本文基于Spark2.1.0、Kafka 0.10.2、Scala 2.11.8版本
背景：
Kafka做为一款流行的分布式发布订阅消息系统，以高吞吐、低延时、高可靠的特点著称，已经成为Spark Streaming常用的流数据来源。
1，Kafka Topic的消费保证：
流数据，顾名思义，就是无界的、流动的、快速的、连续到达的数据序列，所以它不像可靠的文件系统（如HDFS）在计算出现故障时，可以随时恢复数据来重新计算。
那么，如何保证流数据可靠的传递呢？我们先了解下面的概念：
Producer通过Broker传递消息给Consumer，Consumer消费消息，
P-B-C 3者之间的传输，主要有以下几种可能的场景:
At most once（最多传输一次）： 消息可能会丢，但绝不会重复传输;
At least one （至少传输一次）： 消息绝不会丢，但可能会重复传输;
Exactly once（精确传输一次）： 每条消息肯定会被传输一次且仅传输一次，不会重复.
3种场景，适合不同生产环境的需要，相关介绍网上很多，这里就不多说了。
本文的重点是，如何用Spark 2.1.0、Kafka 0.10.2、spark-streaming-kafka-0-10_2.11-2.1.0.jar、HBase 1.3.0来配合实现消息Exactly once（精确一次）的传递和消费。网上相关的scala或者java代码，都是基于老版本的API，目前没有发现基于new Kafka consumer API的实现，所以看到本文觉得有收获的同学，就给点个赞吧。
2，Kafka 0.10.2版本介绍：
Kafka 0.10.2版本，为了和Zookeeper的解耦，较之前的版本有了很大的变化，老版本的高级API和简单API的说法不见了，取而代之的是New Consumer API及New Consumer Configs，相关接口的参数及P-B-C 3者的配置参数有了很多改动。
Spark官方与之配合的工具包spark-streaming-kafka-0-10_2.11-2.1.0.jar 也做了相应的改变，取消了KafkaCluster类、取消了ZkUtils.updatePersistentPath等多个方法，也都是为了不在将Topic offset由zookeeper自动保存，而由用户灵活的选择Kafka和Spark 2.1.0官方提供的几种方法来保存offset，最好的使用情况下，端到端的业务可以达到精确一次的消费保证。
（为了美观，本文相关的java代码都用贴图方式展现了，最终实现的端到端精确一次消费消息的源码见文末的链接）
3，Kafka官方提供的多种消费保证：
Consumer的3个重要的配置，需要配合使用，来达到Broker到Consumer之间精确一次的消费保证。
请看这些参数的组合（有点绕，请仔细看）
(enable.auto.commit:false) + （auto.offset.reset:earliest）：
在Broker到Consumer之间实现了至少一次语义，因为不使用Kafka提供的自动保存offset功能，每次应用程序启动时，都是从Topic的初始位置来获取消息。也就是说，应用程序因为故障失败，或者是人为的停止，再次启动应用程序时，都会从初始位置把指定的Topic所有的消息都消费一遍，这就导致了Consumer会重复消费。
(enable.auto.commit:false) + （auto.offset.reset:latest）：
在Broker到Consumer之间实现了至多一次语义，因为不使用Kafka提供的自动保存offset功能，每次应用程序启动时，都是从Topic的末尾位置来获取消息。也就是说，应用程序因为故障失败，或者是人为的停止后，如果Producer向Broker发送新的消息，当再次启动应用程序时，Consumer从指定的Topic的末尾来开始消费，这就导致了这部分新产生的消息丢失。
(enable.auto.commit:true)+(auto.offset.reset:earliest)+(auto.commit.interval.ms) ：
在Broker到Consumer之间实现了精确一次语义，因为使用了Kafka提供的自动保存offset功能，当应用程序第一次启动时，首先从Topic的初试位置来获取消息，原有的消息一个都没有丢失；紧接着，在auto.commit.interval.ms时间后，Kafka会使用coordinator协议commit当前的offset（topic的每个分区的offset）。当应用程序因为故障失败，或者是人为的停止，再次启动应用程序时，都会从coordinator模块获取Topic的offset，从上一次消费结束的位置继续消费，所以不会重复消费已经消费过的消息，也不会丢失在应用程序停止期间新产生的消息，做到了Broker到Consumer之间精确一次的传递。
