kafka的理论知识

kafka官网上介绍kafka是一个分布式流处理平台。

那什么是流处理平台呢，流处理平台有以下三种特性:

可以让你发布和订阅流式的记录。这一方面与消息队列或者企业消息系统类似。
可以储存流式的记录，并且有较好的容错性。
可以在流式记录产生时就进行处理。

第一个特性很好理解，我们可以用kafka去发消息和接受消息，做一个广播，这个很多工具都可以做到，redis也支持，自己实现也可以，但是kafka强大在他的高可用高性能和可靠性。
第二点，kafka他自己有个参数，log.retention.hours，日志删除的时间阈值（小时为单位），默认是168小时，也就是七天，这七天内的消息，你都可以重新消费到，也可以确定从何处开始消费。
第三点，kafka利用Kafka Streams，我们可以对kafka消息流进行处理，比如有一些要对消息进行特殊格式化或者过滤的场景，利用kafka的库类可以轻松实现。go也有goka这个包支持流式操作。
而分布式，Kafka作为一个集群，运行在一台或者多台服务器上.

Kafka适合什么样的场景?

它可以用于两大类别的应用:

构造实时流数据管道，它可以在系统或应用之间可靠地获取数据。 (相当于message queue)
构建实时流式应用程序，对这些流数据进行转换或者影响。 (就是流处理，通过kafka stream topic和topic之间内部进行变化)

关于数据

Kafka 通过 topic 对存储的流数据进行分类。
每条记录中包含一个key，一个value和一个timestamp（时间戳）。

所以说起来kafka是一个时序数据库，作为一个时序数据库，则存在时序数据的优化方案。

kafka概念

Topics

Topic 就是数据主题，是数据记录发布的地方,可以用来区分业务系统。Kafka中的Topics总是多订阅者模式，一个topic可以拥有一个或者多个消费者来订阅它的数据。
然后在kafka内部中，每个topic写成多个分区（partition），多个分区的内容都是同一个topic。

分区和topic

每个分区都是有序且顺序不可变的记录集，并且不断地追加到结构化的commit log文件。分区中的每一个记录都会分配一个id号来表示顺序，为offset，offset用来唯一的标识分区中每一条记录。

Kafka 集群保留所有发布的记录，无论他们是否已被消费，并通过一个可配置的参数—log.retention.hours来控制保存时长。举个例子，如果保留策略设置为2天，一条记录发布后2天内，可以随时被消费，2天过后这条记录会被抛弃并释放磁盘空间。Kafka的性能和数据大小无关，所以长时间存储数据没有什么问题（如果磁盘允许的话）。

在golang的sarama-cluster包中，我们可以设定config对象来确定从最新消费或者是把保存的消息全部消费。

    import "github.com/bsm/sarama-cluster"
。。。
    config := cluster.NewConfig()
    config.Consumer.Offsets.Initial = sarama.OffsetNewest
    cg, err := cluster.NewConsumer(zookeeperStrings, group, topicString, config)
。。。

而kafka对于每个消费者，唯一保存的数据只有一个，消费者消费到哪里了，也就是消费者的offset。从下面这种图可以看出每个消费者之间是不会相互影响的。

image.png

分布式

日志的分区partition （分布）在Kafka集群的服务器上。每个服务器在处理数据和请求时，共享这些分区。每一个分区都会在已配置的服务器上进行备份，确保容错性.

每个分区都有一台 server 作为 “leader”，零台或者多台server作为 follwers 。leader server 处理一切对 partition （分区）的读写请求，而follwers只需被动的同步leader上的数据。当leader宕机了，followers 中的一台服务器会自动成为新的 leader。每台 server 都会成为某些分区的 leader 和某些分区的 follower，因此集群的负载是平衡的。

kafka和zookeeper

说到了leader和follower，那他们的关系是什么确定的呢，是通过经常看到的选举模式吗？并不是，我们在部署kafka的时候，我们需要一个zookeeper，他们的主从关系是通过zookeeper去确定的，zookeeper 也保存着kafka集群的全部信息（所以我们在代码初始化kafka的时候，只需要填入zookeeper集群的ip和端口即可）
所有的Kafka Broker节点一起去Zookeeper上注册一个临时节点，因为只有一个Kafka Broker会注册成功，其他的都会失败，所以这个成功在Zookeeper上注册临时节点的这个Kafka Broker会成为leader，其他的Kafka broker成为了 follower。

生产者

生产者可以将数据发布到所选择的topic（主题）中。生产者负责将记录分配到topic的哪一个 partition（分区）中。可以使用循环的方式来简单地实现负载均衡，也可以根据某些语义分区函数(例如：hash记录中的key%节点数)来完成。

消费者

消费者使用一个消费组名称来进行标识，发布到topic中的每条记录被分配给订阅消费组中的一个消费者实例。消费者实例可以分布在多个进程中或者多个机器上。

如果所有的消费者实例在同一消费组中，消息记录会负载平衡到每一个消费者实例，每个消费组只收到一次消息。

如果所有的消费者实例在不同的消费组中，每条消息记录会广播到所有的消费者进程。

在golang的sarama-cluster包中，我们可以设定group来确定消费组。

        import "github.com/bsm/sarama-cluster"
。。。
    config := cluster.NewConfig()
    config.ClientID = group
    cg, err := cluster.NewConsumer(zookeeperStrings, group, topicString, config)
。。。

kafka优势

传统的消息系统有两个模块: 队列和发布-订阅
在队列中，消息被消费就没有了，我们经常用redis去实现一些异步操作，这种的就算是队列消息。
在发布订阅中，依然以redis为例，但是redis并不能针对消息去做操作，只能广播（虽然新版本的redis支持了）。
kafka通过消息组，可以多用户广播，也可以对消息进行处理。
分区保证了消息的消费更加平衡，但是消费者组中的消费者实例个数不能超过分区的数量。

在我们的使用经验来讲，kafka做得最多的就是用户行为跟踪广播，虽然也可以做监控，但是我们监控是用prometheus去实现的，更加专业和舒服。有兴趣的同学也可以去了解一下。

参考文档：http://kafka.apachecn.org/documentation.html