 输出消息
for (ConsumerRecord<String, String> consumerRecord : consumerRecords) {
System.out.println(consumerRecord.value());
}
}
}
}
消费者如何提高吞吐量
增加分区数:
$ bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server node102:9092 --alter --topic first --partitions 3
参数名称 | 描述 |
---|---|
fetch.max.bytes | 默认 Default: 52428800(50 m)。消费者获取服务器端一批 消息最大的字节数。如果服务器端一批次的数据大于该值 (50m)仍然可以拉取回来这批数据,因此,这不是一个绝对最大值。一批次的大小受 message.max.bytes (broker config) or max.message.bytes (topic config)影响。 |
max.poll.records | 一次 poll 拉取数据返回消息的最大条数,默认是 500 条。 |
五、Kafka总体调优
如何提升吞吐量🚩
1)提升生产吞吐量
- buffer.memory:发送消息的缓冲区大小,默认值是 32m,可以增加到 64m。
- batch.size:默认是 16k。如果 batch 设置太小,会导致频繁网络请求,吞吐量下降;如果 batch 太大,会导致一条消息需要等待很久才能被发送出去,增加网络延时
- linger.ms,这个值默认是 0,意思就是消息必须立即被发送。一般设置一个 5~100毫秒。如果 linger.ms 设置的太小,会导致频繁网络请求,吞吐量下降;如果 linger.ms 太长,会导致一条消息需要等待很久才能被发送出去,增加网络延时。
- compression.type:默认是 none,不压缩,但是也可以使用 lz4 压缩,效率还是不错的,压缩之后可以减小数据量,提升吞吐量,但是会加大 producer 端的 CPU 开销。
2)增加分区
3)消费者提高吞吐量
- 调整 fetch.max.bytes 大小,默认是 50m。
- 调整 max.poll.records 大小,默认是 500 条。
4)增加下游消费者处理能力
数据精准一次
1)生产者角度
- acks 设置为-1 (acks=-1)
- 幂等性(enable.idempotence = true) + 事务
2)broker 服务端角度
- 分区副本大于等于 2 (–replication-factor 2)
- ISR 里应答的最小副本数量大于等于 2 (min.insync.replicas = 2)
3)消费者
- 事务 + 手动提交 offset (enable.auto.commit = false)
- 消费者输出的目的地必须支持事务(MySQL、Kafka)
合理设置分区数
(1)创建一个只有 1 个分区的 topic。
(2)测试这个 topic 的 producer 吞吐量和 consumer 吞吐量。
(3)假设他们的值分别是 Tp 和 Tc,单位可以是 MB/s。
(4)然后假设总的目标吞吐量是 Tt,那么分区数 = Tt / min(Tp,Tc)。
例如:producer 吞吐量 = 20m/s;consumer 吞吐量 = 50m/s,期望吞吐量 100m/s;
分区数 = 100 / 20 = 5 分区
分区数一般设置为:3-10 个
分区数不是越多越好,也不是越少越好,需要搭建完集群,进行压测,再灵活调整分区个数。
单条日志大于 1m的问题
参数名称 | 描述 |
---|---|
message.max.bytes | 默认 1m,broker 端接收每个批次消息最大值 |
max.request.size | 默认 1m,生产者发往 broker 每个请求消息最大值。针对 topic级别设置消息体的大小 |
replica.fetch.max.bytes | 默认 1m,副本同步数据,每个批次消息最大值 |
fetch.max.bytes | 默认 Default: 52428800(50 m)。消费者获取服务器端一批 消息最大的字节数。如果服务器端一批次的数据大于该值(50m)仍然可以拉取回来这批数据,因此,这不是一个绝对 最大值。一批次的大小受 message.max.bytes (broker config) or max.message.bytes (topic config)影响 |
集群压力测试
用 Kafka 官方自带的脚本,对 Kafka 进行压测
- 生产者压测:kafka-producer-perf-test.sh
- 消费者压测:kafka-consumer-perf-test.sh
Kafka Producer 压力测试
(1)创建一个 test topic,设置为 3 个分区 3 个副本
$ bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server node102:9092 --create --replication-factor 3 --partitions 3 --topic test
(2)在/opt/module/kafka/bin 目录下面有这两个文件。我们来测试一下
$ bin/kafka-producer-perf-test.sh --topic test --record-size 1024 --num-records 1000000 --throughput 10000 --producer-props bootstrap.servers=node102:9092,node103:9092,node104:9092 batch.size=16384 linger.ms=0
测试参数说明:
- record-size 是一条信息有多大,单位是字节,本次测试设置为 1k。
- num-records 是总共发送多少条信息,本次测试设置为 100 万条。
- throughput 是每秒多少条信息,设成-1,表示不限流,尽可能快的生产数据,可测出生产者最大吞吐量。本次设置为每秒钟 1 万条。
- producer-props 后面可以配置生产者相关参数,batch.size 配置为 16k
调优参数:
更改不同的值进行压测
参数名称 | 描述 |
---|---|
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 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 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。 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。 |
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。 |
Kafka Consumer 压力测试
(1)修改/opt/module/kafka/config/consumer.properties 文件中的一次拉取条数为 500
max.poll.records=500
(2)消费 100 万条日志进行压测
$ bin/kafka-consumer-perf-test.sh --bootstrap-server node102:9092,node103:9092,hadoop104:9092 --topic test --messages 1000000 --consumer.config config/consumer.properties
参数说明:
- –bootstrap-server 指定 Kafka 集群地址
- –topic 指定 topic 的名称
- –messages 总共要消费的消息个数。本次实验 100 万条
调优参数优化:(在consumer.properties中进行修改)
- 修改一次拉取的数量:max.poll.records=2000
- 调整文件中的拉取一批数据大小 100m:fetch.max.bytes=104857600