KafKa 3.x（三、Eagle、Kraft、压测调优，源码解析）

6. Kafka-Eagle监控

Kafka-Eagle框架用于监控Kafka集群运行状况。官网https://kafka-eagle.org

6.1 Mysql

前置mysql。

6.2 Kafka环境

1. 关闭集群 kf.sn stop
2. 修改vim /bin/kafka-server-start.sh 并同步到其他节点

if [ "x$KAFKA_HEAP_OPTS" = "x" ]; then
	export	  KAFKA_HEAP_OPTS="-server -Xms2G -Xmx2G XX:PermSize=128m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 XX:ParallelGCThreads=8 -XX:ConcGCThreads=5 XX:IniyiatingHeapOccupancyPercent=70"
	export JMX_PORT="9999"
	# export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx1G -Xms1G"

6.3 Kafka-Eagle安装

管网下载：https://kafka-eagle.org压缩包kafka-eagle-bin-2.0.8.tar.gz并解压。
在conf目录的sustem-config。properties中配置监控信息。

#kafka集群配置
efak.zk.cluster.alias=cluster1
cluster.zk.list=node1:2181,node2:2181,node3:2181/kafka
... ...
#offset存储位置
cluster1.efak.offset.storage=kafka
#cluster1.efak.offset.storage=zk
... ...  
#mysql连接配置
efak.driver=com.mysql.jdbc.Driver
efak.url=jdbc:mysql://localhost:3306/kafka-eagle/?useUnicode=true
efak.username=root
efak.password=root

添加环境变量：sudo vim /etc/profile.d/my_env.sh

# kafkaEFAK
export KE_HOME=/export/server/efak
export PATH=$PATH:$KE_HOME/bin

source /etc/profile 生效
启动：注：先启动ZK以及KAFKA。 kf.sh start
停止：bin/ke.sh stop

6.3 Kafka-Eagle访问

浏览器输入ip:8048
原理：通过拦截器注入，获取数据呈现即可。

7. Kafka-Kraft模式

7.1 Kafka-Kraft架构

kafka2.8.0之前由zookeeper存储元数据，运行时动态选举controller，由controller进行kafka集群管理。
之后改为kfaft模式，由三台controller节点代替zookeeper，元数据存储在controller，直接进行kafka集群管理

好处：

1. kafka不在依赖外部框架，可独立运行
2. controller管理集群时，不在从zookeeper中读取数据，集群性能提高。
3. 由于不依赖zookeeper，集群扩展不再受zookeeper读写能力限制
4. controller不再动态选举，而是由配置文件规定。不像之前随机controller节点高负载

7.2 kafka-kraft集群部署

1. 解压kafka_2.12-3.0.0.tgz -C /export/server/
2. 设置kafka软连接
3. 在node1上修改/export/server/kafka/config/karaft/server.properties并同步到集群中其他节点:
   process.roles=broker,controller（kafka角色：既是broker从机又是controller主机，主机类似zk功能）
   node.id=1(节点node，全局唯一)
   controller.quorum.voters=2@node1:9093,3@node2:9093(全controller列表)
   advertised.listeners=PLAINTEXT://node1:9092(对外暴露的端口)
   log.dirs=/export/server/kafka/data(数据存储地址)
4. 分发kafka配置，对node.id，advertised.listeners进行修改
5. 初始化居群数据目录

• 首先生成存储目录唯一ID：bin/kafka-storage.sh random-uuid （eg：123456）
• 用该ID格式化kafka存储目录（其余节点）：
  bin/kafka-storage.sh format -t 123456 -c /export/server/kafka/config/kraft/server.properties

6. 启动kafka集群node1，2，3
   bin/kafka-server-start.sh -daemon config/kraft/server/properties
7. 停止kafka集群
   bin/kafka-server-stop.sh

