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Apache Kafka® 是一个分布式流处理平台，具备以下三大核心功能：

1. 记录流的发布和订阅，类似于消息队列或企业消息系统。
2. 以容错和持久化的方式存储记录流。
3. 实时处理记录流。

Kafka 通常用于两类场景：

1. 构建实时数据管道，可靠地在系统或应用之间传输数据。
2. 构建实时流处理应用程序，对数据流进行转换或响应。

核心概念

Kafka 以集群形式运行在一个或多个服务器上，并支持跨数据中心部署。集群中，记录流被存储在“主题”（topics）中，每条记录包含一个键（key）、值（value）和时间戳（timestamp）。Kafka 提供四个核心 API：

1. Producer API：允许应用将记录流发布到一个或多个主题。
2. Consumer API：允许应用订阅一个或多个主题并处理记录流。
3. Streams API：支持应用作为流处理器，消费多个主题的输入流并生成输出流。
4. Connector API：用于构建生产者或消费者，将 Kafka 主题连接到外部系统，如关系数据库的每次变更。

Kafka 采用简单、高性能且与语言无关的 TCP 协议，支持向后兼容。除了 Java 客户端，Kafka 还支持多种语言客户端。

主题和日志

Kafka 的核心抽象是“主题”，即记录流的类别。一个主题可以被多个消费者订阅，并在集群中维护为分区日志。每个分区是一个有序且不可变的记录序列，且每条记录有唯一的偏移量标识。Kafka 集群持久保存所有已发布的记录，并根据配置的保留策略管理日志。

分布与容错

Kafka 将日志的分区分布到集群的多个服务器上，每个分区可复制到多个服务器，以实现容错。每个分区有一个“主节点”负责处理读写请求，当主节点故障时，从节点接管。

地理复制

Kafka 的 MirrorMaker 支持跨数据中心或云区域的地理复制，可用于数据备份或本地化需求。

生产者与消费者

生产者向指定的主题发布数据，并决定将记录分配到哪个分区。消费者通过消费者组名标记自己，主题的每条记录会发送给消费者组中的一个实例。

多租户与资源控制

Kafka 支持多租户，通过配置来控制哪些主题可以产生或消费数据。管理员还可以设置请求配额，以控制客户端的资源使用。

保证

Kafka 提供以下重要的保证：

1. 生产者发送到特定主题分区的消息将按顺序追加到日志中。
2. 消费者实例按日志中的存储顺序接收记录。
3. 对于复制因子为 N 的主题，Kafka 可在最多 N-1 个服务器故障时不丢失已提交的记录。

Kafka 的多功能性

Kafka 同时具备队列和发布-订阅模式的功能。每个主题既支持负载均衡的处理，也支持多订阅者的扩展。Kafka 的消费者组概念实现了队列和发布-订阅模式的结合，使其既能进行并行处理，又能保持记录顺序。

Kafka 作为存储系统

Kafka 的数据持久性由磁盘存储和复制保证，能高效处理从 50KB 到 50TB 的数据。Kafka 不仅充当传输中的消息存储系统，还能以高性能、低延迟存储日志，提供类似分布式文件系统的功能。

Kafka 作为流处理平台

Kafka 的流处理器能够从输入主题中连续读取数据，进行处理并输出到目标主题。Kafka 提供的 Streams API 支持构建复杂的流处理应用，能够处理乱序数据、执行状态计算等复杂任务。

使用场景

Kafka 具有广泛的应用场景，包括：

1. 消息传递：替代传统消息代理系统，具备高吞吐量、分区、复制和容错功能，适合大规模消息处理。
2. 网站活动跟踪：用于构建用户活动跟踪管道，将数据实时发布到中心主题，供后续处理或分析。
3. 度量指标：汇聚分布式应用的运行数据，提供集中的操作数据流。
4. 日志聚合：抽象服务器日志数据为消息流，支持低延迟处理和多源数据聚合。
5. 流处理：用于流水线中的多阶段数据处理，将原始数据转化为后续使用的新数据。
6. 事件溯源：记录系统状态变化，为事件驱动应用设计提供支持。
7. 提交日志：用作分布式系统的外部提交日志，帮助节点之间的数据复制。