Kafka架构最全详解

   

Kafka，作为关键消息中间件，广泛应用于大型架构与顶尖企业。本篇深入解析Kafka架构，掌握其核心技术要点。

Kafka

Apache Kafka 是一个分布式发布-订阅消息系统，由LinkedIn开创的分布式发布-订阅消息系统，于2010年贡献给Apache基金会，迅速成为顶级开源项目，引领消息处理新潮流。

Kafka应用场景有：日志收集系统和消息系统。

Kafka架构

Kafka架构，由多个组件组成，如下图所示：

主要会包含：Topic、生产者、消费者、消费组等组件。

服务代理（Broker）

如下图所示：

Topic（主题）

每个Topic可以被分成多个分区，每个分区在不同的Broker节点上进行存储。

Topic主题的数据以一系列有序的消息进行组织。

生产者（Producer）

可以选择将消息发送到特定分区，或让Kafka自动选择分区。

如下图所示：

生产者负责将消息进行缓冲和批量发送，以提高性能和吞吐量。

消费者（Consumer）

Consumer是Kafka的客户端，订阅并接收一个或多个主题的消息，直接从对应分区拉取数据，实现高效消息处理。

如下图所示：

消费者可按消费组形式组织，组内成员共享消费主题消息，有效实现负载均衡与容错机制，确保系统高效稳定运行。

Consumer Group（消费组）

如果消费者组中的消费者数量多于主题分区的数量，那么一些消费者将处于空闲状态。

ZooKeeper

ZooKeeper是Kafka使用的协调服务，用于管理和协调整个Kafka集群。

它负责维护Broker的元数据、主题的配置信息和消费者组的状态信息。

如下图所示：

ZooKeeper还用于进行Leader选举、分区分配和故障恢复等操作。

 总结：

1. 主题（Topic）：消息以流的形式存储在主题中，主题是消息的分类名。
2. 生产者（Producer）：生产者是能够发布消息到主题的任何对象。生产者将数据发送到 Broker 代理。
3. 服务代理（Broker）：已发布的消息保存在一组服务器中，这些服务器被称为代理（Broker）或 Kafka 集群。
4. 消费者（Consumer）：消费者可以订阅一个或多个主题，并从 Broker 拉取数据，从而消费这些已发布的消息。
5. Zookeeper：Kafka 使用 Zookeeper 作为其分布式协调框架，用于保证系统的可用性，保存一些元信息，并实现负载均衡。
6. Consumer Group：组内多个的 Consumer 可以共用一个 Consumer Id，组内所有的 Consumer 只能注册到一个分区上去消费，一个 Consumer Group 只能到一个 Topic 上去消费。
7. 位移主题：位移主题的主要作用是保存 Kafka 消费者的位移信息。在 Kafka 新版本中，Consumer 的位移信息 offset 会作为普通消息提交到位移主题（_consumer_offsets）中。
8. 顺序写入和批量处理：Kafka 采用顺序写入和批量处理技术，使用消息累加器将多个消息批量发送，既节省带宽又提高了发送速度。
9. 消息压缩：Kafka 支持消息压缩，支持 gzip、snappy、lz4 格式，可以通过 `compression.type` 配置。
10. 页缓存和零拷贝技术：Kafka 在消息发送后，并没有等到消息写入磁盘后才返回，而是到 page cache 中就返回。同时，Kafka 使用零拷贝技术，提高了数据传输效率。
Kafka 的特性包括高吞吐量、低延迟、可扩展性、持久性、可靠性、容错性和高并发。Kafka 可以处理每秒几十万条消息，并且延迟可以低至几毫秒。它支持消息的持久化存储到本地磁盘，并允许数据备份以防止数据丢失。此外，Kafka 集群支持热扩展，可以灵活地应对不同的负载需求。

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