什么是Kafka？

Apache Kafka是一个分布式发布 - 订阅消息系统和一个强大的队列，可以处理大量的数据，并使您能够将消息从一个端点传递到另一个端点。 Kafka适合离线和在线消息消费。 Kafka消息保留在磁盘上，并在群集内复制以防止数据丢失。 Kafka构建在ZooKeeper同步服务之上。 它与Apache Storm和Spark非常好地集成，用于实时流式数据分析。

好处

以下是Kafka的几个好处 -

可靠性 - Kafka是分布式，分区，复制和容错的。

可扩展性 - Kafka消息传递系统轻松缩放，无需停机。

耐用性 - Kafka使用分布式提交日志，这意味着消息会尽可能快地保留在磁盘上，因此它是持久的。

性能 - Kafka对于发布和订阅消息都具有高吞吐量。 即使存储了许多TB的消息，它也保持稳定的性能。

Kafka非常快，并保证零停机和零数据丢失。

用例

Kafka可以在许多用例中使用。 其中一些列出如下 -

指标 - Kafka通常用于操作监控数据。 这涉及聚合来自分布式应用程序的统计信息，以产生操作数据的集中馈送。

日志聚合解决方案 - Kafka可用于跨组织从多个服务收集日志，并使它们以标准格式提供给多个服务器。

流处理 - 流行的框架(如Storm和Spark Streaming)从主题中读取数据，对其进行处理，并将处理后的数据写入新主题，供用户和应用程序使用。 Kafka的强耐久性在流处理的上下文中也非常有用。

需要Kafka

Kafka是一个统一的平台，用于处理所有实时数据Feed。 Kafka支持低延迟消息传递，并在出现机器故障时提供对容错的保证。 它具有处理大量不同消费者的能力。 Kafka非常快，执行2百万写/秒。 Kafka将所有数据保存到磁盘，这实质上意味着所有写入都会进入操作系统(RAM)的页面缓存。 这使得将数据从页面缓存传输到网络套接字非常有效。

结构图

主题配置为三个分区。 分区1具有两个偏移因子0和1.分区2具有四个偏移因子0,1,2和3.分区3具有一个偏移因子0.副本的id与承载它的服务器的id相同。假设，如果主题的复制因子设置为3，那么Kafka将创建每个分区的3个相同的副本，并将它们放在集群中以使其可用于其所有操作。 为了平衡集群中的负载，每个代理都存储一个或多个这些分区。 多个生产者和消费者可以同时发布和检索消息。

Apache Kafka - 集群架构

看看下面的插图。 它显示Kafka的集群图。

Apache Kafka - WorkFlow

到目前为止，我们讨论了Kafka的核心概念。 让我们现在来看一下Kafka的工作流程。

Kafka只是分为一个或多个分区的主题的集合。 Kafka分区是消息的线性有序序列，其中每个消息由它们的索引(称为偏移)来标识。 Kafka集群中的所有数据都是不相连的分区联合。 传入消息写在分区的末尾，消息由消费者顺序读取。 通过将消息复制到不同的代理提供持久性。

Kafka以快速，可靠，持久，容错和零停机的方式提供基于pub-sub和队列的消息系统。 在这两种情况下，生产者只需将消息发送到主题，消费者可以根据自己的需要选择任何一种类型的消息传递系统。 让我们按照下一节中的步骤来了解消费者如何选择他们选择的消息系统。

发布 - 订阅消息的工作流程

以下是Pub-Sub消息的逐步工作流程 -

生产者定期向主题发送消息。

Kafka代理存储为该特定主题配置的分区中的所有消息。 它确保消息在分区之间平等共享。 如果生产者发送两个消息并且有两个分区，Kafka将在第一分区中存储一个消息，在第二分区中存储第二消息。

消费者订阅特定主题。

一旦消费者订阅主题，Kafka将向消费者提供主题的当前偏移，并且还将偏移保存在Zookeeper系综中。

消费者将定期请求Kafka(如100 Ms)新消息。

一旦Kafka收到来自生产者的消息，它将这些消息转发给消费者。

消费者将收到消息并进行处理。

一旦消息被处理，消费者将向Kafka代理发送确认。

一旦Kafka收到确认，它将偏移更改为新值，并在Zookeeper中更新它。 由于偏移在Zookeeper中维护，消费者可以正确地读取下一封邮件，即使在服务器暴力期间。

以上流程将重复，直到消费者停止请求。

消费者可以随时回退/跳到所需的主题偏移量，并阅读所有后续消息。

队列消息/用户组的工作流

在队列消息传递系统而不是单个消费者中，具有相同组ID 的一组消费者将订阅主题。 简单来说，订阅具有相同 Group ID 的主题的消费者被认为是单个组，并且消息在它们之间共享。 让我们检查这个系统的实际工作流程。

生产者以固定间隔向某个主题发送消息。

Kafka存储在为该特定主题配置的分区中的所有消息，类似于前面的方案。

单个消费者订阅特定主题，假设 Topic-01 为 Group ID 为 Group-1 。

Kafka以与发布 - 订阅消息相同的方式与消费者交互，直到新消费者以相同的组ID 订阅相同主题 Topic-01  1 。

一旦新消费者到达，Kafka将其操作切换到共享模式，并在两个消费者之间共享数据。 此共享将继续，直到用户数达到为该特定主题配置的分区数。

一旦消费者的数量超过分区的数量，新消费者将不会接收任何进一步的消息，直到现有消费者取消订阅任何一个消费者。 出现这种情况是因为Kafka中的每个消费者将被分配至少一个分区，并且一旦所有分区被分配给现有消费者，新消费者将必须等待。

此功能也称为使用者组。 同样，Kafka将以非常简单和高效的方式提供两个系统中最好的。

ZooKeeper的作用

Apache Kafka的一个关键依赖是Apache Zookeeper，它是一个分布式配置和同步服务。 Zookeeper是Kafka代理和消费者之间的协调接口。 Kafka服务器通过Zookeeper集群共享信息。 Kafka在Zookeeper中存储基本元数据，例如关于主题，代理，消费者偏移(队列读取器)等的信息。

由于所有关键信息存储在Zookeeper中，并且它通常在其整体上复制此数据，因此Kafka代理/ Zookeeper的故障不会影响Kafka集群的状态。 Kafka将恢复状态，一旦Zookeeper重新启动。 这为Kafka带来了零停机时间。Kafka代理之间的领导者选举也通过使用Zookeeper在领导者失败的情况下完成。

要了解有关Zookeeper的详细信息，请参阅 zookeeper