7.3kafka-kraft集群启停脚本

1. 在home/xuyu/bin目录下创建文件kafka.sh：vim kafka.sh

#! /bin/bash
case $1 in
"start") {
	for i in node1 node2 node3
	do
		echo "--- start $i kafka ---"
		ssh $i "/export/server/kafka/bin/kafka-server-start.sh -daemon /export/serverkafka/config/kraft/server.properties"
	done
};;
"stop"){
	for i in node1 node2 node3
	do
		echo "--- stop $i kafka ---"
		ssh $i "/export/server/kafka/bin/kafka-server-stop.sh"
	done
};;
esac

2. 添加执行权限
   chmod +x kafka.sh
3. 启停集群命令
   kafka.sh start
   kafka.sh stop

8 Kafka硬件配置选择(生成调优)

8.1 场景说明

100万日活，每人每天100条日志，每天总共的日志条数是100万100条=1亿条。
处理日志速度：1亿/24小时/60分/60秒=1150条/每秒钟。
每条日志大小：0.5k-2K（取1k）。1150条/每秒钟1k=1m/s。
高峰期每秒钟：1150条*20倍=23000条。每秒数据量：20MB/s。

8.2 服务器台数选择

服务器台数 = 2 * （生产者峰值生成速率 * 副本数 / 100） + 1 = 2 *（20m/s * 2 / 100） + 1 = 3

8.3 磁盘选择

kafka 按照顺序读写：机械硬盘和固态硬盘顺序读写速度差不多。随机读写：选固态硬盘。
一天占用：1亿条 * 1k = 100G。保存3天：100G*3天/0.7=1T
建议三台服务器总磁盘大小>1T

8.4 内存选择

kafka内存=堆内存(kafka内部配置)+页缓存(服务器内存)。

1. kafka堆内存建议每个节点：10-15G

vim kafka-server-start.sh：
if ["x$KAFKA_HEAP_OPTS"="x"]; then
	export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx10G -Xms10G"
fi

查看kakfa进程号：jps
查看kafka的GC情况：jstat -gc 进程号 ls 10（YGC：年轻代垃圾回收次数）
查看kafka的堆内存：jmap -heap 进程号（如果G1 Heap占用70%以上需要清除）
页缓存：linux系统服务器内存，1个segment（1G）中的25%的数据在内存中就好。
每个节点页缓存大小=（分区数1G25%）/节点数 = （101G25%）/3=1G。建议服务器内存大于11G。

8.5 CPU选择

num.io.threads=8：负责写磁盘的线程数，整个参数值要占总核数的50%
num.replica.fetchers=1：副本拉取线程数，这个参数占总核数的20%的1/3。
num.network.threads=3：数据传输线程数，这个参数占总核数的50%的2/3。
建议32个cpu core

8.6 网络选择

网络带宽=峰值吞吐量=20MB/s。千兆网卡即可。
100Mbps单位bit：10M/s单位是byte；1byte=8bit，100Mbps/8=12.5M/s
一般百兆网卡（100Mbps）、千兆网卡（1000Mbps），万兆网卡（10000Mbps）。

9 Kafka生产者

Updating Broker Config
read-only:Requires a broker restart for update
per-broker:May be update dynamically for each broker
cluster-wide:May be update dynamically as a cluster-wide default

9.1 Kafka生产者核心参数配置

bootstrap.servers：生产者连接集群的broker地址清单，多个用逗号隔开
key/value.serializer：key和value序列化类型。全类名
buffer.memory：RecordAccumulator缓冲区总大小，默认32m
batch.size：缓冲区一批数据最大值，默认16k，增加会导致延迟过高。
linger.ms：如果数据没到batch.size，sender的等待时间，默认0ms。一般5-100ms。
acks：生产者发来数据：0：不落盘。1：Leader落盘后应答。-1：leader和isr队列落盘后应答。
max.in.flight.requests.per.connection：允许最多没有返回ack次数，默认5，开启幂等性要保证该值为1-5的数字。
retries：当消息发送错误时重试次数，默认int_max(21亿)还要有序需设置：MAX_IN_FLIGHT_REQUESTS_PER_CONNECTION=1否则重试此失败消息时，其他消息可能成功
retry.backoff.ms：两次重试之间的时间间隔，默认100ms
enable.idempotence：是否开启幂等，默认true
compression.type：生产者发送的所有数据压缩方式。默认none。支持类型：none,gzip,snappy,lz4,zstd