下面是Kafka 0.10.2 ConsumerCoordinator.java的源码片段，用户配置enable.auto.commit:true对应的代码是autoCommitEnabled为true，最终调用doAutoCommitOffsetsAsync，使用coordinator协议保存offset（注意，最新版本已经和zookeeper解耦，不会把offset保存在zookeeper中，所以通过zkCli.sh是看不到相关topic的）
下面是实现的Spark Streaming代码。
当然，这还远远不够，因为这样的方式，会出现业务两段性的后果：
1，读完消息先commit再处理消息。这种模式下，如果consumer在commit后还没来得及处理消息就crash了，下次重新开始工作后就无法读到刚刚已提交而未处理的消息，这就对应于At most once；
2，读完消息先处理再commit。这种模式下，如果处理完了消息在commit之前consumer crash了，下次重新开始工作时还会处理刚刚未commit的消息，实际上该消息已经被处理过了。这就对应于At least once。
所以，要想实现端到端消息的精确一次消费，还需要耐心往后看。
3，Spark官方提供的多种消费保证：(基于spark-streaming-kafka-0-10_2.11-2.1.0.jar，相比前一个版本有很多改变)
CheckPoint：
通过设置Driver程序的checkpoint，来保存topic offset。这种方法很简单，但是缺陷也很大：应用程序有改变时，无法使用原来的checkpoint来恢复offset；只能满足Broker到Consumer之间精确一次的传递。
当应用程序第一次启动时，首先从Topic的初试位置来获取消息，原有的消息一个都没有丢失；紧接着，在batch时间到达后，Spark会使用checkpoint保存当前的offset（topic的每个分区的offset）。当应用程序失败或者人为停止后，再次启动应用程序时，都会从checkpoint恢复Topic的offset，从上一次消费结束的位置继续消费，所以不会重复消费已经消费过的消息，也不会丢失在应用程序停止期间新产生的消息。
实现的Spark Streaming代码如下（注意：Spark 1.6.3之后，检查checkpoint的实现已经不在用JavaStreamingContextFactory工厂操作了，请细看我的代码是怎么做的）
Kafka itself：
和前面提到的enable.auto.commit:true异曲同工，不过这里用commitAsync方法异步的把offset提交给Kafka 。当应用程序第一次启动时，首先从Topic的初试位置来获取消息，原有的消息一个都没有丢失；紧接着，用commitAsync方法异步的把offset提交给Kafka（topic的每个分区的offset）。当应用程序失败或者人为停止后，再次启动应用程序时，都会从kafka恢复Topic的offset，从上一次消费结束的位置继续消费，所以不会重复消费已经消费过的消息，也不会丢失在应用程序停止期间新产生的消息。
与checkpoint相比，应用程序代码的更改不会影响offset的存储和获取。然而，这样的操作不是事务性的，由于是异步提交offset，当提交offset过程中应用程序crash，则无法保存正确的offset，会导致消息丢失或者重复消费。
实现的Spark Streaming代码如下：
Your own data store：（当当当当，好戏出场）
如果要做到消息端到端的Exactly once消费，就需要事务性的处理offset和实际操作的输出。
经典的做法让offset和操作输出存在同一个地方，会更简洁和通用。比如，consumer把最新的offset和加工后的数据一起写到HBase中，那就可以保证数据的输出和offset的更新要么都成功，要么都失败，间接实现事务性，最终做到消息的端到端的精确一次消费。（新版本的官网中只字未提使用Zookeeper保存offset，是有多嫌弃）
实现的Spark Streaming代码如下（ConsumerRecord类不能序列化，使用时要注意，不要分发该类到其他工作节点上，避免错误打印）
其实说白了，官方提供的思路就是，把JavaInputDStream转换为OffsetRange对象，该对象具有topic对应的分区的所有信息，每次batch处理完，Spark Streaming都会自动更新该对象，所以你只需要找个合适的地方保存该对象（比如HBase、HDFS），就可以愉快的操纵offset了。
4，相关链接
本文实现的精确一次消费的Java源代码
Spark Streaming + Kafka Integration Guide (Kafka broker version 0.10.0 or higher)
Kafka 0.10.2 Documentation
（如需转载，请标明作者和出处）