Pulsar官方文档学习笔记——消息机制

news2024/11/28 8:50:36

pulsar

基于3.x最新官方文档学习记录

概念与架构

典型的推送订阅模式。生产者发送消息，消费者订阅topic消费信息并回应ACK。订阅创建后，Pulsar会保留所有消息。仅消息被所有订阅 成功消费了才会丢弃（可以配置消息保留机制保留一定量） 而且还可以重新给broker投递重新消费

消息

消息是pulsar传递的基本单元。有如下元素组成

组成成分描述
value/data payload消息携带的数据
key消息的键或分区键。消息可以用键标记，对于topic压缩有用
properties消息属性。key-value对的map组成
producer name生产者名
topic nametopic名称
schema version生产消息所用的schema版本
sequence ID每个消息在自己的topic里都有一个有序的序列id，由生产者赋值。ID可以用于去重。如果brokerDeduplicationEnabled设置为true。那么每个消息的sequencee id在主题里是唯一的
message idbookies赋值的，持久化的消息id。在pulsar集群中是唯一的
publish time消息发布时间戳，生产者自动赋值的
event time一个应用程序附加到消息的可选时间戳信息。（业务一半也很少用，自己在消息里用一个字段就完了）

消息有默认大小5MB。可以通过配置修改

  • In the broker.conf file.

    # The max size of a message (in bytes).
maxMessageSize=5242880

  • In the bookkeeper.conf file.

    # The max size of the netty frame (in bytes). Any messages received larger than this value are rejected. The default value is 5 MB.
nettyMaxFrameSizeBytes=5253120
响应

当应用消费并处理完消息后应该回复一个ack代表改消息消费成功。消息会在所有订阅消费完后删除。当然可以配置消息保留策略保留一定量的消息。对于批量的信息，也可以批量ACK

ack方式
  • 单独确认

​ 仅确认选择的消息

consumer.acknowledge(msg);

  • 累计确认

    确认后，该消息之前的消息不会再消费到。但是注意 这个不能用再shared和key_shared 订阅类型。因为这种订阅类型下有多个消费者

consumer.acknowledgeCumulative(msg);
NACK

NACK机制，消费者可以通知broker自己没有处理该消息，需要重新消费。broker会将该消息重新投递给consumer消费

  • 在独占和故障转移订阅下，只能nack最近一条消息
  • 在share和key_shared下可以选择nack某一条消息

对有序订阅类型的订阅（独占，key_shared） nack会导致乱序

可以设置重新投递次数以及投递延迟

例如配置延时在1s~60s

Consumer<byte[]> consumer = pulsarClient.newConsumer()
        .topic(topic)
        .subscriptionName("sub-negative-ack")
        .subscriptionInitialPosition(SubscriptionInitialPosition.Earliest)
        .negativeAckRedeliveryBackoff(MultiplierRedeliveryBackoff.builder()
            .minDelayMs(1000)
            .maxDelayMs(60 * 1000)
            .multiplier(2) // 重试延迟乘数
            .build())
        .subscribe();

消息重新投递和投递延迟如下

Redelivery countRedelivery delay
11 seconds
22 seconds
34 seconds
48 seconds
516 seconds
632 seconds
760 seconds
860 seconds

如果启用了批处理，那么一批数据都会重新投递

ack timeout

默认关闭。超时机制，设置客户端跟踪 消费的时间，如果超过时间限制，会给broker回nack触发重新 投递

可以配合重新投递的设置使用

consumer.ackTimeout(10, TimeUnit.SECOND)
        .ackTimeoutRedeliveryBackoff(MultiplierRedeliveryBackoff.builder()
            .minDelayMs(1000)
            .maxDelayMs(60 * 1000)
            .multiplier(2)
            .build());

The message redelivery behavior should be as follows.

Redelivery countRedelivery delay
110 + 1 seconds
210 + 2 seconds
310 + 4 seconds
410 + 8 seconds
510 + 16 seconds
610 + 32 seconds
710 + 60 seconds
810 + 60 seconds

注意：

  • 如果启用批处理，那么一批数据都会重新投递

  • 自己单独NACK比超时NACK更可取。超时值不好设置，容易重复消费不需要的消息

Retry letter topic

重试队列 用来存储消费失败的消息，并且稍后重试消费。用户可以自定义重试延迟时间。重试队列重试次数超过阈值后，消息就回到死信队列了。

在这里插入图片描述

重试队列消息有一些特殊proerties

REAL_TOPIC = persistent://public/default/my-topic # 源topic
ORIGIN_MESSAGE_ID = 1:0:-1:0 # 原始Message ID
RECONSUMETIMES = 6 # 重试次数
DELAY_TIME = 3000 # 重试间隔

