1. Kafka 生产者

不管是把Kafka作为消息队列、消息总线还是数据存储平台，总是需要一个可以往Kafka写入数据的生产者、一个可以从Kafka读取数据的消费者，或者一个兼具两种角色的应用程序。

Kafka 生产者是指使用 Apache Kafka 消息系统的应用程序，它们负责将消息发送到 Kafka 集群中的一个或多个主题（topic）。生产者可以将消息发送到指定的主题，也可以根据分区策略将消息发送到多个分区中。生产者可以以异步或同步方式发送消息，并且可以配置消息的可靠性和持久性等属性。在 Kafka 中，生产者是消息的源头，它们将消息发送到 Kafka 集群中，供消费者消费。

2. kafaka 命令行操作

① 启动 Zookeeper 集群：

[root@master01 bin]# pwd
/root/ch/soft/zk/zk-01/bin
[root@master01 bin]# ./zkServer.sh start

[root@master01 bin]# pwd
/root/ch/soft/zk/zk-02/bin
[root@master01 bin]# ./zkServer.sh start

[root@master01 bin]# pwd
/root/ch/soft/zk/zk-03/bin
[root@master01 bin]# ./zkServer.sh start

② 启动 kafka 集群：

[root@master01 kafka01]# pwd
/root/ch/soft/kafka/kafka01
[root@master01 kafka01]# bin/kafka-server-start.sh config/server.properties

[root@master01 kafka02]# pwd
/root/ch/soft/kafka/kafka02
[root@master01 kafka02]# bin/kafka-server-start.sh config/server.properties

[root@master01 kafka03]# pwd
/root/ch/soft/kafka/kafka03
[root@master01 kafka03]# bin/kafka-server-start.sh config/server.properties

③ 创建主题 test：

[root@master01 kafka01]#  bin/kafka-topics.sh --zookeeper localhost:2183 --create --partitions 3 --replication-factor 2  --topic test
Created topic test.
[root@master01 kafka01]# bin/kafka-topics.sh --zookeeper localhost:2183 --describe --topic test
Topic:test      PartitionCount:3        ReplicationFactor:2     Configs:
Topic: test     Partition: 0    Leader: 2       Replicas: 2,1   Isr: 2,1
Topic: test     Partition: 1    Leader: 0       Replicas: 0,2   Isr: 0,2
Topic: test     Partition: 2    Leader: 1       Replicas: 1,0   Isr: 1,0

④ 生产者发送消息到主题test：

[root@master01 kafka01]# bin/kafka-console-producer.sh --broker-list 10.65.132.2:9093 --topic test
>hello
>你好，kafka!
>

⑤ 消费者消费主题test的消息：

[root@master01 kafka01]#  bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 10.65.132.2:9093 --topic test --from-beginning
hello
你好，kafka!

3. kafka 生产者发送消息流程

先从创建一个ProducerRecord对象开始，其中需要包含目标主题和要发送的内容。另外，还可以指定键、分区、时间戳或标头。在发送ProducerRecord对象时，生产者需要先把键和值对象序列化成字节数组，这样才能在网络上传输。

接下来，如果没有显式地指定分区，那么数据将被传给分区器。分区器通常会基于ProducerRecord对象的键选择一个分区。选好分区以后，生产者就知道该往哪个主题和分区发送这条消息了。紧接着，该消息会被添加到一个消息批次里，这个批次里的所有消息都将被发送给同一个主题和分区。有一个独立的线程负责把这些消息批次发送给目标broker。

broker在收到这些消息时会返回一个响应。如果消息写入成功，就返回一个RecordMetaData对象，其中包含了主题和分区信息，以及消息在分区中的偏移量。如果消息写入失败，则会返回一个错误。生产者在收到错误之后会尝试重新发送消息，重试几次之后如果还是失败，则会放弃重试，并返回错误信息。

4. Kafka 生产者的创建

要向Kafka写入消息，首先需要创建一个生产者对象，并设置一些属性。Kafka生产者有3个必须设置的属性。

① bootstrap.servers

broker的地址。可以由多个host:port组成，生产者用它们来建立初始的Kafka集群连接。它不需要包含所有的broker地址，因为生产者在建立初始连接之后可以从给定的broker那里找到其他broker的信息。不过还是建议至少提供两个broker地址，因为一旦其中一个停机，则生产者仍然可以连接到集群。