9.2 Kafka生产者如何提高吞吐量

9.3 Kafka数据去重

先开启幂等，kafka事务API：
初始化事务：void initTransactions();
开启事务：void beginTransaction()
在事务内提交已经消费的偏移量：void sendOffsetsToTransaction(Map offsets,String consumerGId)
提交事务：void commitTransaction()
放弃事务：void abortTransaction()

9.4 数据有序

单分区内有序；多分区，分区间无序(实现需要在接收端按顺序排序，效率低，见前文)

10 Kafka Broker

replica.lag.time.max.ms：ISR中，follower心跳，超过阈值(默认30s)将被踢出。
auto.leader.rebalance.enable：自动leader partition平衡。默认true，建议关闭
leader.imbalance.per.broker.percentage：每个broker允许不平衡比率。默认10%
leader.imbalance.check.interval.seconds：检查leader负载是否平衡间隔，默认300s
log.segment.bytes：log划分块的大小，默认1G
log.index.interval.bytes：日志index文件(.log)索引间隔大小，默认4kb
log.retention.hours：kafka数据保存时间，默认7天
log.retention.minutes：同上，分钟级别，默认关闭
log.retention.ms：同上，毫秒级别，默认关闭
log.retention.check.interval.ms：检查数据是否超时，默认5min
log.retention.bytes：超过设置的所有日志总大小，删除最早的segment。默认-1（无穷大）
log.cleanup.policy：所有数据启用删除策略，默认delete
num.io.threads：写磁盘线程数，占总核数50%，默认8
num.replica.fetchers：副本拉取线程数，占总核数50%的1/3，默认1
num.network.threads：副本传输数据线程数，占总核数50%的2/3，默认3
log.flush.interval.messages：强制页缓存刷新条数，默认long最大值，不建议修改
log.flush.interval.ms：刷数据间隔，默认null，不建议修改

11 Kafka 消费者

bootstrap.servers：向kafka集群建立初始连接用到的host/port列表
key/value.deserializer：反序列化类型
group.id：组id
enable.auto.commit：消费偏移量，默认true
auto.commit.interval.ms：提交偏移量频率，默认5s
auto.offset.reset：当kafka没有初始偏移量或偏移量不存在，earliest(重置为最早)，latest(默认，重置为最新偏移量)，none(原来的量不存在则抛异常)，anything(直接向消费者抛异常)
offsets.tpoic.num.partitions：consumer_offsets的分区数，默认50，不建议修改
heartbeat.interval.ms：kafka消费者与coordinator之间的心跳时间，默认3s
session.timeout.ms：kafka消费者与coordinator之间的超时时间，默认45s
max.poll.interval.ms：消费消息最大时长，默认5min
fetch.max.bytes：默认Default：50m，消费者端一批消息的最大字节数。
max.poll.records：一次poll拉取数据返回消息的最大条数，默认500
partition.assignment.startegy：消费者分区策略，Range，RoundRobin，Sticky，CooperativeSticky

12 Kafka 总体

12.1 提升吞吐量

• 提升生产吞吐量

1. buffer.memory：发送消息缓冲区，默认32m
2. batch.size：发送消息大小，默认16K，太卡会卡
3. linger.ms：发送时间间隔，默认0，一般5-100ms
4. compression.type：压缩方式，默认none，会增加cpu开销

• 增加分区
• 消费者提高吞吐量

1. 调整fetch.max.bytes大小，默认50m
2. 调整max.poll.records大小，默认500条

• 增加下游消费者处理能力

12.2 数据精确一次

1. 生产者角度

• acks设置为-1
• 幂等性(enable.idempotence=true)+事务

2. broker服务端角度

• 分区副本大于等于2(–replication-factor 2)
• ISR里应答的最小副本数大于等于2(min.insync.replicas=2)

3. 消费者

• 事务+手动提交offset(enable.auto.commit=false)
• 消费者输出的目的地必须支持事务(Mysql,kafka)