重试队列与延迟投递目的是不一样的，重试队列主要是为了处理失败的消息。延迟投递则是想要在指定时间消费消息

重试队列默认名字<subscriptionname>-RETRY,官方不推荐用。因为如果同一命名空间下的topicx消费有多相同订阅名，那么不同topic他的重试队列名字会是一样的。会导致互相消费

重试队列操作

Map<String, String> customProperties = new HashMap<String, String>();
customProperties.put("custom-key-1", "custom-value-1");
customProperties.put("custom-key-2", "custom-value-2");
consumer.reconsumeLater(msg, customProperties, 3, TimeUnit.SECONDS);

比起nack。重试队列更适合大量重新消费的场景 。重试丢列的消费会持久化到bookie，而nack只会缓存到客户端

dead letter topic

死信队列里一般存储了消费失败的消息。客户可以自定义如何处理这些失败的消息。例如存储到ES里供后面查询，指标监控等

Consumer<byte[]> consumer = pulsarClient.newConsumer(Schema.BYTES)
                .topic("my-topic")
                .subscriptionName("my-subscription")
                .subscriptionType(SubscriptionType.Shared)
                .deadLetterPolicy(DeadLetterPolicy.builder()
                      .maxRedeliverCount(maxRedeliveryCount)
                      .deadLetterTopic("my-dead-letter-topic-name")
                      .build())
                .subscribe();

死信队列默认格式为<subscriptionname>-DLQ与重试队列一样，建议是自定义topic名字

压缩

pulsar支持消息压缩。lz4 zlib zstd snappy都行。比较推荐启用

batching

批处理开启后，生产者会累计发送 。此时backlog siez 代表该批次总数而不是消息总数。批次也会作为一个单元进行存储。

在这里插入图片描述

一般来说，该批次所有消息被确认成功则该批次 确认成功，否则认为失败进行重新投。但pulsar 2.6后就有批量确认。可以将当前索引之前的消息 都Ack了。

chunking

分块，Pulsar可以通过分块来处理大消息。当消息分块启用（对持久化topic才生效），当消息超过指定大小 maxMessageSize消息将会被如下处理。消息结尾默认为OFF

  • 将源消息拆分，并将他们与分块元数据（chunked metadata）按顺序发送
  • broker会将分块的消息存储在一个ledgere中。并用chunkedMessageRate参数来记录该主题分块消息速率。
  • 消费者会缓存所有消息的分块并聚合到接收队列中
  • 从接受队列消费消息

注意：

分块和批处理不能同时开启

消费示例

单个消费者消费连续 分块的消息

在这里插入图片描述

单个消费者消费乱序分块的消息

在这里插入图片描述

Topic

pulsar主题是将数据组织成流的单元。名称为一个特定结构的url

{persistent|non-persistent}://tenant/namespace/topic
Topic name componentDescription
persistent / non-persistent标识主题类型，pulsar支持两种主题，持久化的和非持久化的。默认是持久化的
tenant租户名，pulsar多租户概念
namespace命名空间，每个租户都有多个命名空间
topictopic名字，没什么别的含义

pulsar客户端如果生产或消费一个不存在的topic。pulsar会尝试建立。 但一般不推荐，Pulsar会变得不好维护。最好是部署脚本啥的提前键好，方便统计维护topic

namespace

命名空间是租户下对topic的逻辑分组

Subscriptions

订阅名。每个消费者去订阅topic的时候都需要有个订阅名（如果没有puslar也会默认创建一个）

订阅类型

  • 独占exclusive

    默认的消费方式。消费者独占该订阅名的消费

  • 共享shared

    多个消费者可以使用一个订阅名消费该topic。适合需要动态扩容的消费业务

  • 灾备failover

    主消费者断开后，消息的消费会交给队列中下一个消费者。对于分区的topic。新消费者可能会消费乱序

    对于分区的topic.broker会按照优先级和消费者name字典序进行排序。代理尝试将分区平均分给具有最高优先级的消费者。

    如果分区数小于消费者数，有如下情况。例如2个分区四个消费者。那么每个分区都会有一个激活的消费者消费和三个待消费的消费者

    在这里插入图片描述

    如果分区数大于消费者数。例如九个分区三个消费者。如下图，A负责P0 P3 P6 那么BC就是P0 P3 P6 候选消费的消费者。其余同理

    在这里插入图片描述

    对于未分区的topic。

    topic比消费者少

    在这里插入图片描述

    topic比消费者多。例如 A消费 topic1和topic4 那么B就是topic1和topic4的候选

  • key共享key_shared在这里插入图片描述

​ 几个消费者共享消费，但是根据哈希key（可以自己指定，有几种）分流。相同key或ordering key只会 投递给同一个消费者无论如何重新投递。那么当有新消费者加入时，pulsar会记录当前已经读取的消息位置，只有当该位置前的消息都被ack了，才会给新消费者投递消息。那万一其他消费者卡住了怎么办，可以开启allowOutOfOrderDelivery放松下条件，只会有短暂的不符合key_shared的消费情况