② key.serializer

一个类名，用来序列化消息的键。broker 希望接收到的消息的键和值都是字节数组。生产者可以把任意Java对象作为键和值发送给broker，但它需要知道如何把这些Java对象转换成字节数组。key.serializer 必须被设置为一个实现了 org.apache.kafka.common.serialization.Serializer 接口的类，生产者会用这个类把键序列化成字节数组。Kafka客户端默认提供了ByteArraySerializer、StringSerializer和IntegerSerializer等，如果你只使用常见的几种Java对象类型，就没有必要实现自己的序列化器。

需要注意的是，必须设置key.serializer这个属性，尽管你可能只需要将值发送给Kafka。如果只需要发送值，则可以将Void作为键的类型，然后将这个属性设置为VoidSerializer。

③ value.serializer

一个类名，用来序列化消息的值。与设置key.serializer属性一样，需要将value.serializer设置成可以序列化消息值对象的类。

public class CustomProducer01 {
    public static void main(String[] args) {
        // kafka生产者属性配置
        Properties properties = new Properties();
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,"10.65.132.2:9093");
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        // 创建kafka生产者 
        KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
    }
}  

5. Kafka 生产者发送消息

实例化好生产者对象后，接下来就可以开始发送消息了。KafkaProducer 的 send() 方法用于向 Kafka 集群发送消息。该方法的语法如下：

public interface Producer<K, V> extends Closeable {
    Future<RecordMetadata> send(ProducerRecord<K, V> record);
    Future<RecordMetadata> send(ProducerRecord<K, V> record, Callback callback);
}

其中，ProducerRecord<K, V> 表示要发送的消息记录，K 和 V 分别表示键和值的类型。send() 方法返回一个 Future 对象，表示异步发送消息的结果。

发送消息主要有以下3种方式：

① 发送并忘记

把消息发送给服务器，但并不关心它是否成功送达。大多数情况下，消息可以成功送达，因为Kafka是高可用的，而且生产者有自动尝试重发的机制。但是，如果发生了不可重试的错误或超时，那么消息将会丢失，应用程序将不会收到任何信息或异常。

② 同步发送

一般来说，生产者是异步的——我们调用send()方法发送消息，它会返回一个Future对象。可以调用get()方法等待Future完成，这样就可以在发送下一条消息之前知道当前消息是否发送成功。

③ 异步发送

调用send()方法，并指定一个回调函数，当服务器返回响应时，这个函数会被触发。

1. 发送即忘记

发送即忘记，生产者发送消息后不会等待服务器的响应，直接发送下一条消息。它只管往Kafka中发送消息而并不关心消息是否正确到达。在大多数情况下，这种发送方式没有什么问题，不过在某些时候（比如发生不可重试异常时）会造成消息的丢失。这种发送方式的性能最高，可靠性也最差。

public class CustomProducer01 {
    private static final String brokerList "10.65.132.2:9093";
    private static final String topic = "test";

    public static Properties initConfig(){
        Properties properties = new Properties();
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,brokerList);
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        return properties;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // kafka生产者属性配置
        Properties properties = initConfig();
        // kafka生产者发送消息，默认是异步发送方式
        KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
        ProducerRecord<String, String> producerRecord = new ProducerRecord<>(topic, "你好，kafka!");
        try{
            // 发送消息
            kafkaProducer.send(producerRecord);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 关闭资源
        kafkaProducer.close();
    }
}

cmd命令行窗口开启 kafka 消息者，观察消费者是否接收到消息：

[root@master01 kafka01]#  bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 10.65.132.2:9093 --topic test --from-beginning
你好，kafka!

2. 同步发送

同步发送消息很简单，当Kafka返回错误或重试次数达到上限时，生产者可以捕获到异常。这里需要考虑性能问题。根据Kafka集群繁忙程度的不同，broker可能需要2毫秒或更长的时间来响应请求。如果采用同步发送方式，那么发送线程在这段时间内就只能等待，什么也不做，甚至都不发送其他消息，这将导致糟糕的性能。因此，同步发送方式通常不会被用在生产环境中（但会经常被用在示例代码中）。

send() 方法本身就是异步的，send() 方法返回的Future对象可以使调用方稍后获得发送的结果。在执行send() 方法之后可以调用 get() 方法来阻塞等待Kafka的响应，直到消息发送成功，或者发生异常。如果发生异常，那么就需要捕获异常并交由外层逻辑处理。