12.3 合理设置分区数

• 创建一个只有1个分区的topic
• 测试这个topic的producer和consumer吞吐量
• 假设他们分别为Tp和Tc，单位是MB/s
• 假设总的目标吞吐量为Tt，那么分区数=Tt/min(Tp,Tc)
  例如：生产者20m/s，消费者50m/s，期望100m/s。
  分区数：100/20=5分区，建议生产环境搭建完集群进行压测，灵活调整分区。

12.4 单条日志大于1m

message.max.bytes：broker接收每批次消息最大值，默认1m
max.request.size：生产者发往broker每个请求最大值。针对topic级别设置消息体的大小，默认1m
replica.fetch.max.bytes：副本同步数据，每批次消息最大值，默认1m
fetch.max.bytes：消费者获取服务器端一批消息最大字节数，默认50m

12.5 服务器挂了

如果生产环境某个kafka节点挂了：

1. 先尝试重启
2. 增加内存，cpu，带宽
3. 如果将整个kafka节点误删除，如果副本数大于等于2，可按照服役新节点的方式重新服役一个新节点，并执行负载均衡。

12.6 集群压力测试

1. kafka压测：官方自带脚本
   生产者：kafka-producer-pref-test.sh
   消费者：kafka-consumer-perf-test.sh
2. producer压测
   创建test topic:
   ./kafka-topics.sh --bootstrap-server node1:9092 --create --replication-factor 3 --partitions 3 --topic test
   在客户端的kafka/bin下执行test：
   ./kafka-producer-perf-test.sh --topic test --record-size 1024 --num-records 1000000 -throughput 10000 --producer-props bootstrap.servers=node1:9092,node2:9092,node3:9092 batch.size=16384 linger.ms=0

• record-size：一条信息大小，单位字节，测试为1K
• num-records：共发送消息数，测试为100万
• throughput是每秒发送消息数，-1表示不限流，测试为1万/s
• producer-props：配置生产者相关参数：batch.size为16K
  
  1). 调整batch.size大小
  batch.size默认16K，改为4K：
  ./kafka-producer-perf-test.sh --topic test --record-size 1024 --num-records 1000000 -throughput 10000 --producer-props bootstrap.servers=node1:9092,node2:9092,node3:9092 batch.size=4096 linger.ms=0
  
  2). 调整linger.ms时间
  linger.ms默认0，改为50ms
  ./kafka-producer-perf-test.sh --topic test --record-size 1024 --num-records 1000000 -throughput 10000 --producer-props bootstrap.servers=node1:9092,node2:9092,node3:9092 batch.size=4096 linger.ms=50
  
  3). 压缩测试：略
  ./kafka-producer-perf-test.sh --topic test --record-size 1024 --num-records 1000000 -throughput 10000 --producer-props bootstrap.servers=node1:9092,node2:9092,node3:9092 batch.size=4096 linger.ms=50 compression.type=snappy
  4). 调整缓存大小
  buffer.memory默认32m，改为64m
  ./kafka-producer-perf-test.sh --topic test --record-size 1024 --num-records 1000000 -throughput 10000 --producer-props bootstrap.servers=node1:9092,node2:9092,node3:9092 batch.size=4096 linger.ms=50 buffer.memory=67108864
  
  总结：
  

3. consumer压测
   1). 修改kafka/config/consumer.properties文件中的拉取条数
   max.pol.records=500
   2). 客户端消费100万日志进行压测
   ./kafka-consumer-perf-test.sh --bootstrap-server node1:9092,node2:9092,node3:9092 --topic test --messages 1000000 --consumer.config config/consumer.properties

• –bootstrap：kafka集群地址
• –topic：topic名称
• –messages：总共消费消息数，100万
  
  3). 一次拉取2000条
  max.pol.records=2000
  
  4). 调整fetch.max.bytes大小为100m
  修改kafka/config/consumer.properties文件中的拉取条数:fetch.max.bytes=104857600
  
  总结：
  

13 Kafka 源码解析

13.1 源码下载

http://kafka.apache.org/downloads