1.分区策略
- 1 )分区的 原因
- (1) 方便在集群中扩展,每个 Partition可以通过调整以适应它所在的机器,而一个 topic又可以有多个 Partition 组成,因此整个集群就可以适应任意大小的数据了;
- (2) 可以提高并发,因为可以以 Partition 为单位读写了。
- 2 ) 分区的原则
- 我们需要将 producer 发送的数据封装成一个 ProducerRecord 对象。
- (1)指明 partition 的情况下,直接将指明的值直接作为 partiton 值;
- (2)没有指明 partition 值但有 key 的情况下,将 key 的 hash 值与 topic 的 partition数进行取余得到 partition 值;
- (3)既没有 partition 值又没有 key值的情况下,第一次调用时随机生成一个整数(后面每次调用在这个整数上自增),将这个值与 topic 可用的 partition 总数取余得到 partition值,也就是常说的 round-robin 算法。
- 我们需要将 producer 发送的数据封装成一个 ProducerRecord 对象。
2.数据可靠性保证
为保证 producer 发送的数据,能可靠的发送到指定的 topic,topic 的每个 partition 收到producer 发送的数据后,都需要向 producer 发送 ack(acknowledgement 确认收到),如果producer 收到 ack,就会进行下一轮的发送,否则重新发送数据
1 )副本数据同步策略
方案 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|
半数以上完成同步,就发送 ack | 延迟低 | 选举新的 leader 时,容忍 n 台节点的故障,需要 2n+1 个副本 |
全部完成同步,才发送ack | 选举新的 leader 时,容忍 n 台节点的故障,需要 n+1 个副本 | 延迟高 |
Kafka 选择了第二种方案,原因如下:
- 1.同样为了容忍 n 台节点的故障,第一种方案需要 2n+1个副本,而第二种方案只需要 n+1个副本,而 Kafka 的每个分区都有大量的数据,第一种方案会造成大量数据的冗余。
- 2.虽然第二种方案的网络延迟会比较高,但网络延迟对 Kafka 的影响较小。
2 )ISR
- 采用第二种方案之后,设想以下情景:leader 收到数据,所有 follower 都开始同步数据,但有一个 follower,因为某种故障,迟迟不能与 leader 进行同步,那 leader 就要一直等下去,直到它完成同步,才能发送 ack。这个问题怎么解决呢?
- Leader 维护了一个动态的 in-sync replica set (ISR),意为和 leader 保持同步的 follower 集合。当 ISR 中的 follower 完成数据的同步之后,leader 就会给 follower 发送 ack。如果 follower长 时 间 未 向 leader 同 步 数 据 , 则 该 follower 将 被 踢 出 ISR , 该 时 间 阈 值由 replica.lag.time.max.ms 参数设定。Leader 发生故障之后,就会从 ISR 中选举新的 leader。
3 )ack
- 对于某些不太重要的数据,对数据的可靠性要求不是很高,能够容忍数据的少量丢失,所以没必要等 ISR 中的 follower 全部接收成功。
- 所以 Kafka 为用户提供了三种可靠性级别,用户根据对可靠性和延迟的要求进行权衡,选择以下的配置。
acks参数配置:
- 0:producer 不等待 broker 的 ack,这一操作提供了一个最低的延迟,broker 一接收到还没有写入磁盘就已经返回,当 broker 故障时有可能 丢失数据;
- 1:producer 等待 broker 的 ack,partition 的 leader 落盘成功后返回 ack,如果在 follower同步成功之前 leader 故障,那么将会 丢失数据;
- -1(all):producer 等待 broker 的 ack,partition 的 leader 和 follower 全部落盘成功后才返回 ack。但是如果在 follower 同步完成后,broker 发送 ack 之前,leader 发生故障,那么会造成 数据重复。
4 )故障后选leader确保数据一致性问题
LEO :指的是每个副本最大的 offset ;
HW :指的是消费者能见到的最大的 offset ,ISR 队列中最小的 LEO 。
(1 )follower 故障
follower 发生故障后会被临时踢出 ISR,待该 follower 恢复后,follower 会读取本地磁盘记录的上次的 HW,并将 log 文件高于 HW 的部分截取掉,从 HW 开始向 leader 进行同步。等该 follower 的 LEO 大于等于该 Partition 的 的 HW,即 follower 追上 leader 之后,就可以重新加入 ISR 了。
(2 )leader 故障
leader 发生故障之后,会从 ISR 中选出一个新的leader,之后,为保证多个副本之间的数据一致性,其余的 follower 会先将各自的 log 文件高于 HW 的部分截掉,然后从新的 leader 同步数据。
注意:这只能保证副本之间的数据一致性,并不能保证数据不丢失或者不重复。
3. Exactly Once 语义
- 将服务器的 ACK 级别设置为-1,可以保证 Producer 到 Server 之间不会丢失数据,即 AtLeast Once 语义。相对的,将服务器 ACK 级别设置为 0,可以保证生产者每条消息只会被发送一次,即 At Most Once 语义。
- At Least Once 可以保证数据不丢失,但是不能保证数据不重复;相对的,At Least Once可以保证数据不重复,但是不能保证数据不丢失。但是,对于一些非常重要的信息,比如说交易数据,下游数据消费者要求数据既不重复也不丢失,即 Exactly Once 语义。在 0.11 版本以前的Kafka,对此是无能为力的,只能保证数据不丢失,再在下游消费者对数据做全局去重。对于多个下游应用的情况,每个都需要单独做全局去重,这就对性能造成了很大影响。
- 0.11 版本的 Kafka,引入了一项重大特性:幂等性。所谓的幂等性就是指 Producer 不论向 Server 发送多少次重复数据,Server 端都只会持久化一条。幂等性结合 At Least Once 语义,就构成了 Kafka 的 Exactly Once 语义。即:
At Least Once + 幂等性 = Exactly Once
- 要启用幂等性,只需要将 Producer 的参数中 enable.idompotence 设置为 true 即可。Kafka的幂等性实现其实就是将原来下游需要做的去重放在了数据上游。开启幂等性的 Producer 在初始化的时候会被分配一个 PID,发往同一 Partition 的消息会附带 Sequence Number。而Broker 端会对<PID, Partition,SeqNumber>做缓存,当具有相同主键的消息提交时,Broker 只会持久化一条。
- 但是 PID 重启就会变化,同时不同的 Partition也具有不同主键,所以幂等性无法保证跨分区跨会话的 Exactly Once。
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