​ key_shared 形势下得批处理。如果启用key_shared，要么关闭批处理，要么shengchanzhe 需要启用 key-based batching .起始就是给批次打key。给单条消息打key没啥用，默认得处理方法可能没办法将相同Key的数据打包到相同批次。而消费者消费时，会将第一条数据的key当作该批数据的key从而导致上下文错误

大致消费形式总结如下

在这里插入图片描述

订阅模式

按游标是否是持久型来划分

Subscription modeDescriptionNote
Durable持久型游标，订阅重启，broker重启后会从最近消费的消息消费默认的订阅模式
NonDurable非持久型游标，broker重启后游标会丢失读者的订阅模式本质上是非持久的，因为他无法阻止topic数据的删除

多topic订阅

  • 正则形式 persistent://public/default/finance-.*
  • 列表形式

topic分区

单分区的topic只会被一个broker持有，这限制了该topic的吞吐量。 分区可以将topic分布给多个broker。从而提高吞吐量

在这里插入图片描述

topic分区会均匀分布在集群broker上。分区topic（只能由admin api创建。分区数需要在创建topic时指定）和普通topic工作方式没啥区别。

路由方式

当推送消息给分区的topic时，必须指定路由模式，这决定了该消息推给哪个分区

当前有三种消息路由方式

ModeDescription
RoundRobinPartition如果没有提供key，那么生产者以轮询 的方式在分区上发布消息。但这个轮询不是指针对单个消息。而是设置成一个相同 的批处理延迟边界，一批一批的发给不同分区，确保批处理有效。如果消息有key，那么就会按key散列给不同分区
SinglePartition如果消息没key，那么就随机一个分区发送。如果指定key，那么就会散列到特定分区
CustomPartition自定义路由分区，通过重写客户端接口实现（java的话是MessageRouter）
顺序保证

消息的顺序和路由方式以及msg的key有关，通常情况下，用户希望每个分区保持顺序

如果msg有key，那么 在使用RoundRobin和single模式时候，消息 都会根据哈希（JavaStringHash, murmur3_32Hash,推荐是用后者）路由到特定分区

消息顺序

rdering guaranteeDescriptionRouting Mode and Key
Per-key-partition所有 相同key的消息 会在一个分区按顺序排列使用RoundRobin和single模式并提供key
Per-producer从同一个生产者出来的消息会按序排列需要使用single模式并且消息不附加key

非持久topic

默认情况下，Pulsar会持久化所有没ack的消息。消息 会交给BookKeeper bookies存储。 但pulsar也提供非持久化的 topic。一旦broker挂了或者订阅挂了，期间的消息都找不回来

格式

*non-persistent*://tenant/namespace/topic

非持久化topic一系列行为都只基于内存。非持久化的topic也不会持久化到zk，意味着该元数据zk是不知道的。如果对应broker挂了，非持久化的topic不会分给新的broker。解决方案是将allowAUtoTopicCreation设置为true，allowAutoTOpicCreationTYpe设置为non-partitioned

性能

因为持久化topic需要存磁盘，存状态等操作，总之会比非持久化的topic性能差一些

client api
PulsarClient client = PulsarClient.builder()
        .serviceUrl("pulsar://localhost:6650")
        .build();
String npTopic = "non-persistent://public/default/my-topic";
String subscriptionName = "my-subscription-name";

Consumer<byte[]> consumer = client.newConsumer()
        .topic(npTopic)
        .subscriptionName(subscriptionName)
        .subscribe();

system topic

system topic 主要用于实现某些功能并消除对第三方组件的依赖。例如心跳检测，事务，主题策略，资源组服务等。以心跳检测为例子 ，系统主题进行健康检查 ，可以让生产者，消费者生产/读取heartberat ns下的消息来探测服务是否存活

