Kafka学习笔记: Kafka 2.3消费者组重平衡

 

消费者组的重平衡流程，它的作用是让组内所有的消费者实例就消费哪些主题分区达成一致。重平衡需要借助 Kafka Broker 端的 Coordinator 组件，在 Coordinator 的帮助下完成整个消费者组的分区重分配。

触发与通知

重平衡的 3 个触发条件：

1. 组成员数量发生变化。  -- 每次消费者组启动时，必然会触发重平衡过程。
2. 订阅主题数量发生变化。
3. 订阅主题的分区数发生变化。

 

Kafka Java 消费者需要定期地发送心跳请求（Heartbeat Request）到 Broker 端的协调者，以表明它还存活着。

重平衡的通知机制正是通过心跳线程来完成的。

 

当协调者决定开启新一轮重平衡后，它会将“REBALANCE_IN_PROGRESS”封装进心跳请求的响应中，发还给消费者实例。当消费者实例发现心跳响应中包含了“REBALANCE_IN_PROGRESS”，就能立马知道重平衡又开始了，这就是重平衡的通知机制。

 

heartbeat.interval.ms 一方面 设置心跳间隔, 另一方面控制重平衡通知频率.

消费者组状态机

 

重平衡一旦开启，Broker 端的协调者组件开始工作, 利用自己设计的消费者组状态机(State Machine) , 实现控制消费者组的状态流转,完成重平衡流程。

它能够帮助你搞懂消费者组的设计原理，比如消费者组的过期位移（Expired Offsets）删除等。

 

Kafka 为消费者组定义了 5 种状态，它们分别是：Empty、Dead、PreparingRebalance、CompletingRebalance 和 Stable。

 

流程图

一个消费者组最开始是 Empty 状态，当重平衡过程开启后，它会被置于 PreparingRebalance 状态等待成员加入，之后变更到 CompletingRebalance 状态等待分配方案，最后流转到 Stable 状态完成重平衡.

当有新成员加入或已有成员退出时，消费者组的状态从 Stable 直接跳到 PreparingRebalance 状态，此时，所有现存成员就必须重新申请加入组。当所有成员都退出组后，消费者组状态变更为 Empty。Kafka 定期自动删除过期位移的条件就是，组要处于 Empty 状态。

 

如果你的消费者组停掉了很长时间（超过 7 天），那么 Kafka 很可能就把该组的位移数据删除了。

Removed ✘✘✘ expired offsets in ✘✘✘ milliseconds.

只有 Empty 状态下的组，才会执行过期位移删除的操作。

 

消费者端重平衡流程

重平衡的完整流程需要消费者端和协调者组件共同参与才能完成。

 

在消费者端，重平衡分为两个步骤：分别是加入组和等待领导者消费者（Leader Consumer）分配方案。

这两个步骤分别对应两类特定的请求：JoinGroup 请求和 SyncGroup 请求。

 

当组内成员加入组时，它会向协调者发送 JoinGroup 请求。在该请求中，每个成员都要将自己订阅的主题上报，这样协调者就能收集到所有成员的订阅信息。一旦收集了全部成员的 JoinGroup 请求后，协调者会从这些成员中选择一个担任这个消费者组的领导者。

通常, 第一个发送 JoinGroup 请求的成员自动成为领导者。你一定要注意区分这里的领导者和之前我们介绍的领导者副本，它们不是一个概念。这里的领导者是具体的消费者实例，它既不是副本，也不是协调者。领导者消费者的任务是收集所有成员的订阅信息，然后根据这些信息，制定具体的分区消费分配方案。

选出领导者之后，协调者会把消费者组订阅信息封装进 JoinGroup 请求的响应体中，然后发给领导者，由领导者统一做出分配方案后，进入到下一步：发送 SyncGroup 请求。

领导者向协调者发送 SyncGroup 请求，将刚刚做出的分配方案发给协调者。值得注意的是，其他成员也会向协调者发送 SyncGroup 请求，只不过请求体中并没有实际的内容。这一步的主要目的是让协调者接收分配方案，然后统一以 SyncGroup 响应的方式分发给所有成员，这样组内所有成员就都知道自己该消费哪些分区了。

 

JoinGroup 请求的处理过程

JoinGroup 请求的主要作用是将组成员订阅信息发送给领导者消费者，待领导者制定好分配方案后，重平衡流程进入到 SyncGroup 请求阶段。

 

SyncGroup 请求的处理流程

SyncGroup 请求的主要目的，就是让协调者把领导者制定的分配方案下发给各个组内成员。当所有成员都成功接收到分配方案后，消费者组进入到 Stable 状态，即开始正常的消费工作。

 

Broker 端重平衡场景剖析

场景一：新成员入组。

新成员入组是指组处于 Stable 状态后，有新成员加入。如果是全新启动一个消费者组，Kafka 是有一些自己的小优化的，流程上会有些许的不同。这里说的 是，组稳定了之后有新成员加入的情形。当协调者收到新的 JoinGroup 请求后，它会通过心跳请求响应的方式通知组内现有的所有成员，强制它们开启新一轮的重平衡。

 

场景二：组成员主动离组。

消费者实例所在线程或进程调用 close() 方法主动通知协调者它要退出。协调者收到 LeaveGroup 请求后，依然会以心跳响应的方式通知其他成员.

 

场景三：组成员崩溃离组。

 

崩溃离组是指消费者实例出现严重故障，突然宕机导致的离组。

它和主动离组是有区别的，因为后者是主动发起的离组，协调者能马上感知并处理。但崩溃离组是被动的，协调者通常需要等待一段时间才能感知到，这段时间一般是由消费者端参数 session.timeout.ms 控制的。也就是说，Kafka 一般不会超过 session.timeout.ms 就能感知到这个崩溃。当然，后面处理崩溃离组的流程与之前是一样的

 

 

场景四：重平衡时协调者对组内成员提交位移的处理。

正常情况下，每个组内成员都会定期汇报位移给协调者。当重平衡开启时，协调者会给予成员一段缓冲时间，要求每个成员必须在这段时间内快速地上报自己的位移信息，然后再开启正常的 JoinGroup/SyncGroup 请求发送。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

引用:

Kafka核心技术与实战 - 胡夕