Future 接口源码：

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

Future接口是Java中用于表示异步计算结果的接口。它定义了一些方法，用于查询异步计算是否完成、获取计算结果等操作。

• cancel方法用于取消异步计算；
• isCancelled方法用于判断异步计算是否已经被取消；
• isDone方法用于判断异步计算是否已经完成。
• get方法用于获取异步计算的结果，如果计算还没有完成，则该方法会阻塞直到计算完成。如果计算被取消，则该方法会抛出CancellationException异常。如果计算抛出异常，则该方法会抛出ExecutionException异常。
• get(long timeout, TimeUnit unit)方法与get方法类似，但是它会在指定的时间内等待计算完成，如果超时则会抛出TimeoutException异常。

Future 表示一个任务的生命周期，并提供了相应的方法来判断任务是否已经完成或取消，以及获取任务的结果和取消任务等。既然KafkaProducer.send() 方法的返回值是一个Future类型的对象，那么完全可以用Java语言层面的技巧来丰富应用的实现，比如使用Future中的 get（long timeout，TimeUnit unit）方法实现可超时的阻塞。

public class CustomProducer01 {
    private static final String brokerList = "10.65.132.2:9093";
    private static final String topic = "test";

    public static Properties initConfig(){
        Properties properties = new Properties();
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,brokerList);
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        return properties;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // kafka生产者属性配置
        Properties properties = initConfig();
        // kafka生产者发送消息，默认是异步发送方式
        KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
        ProducerRecord<String, String> producerRecord = new ProducerRecord<>(topic, "你好，kafka，同步发送!");
        try{
            // 发送消息
            Future<RecordMetadata> future = kafkaProducer.send(producerRecord);
            // 获取异步计算的结果，如果计算还没有完成，则该方法会阻塞直到计算完成
            RecordMetadata recordMetadata = future.get();
            System.out.println("metadata.topic() = " + recordMetadata.topic());
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 关闭资源
        kafkaProducer.close();
    }
}

[root@master01 kafka01]#  bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 10.65.132.2:9093 --topic test --from-beginning
你好，kafka!
你好，kafka，同步发送!

调用Future.get()方法等待Kafka响应。如果消息没有发送成功，那么这个方法将抛出一个异常。如果没有发生错误，那么我们将得到一个RecordMetadata对象，并能从中获取消息的偏移量和其他元数据。

KafkaProducer一般会出现两种错误。一种是可重试错误，这种错误可以通过重发消息来解决。例如，对于连接错误，只要再次建立连接就可以解决。对于“not leader for partition”（非分区首领）错误，只要重新为分区选举首领就可以解决，此时元数据也会被刷新。可以通过配置启用KafkaProducer的自动重试机制。如果在多次重试后仍无法解决问题，则应用程序会收到重试异常。另一种错误则无法通过重试解决，比如“Message size too large”（消息太大）。对于这种错误，KafkaProducer不会进行任何重试，而会立即抛出异常。

3. 异步发送

假设一条消息在应用程序和Kafka集群之间往返需要10毫秒。如果在发送完每条消息后都需要等待响应，那么发送100条消息将需要1秒。如果只发送消息但不需要等待响应，那么发送100条消息所需要的时间就会少很多。大多数时候，并不需要等待响应——尽管Kafka会把消息的目标主题、分区信息和偏移量返回给客户端，但对客户端应用程序来说可能不是必需的。不过，当消息发送失败，需要抛出异常、记录错误日志或者把消息写入“错误消息”文件以便日后分析诊断时，就需要用到这些信息了。为了能够在异步发送消息时处理异常情况，生产者提供了回调机制。

生产者发送消息后不会等待服务器的响应，而是通过回调函数来处理服务器的响应。回调函数会在 producer 收到 ack 时调用，该方法有两个参数，分别是元数据信息（RecordMetadata）和异常信息（Exception），如果 Exception 为 null，说明消息发送成功，如果 Exception 不为 null，说明消息发送失败。

