Kafka源码分析-Consumer(7)-Rebalance分析(1)

一.在分析Rebalance之前,先列出哪几种情况下会触发Rebalance

  • 有新的消费者加入Consumer Group
  • 有消费者宕机下线。消费者不一定真的宕机了,比如长时间的GC,网络的延迟导致消费者长时间未向GroupCoordinator发送HeartbeatRequest时,GroupCoordinator会认为消费者下线。
  • 有消费者主动退出Consumer Group。
  • Consumer Group订阅的任何一个Topic出现分区数量的变化。
  • 消费者调用unsubscribe()取消对某个Topic的订阅。

二.分析Rebalance的具体操作。

第一个阶段:

Rebalance操作的第一步是查找GroupCoordinator,这个阶段消费者会向Kafka集群中的任意一个Broker发送GroupCoordinatorRequest请求,并处理返回的GroupCoordinatorResponse响应。
GroupCoordinatorRequest消息体的格式比较简单,仅仅含了Consumer Group的id。GroupCoordinatorResponse消息体包含了错误码(short类型),coordinator的节点id,GroupCoordinator的host,GroupCoordinator的端口号。
发送GroupCoordinatorRequest请求的入口是ConsumerCoordinator的ensureCoordinatorReady()方法,具体流程如下:


ensureCoordinatorReady()方法处理流程.jpg

(1)首先检测是否需要重新查找GroupCoordinator。

主要是检测coordinator字段是否为空以及与GroupCoordinator之间的连接是否正常。

/**
     * Check if we know who the coordinator is and we have an active connection
     * @return true if the coordinator is unknown
     */
    public boolean coordinatorUnknown() {
        if (coordinator == null)//检测Coordinator字段是否为null
            return true;
        //检测与GroupCoodinator之间的网络连接是否正常
        if (client.connectionFailed(coordinator)) {
            //将unsent集合中对应的请求清空并将coordinator字段设置为null
            coordinatorDead();
            return true;
        }
        return false;
    }

(2)查找集群负载最低的节点的Node节点,并创建GroupCoordinatorRequest请求。

调用client.send方法将请求放入unsent队列中等待发送,并返回RequestFuture<Void>对象。返回的RequestFuture<Void>对象经过了compose()方法适配,原理同HeartbeatCompletionHandler.

protected RequestFuture<Void> lookupCoordinator() {
        if (findCoordinatorFuture == null) {
            findCoordinatorFuture = sendGroupCoordinatorRequest();
            findCoordinatorFuture.addListener(new RequestFutureListener<Void>() {
                @Override
                public void onSuccess(Void value) {
                    findCoordinatorFuture = null;
                }

                @Override
                public void onFailure(RuntimeException e) {
                    findCoordinatorFuture = null;
                }
            });
        }
        return findCoordinatorFuture;
    }
/**
     * Discover the current coordinator for the group. Sends a GroupMetadata request to
     * one of the brokers. The returned future should be polled to get the result of the request.
     * @return A request future which indicates the completion of the metadata request
     */
    private RequestFuture<Void> sendGroupCoordinatorRequest() {
        // initiate the group metadata request
        // find a node to ask about the coordinator
        Node node = this.client.leastLoadedNode();
        if (node == null) {
            // TODO: If there are no brokers left, perhaps we should use the bootstrap set
            // from configuration?
            return RequestFuture.noBrokersAvailable();
        } else {
            // create a group  metadata request
            log.debug("Sending coordinator request for group {} to broker {}", groupId, node);
            GroupCoordinatorRequest metadataRequest = new GroupCoordinatorRequest(this.groupId);
            return client.send(node, ApiKeys.GROUP_COORDINATOR, metadataRequest)
                    .compose(new RequestFutureAdapter<ClientResponse, Void>() {
                        @Override
                        public void onSuccess(ClientResponse response, RequestFuture<Void> future) {
                            handleGroupMetadataResponse(response, future);
                        }
                    });
        }
    }

(3)调用ConsumerNetworkClient.poll(future)方法,将GroupCoordinatorRequest请求发送出去。

这里是用阻塞的方式发送,直到收到GroupCoordinatorResponse响应或异常完成才会从此方法返回。GroupCoordinatorResponse具体流程后面介绍。

(4) 检测RequestFuture<Void>对象的状态。

如果出现RetriableException异常,则调用ConsumerNetworkClient.awaitMetadataUpdate()方法阻塞更新Metadata中记录的集群元数据后跳转到步骤1继续执行。如果不是RetriableException异常则直接报错。

(5) 如果成功找到GroupCoordinator节点,但是网络连接失败,则将unsent中对应的请求清空,并将coordinator字段置为null,准备重新查找GroupCoordinator,退避一段时间后跳转到步骤1继续执行。

ensureCoordinatorReady()方法的具体实现:

/**
     * Block until the coordinator for this group is known and is ready to receive requests.
     */
    public void ensureCoordinatorReady() {//步骤1:检测GroupCoordinator的状态。
        while (coordinatorUnknown()) {
            RequestFuture<Void> future = lookupCoordinator();
            //步骤2:创建并缓存请求。
            //步骤3:阻塞发GroupCoordinatorRequest,并处理GroupCoordinatorResponse。
            client.poll(future);

            if (future.failed()) {//步骤4:异常处理
                if (future.isRetriable())
                    client.awaitMetadataUpdate();//阻塞更新Metadata中记录的集群元数据
                else
                    throw future.exception();
            } else if (coordinator != null && client.connectionFailed(coordinator)) {
                // we found the coordinator, but the connection has failed, so mark
                // it dead and backoff before retrying discovery
                coordinatorDead();//步骤5:连接不到GroupCoordinator,退避一段时间,重试
                time.sleep(retryBackoffMs);
            }
        }
    }

下面分析下方法sendGroupCoordinatorRequest():

 /**
     * Discover the current coordinator for the group. Sends a GroupMetadata request to
     * one of the brokers. The returned future should be polled to get the result of the request.
     * @return A request future which indicates the completion of the metadata request
     */
    private RequestFuture<Void> sendGroupCoordinatorRequest() {
        // initiate the group metadata request
        // find a node to ask about the coordinator
        //查找负载最低的节点,底层原理是InFlightRequest中未确认请求最少的节点。
        Node node = this.client.leastLoadedNode();
        if (node == null) {//如果找不到可用的节点,则直接返回一个异常结束的RequestFuture。
            // TODO: If there are no brokers left, perhaps we should use the bootstrap set
            // from configuration?
            return RequestFuture.noBrokersAvailable();
        } else {
            // create a group  metadata request
            //创建GroupCoordinatorRequest请求,将GroupCoordinatorRequest缓存到unsent集合,
            //
            log.debug("Sending coordinator request for group {} to broker {}", groupId, node);
            GroupCoordinatorRequest metadataRequest = new GroupCoordinatorRequest(this.groupId);
            //使用匿名RequestFutureAdapter
            return client.send(node, ApiKeys.GROUP_COORDINATOR, metadataRequest)
                    .compose(new RequestFutureAdapter<ClientResponse, Void>() {
                        @Override
                        public void onSuccess(ClientResponse response, RequestFuture<Void> future) {
                            //处理 GroupMetadataResponse的入口
                            handleGroupMetadataResponse(response, future);
                        }
                    });
        }
    }

处理GroupCoordinatorResponse的相关操作

通过对上述sendGroupCoordinatorRequest()方法的分析,handleGroupMetadataResponse(response, future)方法是处理GroupCoordinatorResponse的入口,步骤如下:

  • 调用coordinatorUnknown()检测是否已经找到GroupCoordinator且成功连接。如果是则忽略此GroupCoordinatorResponse,因为发送GroupCoordinatorRequest时没有防止重发的机制,可能会有多个GroupCoordinatorResponse,所以这里要防止重复的情况。如果是否则走下面的步骤。
  • 解析GroupCoordinatorResponse得到服务端GroupCoordinator的信息。
  • 构建Node对象赋值给coordinator对象,并尝试与GroupCoordinator建立连接。
  • 启动HeartbeatTask定时任务。
  • 调用RequestFuture.complete()方法将正常收到GroupCoordinatorResponse的事件传播出去。
  • 如果GroupCoordinatorResponse中的错误码不为NONE,则调用RequestFuture.raise()方法将异常传播出去。最终由ensureCoordinatorReady()方法中的第四步处理。
    handleGroupMetadataResponse()方法的具体实现如下:
private void handleGroupMetadataResponse(ClientResponse resp, RequestFuture<Void> future) {
        log.debug("Received group coordinator response {}", resp);

        if (!coordinatorUnknown()) {
            // We already found the coordinator, so ignore the request
            //检测是否已经找到GroupCoordinator且成功连接
            future.complete(null);
        } else {
            //解析GroupCoordinatorResponse
            GroupCoordinatorResponse groupCoordinatorResponse = new GroupCoordinatorResponse(resp.responseBody());
            // use MAX_VALUE - node.id as the coordinator id to mimic separate connections
            // for the coordinator in the underlying network client layer
            // TODO: this needs to be better handled in KAFKA-1935
            Errors error = Errors.forCode(groupCoordinatorResponse.errorCode());
            if (error == Errors.NONE) {
                //构建Node对象赋值给coordinator对象
                this.coordinator = new Node(Integer.MAX_VALUE - groupCoordinatorResponse.node().id(),
                        groupCoordinatorResponse.node().host(),
                        groupCoordinatorResponse.node().port());

                log.info("Discovered coordinator {} for group {}.", coordinator, groupId);
                //尝试与GroupCoordinator建立连接
                client.tryConnect(coordinator);

                // start sending heartbeats only if we have a valid generation
                if (generation > 0)
                    heartbeatTask.reset();//启动HeartbeatTask定时任务
                future.complete(null);//调用RequestFuture.complete()方法将正常收到GroupCoordinatorResponse的事件传播出去。
            } else if (error == Errors.GROUP_AUTHORIZATION_FAILED) {
                //如果GroupCoordinatorResponse中的错误码不为NONE,则调用RequestFuture.raise()方法将异常传播出去。
                future.raise(new GroupAuthorizationException(groupId));
            } else {
                future.raise(error);
            }
        }
    }
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