NamespaceTopicNameDomainCountUsage
pulsar/systemtransaction_coordinator_assign_${id}PersistentDefault 16事务协调
pulsar/system__transaction_log_${tc_id}PersistentDefault 16事务日志
pulsar/systemresource-usageNon-persistentDefault 4资源组服务
host/portheartbeatPersistent1心跳检测
User-defined-ns__change_eventsPersistentDefault 4topic相关事件
User-defined-ns__transaction_buffer_snapshotPersistentOne per namespace事务缓存快照
User-defined-ns${topicName}__transaction_pending_ackPersistent每个订阅有事务的都会有一个事务ack管理

消息重新投递

看前面ack、nack、ack timeout 和重试队列

消息保留和过期

默认情况情况下会立即删除消费者已确认过的消息，并将未确认的消息持久化在消息积压中。不过puslar可以设置更改这种行为。pulsar中的消息保留有两种定义，一种用于非积压消息的持久化。一种用于积压的消息

在puslar中 ，可以设置两种 方式进行消息保留（命名空间级）

  • 进行消息的持久化存储，可以存储 已经ack的消息（针对已ack数据，保留X小时Y大小的数据）
  • 设置消息TTL，过期数据丢弃（针对未ack的数据，ACK）
消息保留策略

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

看这两张图就知道了 。深蓝色是还在保留范围内的数据。浅蓝是不在保留范围内的数据，可以删除的 。白色是 未ack积压的数据

开启消息保留 的时候，必须设置默认的大小限制（defaultRetentionSizeInMB）和时间限制（defaultRetentionTimeInMinutes)

Time limitSize limitMessage retention
-1-1无限制 保留
-1>0在范围内保留
>0-1在范围内保留
00不开启消息保留（默认 ）
0>0Invalid
>00Invalid
>0>0超过一个就丢

当然也可以手动设置 topic下消息的保留期限和大小

int retentionTime = 10; // 10 minutes
int retentionSize = 500; // 500 megabytes
RetentionPolicies policies = new RetentionPolicies(retentionTime, retentionSize);
admin.namespaces().setRetention(namespace, policies);
积压配额

backlogs是用来存未ACK数据的。pulsar默认会存储所有 未ACK数据。你也可以控制存储数据的大小和时间。pulsar用配额来限制backlog

在这里插入图片描述

该图展示了pulsar如何限制backlog的数据。超过backlog配额的会启用一定消息保留策略。策略如下

PolicyAction
producer_request_hold超出配额时生产者会保留消息重试直到超出客户端配置的sendTimeoutMs
producer_exception发消息时抛异常，告知已经超出配额
consumer_backlog_eviction超出配额时broker开始丢弃积压数据

设置积压配额

admin.namespaces().setBacklogQuota(namespace, BacklogQuota.builder()
        .retentionPolicy(RetentionPolicy.producer_request_hold)
        .limitSize(2147483648L)
        .limitTime(60 * 60)
        .build());
TTL

默认情况下，puslar会持久化所有未ack的数据。但可以设置TTL来决定什么时候丢弃未ack的数据

pulsar-admin namespaces set-message-ttl my-tenant/my-ns \
--messageTTL 120 # TTL of 2 minutes

admin.namespaces().setNamespaceMessageTTL(namespace, ttlInSeconds);

消息去重

当消息被持久化多次时会进行去重。确保消息在磁盘只存一次，即使该消息被生产者重复发送。

在这里插入图片描述

前两个图是没开启去重，后两个图是开启去重。消息去重有broker层级，ns层级和topic层级

该功能默认是关闭的。如果启用，建议生产者无限尝试发送消息。将sendTImeout配置为0

生产者幂等性

该方式也是消息去重的一种。意味着每条消息仅生成一次。缺点是会将重复数据删除的工作推到应用程序。

重复数据删除和effectively-once语义

消息 重复数据删除使pulsar成为理想的消息传递系统，可以与流处理引擎和其他要提供一次有效处理语义的系统结合使用

消息延迟传递

消息延迟传递可以让消费者延迟一定时间 再消费到消息 。在这个机制中 ，消息存在bookkeeper中，消息发到broker后，DelayedDeliveryTracker在内存中维护时间索引。（timemessageId） 一旦指定延迟结束，消息就会传递给消费者（只能在shared可key-shared订阅使用）。该机制默认启用

注意：

  • 在消息保留机制下，pulsar会 删除 topic前面的ledger（可以理解为一个存储单元）, 但不会删除中间的ledgere。意味着如果你发了一条延迟很长的消息。即使该消息后面的消息都被消费了（到期被消费）。由于这条消息卡在中间，那么后面的消息对应的ledger都不会被删除
  • 在启用积压配额的机制下，如果超过配额依旧会触发对应的消息保留策略
  • 在启用TTL机制下，消息到期时，即使是延迟消息也会被删除

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