注意：消息发送失败会自动重试，不需要我们在回调函数中手动重试。

public class CustomProducer01 {
    private static final String brokerList = "10.65.132.2:9093";
    private static final String topic = "test";

    public static Properties initConfig(){
        Properties properties = new Properties();
        properties.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,brokerList);
        properties.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        properties.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class.getName());
        return properties;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // kafka生产者属性配置
        Properties properties = initConfig();
        // kafka生产者发送消息，默认是异步发送方式
        KafkaProducer<String, String> kafkaProducer = new KafkaProducer<String, String>(properties);
        ProducerRecord<String, String> producerRecord = new ProducerRecord<>(topic, "你好，kafka，异步发送带返回值!");
        try{
            // 发送消息
            kafkaProducer.send(producerRecord, new Callback() {
                @Override
                public void onCompletion(RecordMetadata recordMetadata, Exception e) {
                    // 说明消息发送成功
                    if(e==null){
                        System.out.println("metadata.topic() = " + recordMetadata.topic());
                        System.out.println("metadata.partition() = " + recordMetadata.partition());
                    }
                }
            });
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        // 关闭资源
        kafkaProducer.close();
    }
}

[root@master01 kafka01]#  bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 10.65.132.2:9093 --topic test --from-beginning
你好，kafka!
你好，kafka，同步发送!
你好，kafka，异步发送带回调函数!

Kafka生产者异步发送消息时，可以通过指定回调函数来处理发送结果。当消息发送完成后，回调函数会被调用，以通知应用程序消息发送的结果。具体来说，当生产者成功发送消息时，回调函数会被传递一个RecordMetadata对象，该对象包含了发送消息的相关信息，如消息所在的分区、消息在分区中的偏移量等。如果发送消息失败，则回调函数会被传递一个非空的Exception对象，以指示发送失败的原因。

注意：回调的执行将在生产者主线程中进行，如果有两条消息被发送给同一个分区，则这可以保证它们的回调是按照发送的顺序执行的。这就要求回调的执行要快，避免生产者出现延迟或影响其他消息的发送。不建议在回调中执行阻塞操作，阻塞操作应该被放在其他线程中执行。

6. Kafka 消息对象 ProducerRecord

① ProducerRecord 成员变量：

public class ProducerRecord<K, V> {
    // 消息要发送到的主题
    private final String topic;
    // 消息要发送到的分区号，如果为null，则由Kafka自动选择分区
    private final Integer partition;
    // 消息的键
    private final K key;
    // 消息的值
    private final V value;
    // 消息的时间戳，如果为null，则使用当前时间戳
    private final Long timestamp;
    // 消息的头部信息
    private final Headers headers;
    
    // .....
}

• topic和partition字段分别代表消息要发往的主题和分区号。
• key是用来指定消息的键，它不仅是消息的附加信息，还可以用来计算分区号进而可以让消息发往特定的分区。前面提及消息以主题为单位进行归类，而这个key可以让消息再进行二次归类，同一个key的消息会被划分到同一个分区中。
• value是指消息体，一般不为空，如果为空则表示特定的消息。
• timestamp是指消息的时间戳，它有CreateTime和LogAppendTime两种类型，前者表示消息创建的时间，后者表示消息追加到日志文件的时间。

② ProducerRecord 构造函数：

public class ProducerRecord<K, V> {

    private final String topic;
    private final Integer partition;
    private final Headers headers;
    private final K key;
    private final V value;
    private final Long timestamp;

    public ProducerRecord(String topic, Integer partition, Long timestamp, K key, V value, Iterable<Header> headers) {
        if (topic == null)
            throw new IllegalArgumentException("Topic cannot be null.");
        if (timestamp != null && timestamp < 0)
            throw new IllegalArgumentException(
                    String.format("Invalid timestamp: %d. Timestamp should always be non-negative or null.", timestamp));
        if (partition != null && partition < 0)
            throw new IllegalArgumentException(
                    String.format("Invalid partition: %d. Partition number should always be non-negative or null.", partition));
        this.topic = topic;
        this.partition = partition;
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.timestamp = timestamp;
        this.headers = new RecordHeaders(headers);
    }

    public ProducerRecord(String topic, Integer partition, Long timestamp, K key, V value) {
        this(topic, partition, timestamp, key, value, null);
    }

    public ProducerRecord(String topic, Integer partition, K key, V value, Iterable<Header> headers) {
        this(topic, partition, null, key, value, headers);
    }

    public ProducerRecord(String topic, Integer partition, K key, V value) {
        this(topic, partition, null, key, value, null);
    }

    public ProducerRecord(String topic, K key, V value) {
        this(topic, null, null, key, value, null);
    }

    public ProducerRecord(String topic, V value) {
        this(topic, null, null, null, value, null);
    }
}