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一、简介

1.1、场景选择,与其他mq相比

1、目前企业中比较常见的消息队列产品主 要有 Kafka、ActiveMQ 、RabbitMQ 、RocketMQ 等。

大数据场景主要采用 Kafka 作为消息队列。在 JavaEE 开发中主要采用 ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ。


2、Kafka与其他消息队列MQ(如ActiveMQ、RabbitMQ等)相比,有以下几个区别:

  1. 磁盘存储:Kafka将所有消息都保存在磁盘上,并使用内存映射文件进行读写。这种存储方式可以支持大量的消息数据,而且数据还可以保留很长时间,比如几个月甚至几年。而其他MQ的存储方式多是基于内存,不适合存储大量的数据。

  2. 分布式设计:Kafka是作为分布式系统设计的,可以在多个节点之间实现消息的高效传输和处理。其他MQ也支持分布式部署,但Kafka在这方面更加优秀。

  3. 发布/订阅模式:Kafka采用发布/订阅模式,允许多个消费者同时订阅同一个主题,而且Kafka消费者可以自定义从哪个位置开始消费消息。其他MQ中,消费者一般需要通过消费者组来进行负载均衡,而且其他MQ消费者只能从当前位置开始消费

  4. 大数据处理:Kafka最初是为大数据处理而设计的,它可以非常高效地处理海量数据,适合用于数据仓库、日志处理、统计分析等场景。其他MQ则更多用于异步通信、任务调度、实时通知等领域

  5. 生态系统:Kafka拥有非常丰富的生态系统,包括Kafka Connect、Kafka Streams等工具和框架,可以方便地与大数据处理平台(如Hadoop、Spark、Flink等)进行集成。其他MQ的生态系统相对较小。

1.2、应用场景

1.2.1、流量消峰

如双十一秒杀期间,参与用户:10亿人/s,但是我们的系统只能支持处理能力:1千万人/s,为了避免服务挂掉或者请求超时等等问题,我们可以将10亿的请求都写入到消息队列中,我们系统再去取消息队列上的消息消费,达到流量消峰的效果。

在这里插入图片描述

1.2.2、解耦

我们的数据源来源可能非常多,不可能都全部去集成。例如场景:我们要去买东西,不用去知道他是在哪里进货的,我们只需要去超市买就可以,消息队列也是如此,那么多的数据让他们全部写入到kafka消息队列中即可,我们再去消息队列中获取我们的数据。

在这里插入图片描述

1.2.3、异步通讯

通常我们写代码,如注册完,要发短信,如果同步处理,等到发短信成功后再返回结果给用户,这样请求时间太久了。
在这里插入图片描述
消息队列的方式,可以再注册的时候,发送给队列,我们这时候就可以返回给用户注册成功了,然后消费者再去消费发送短信的队列,达到异步的效果。

在这里插入图片描述


很多人可能会问,多线程的方式不是也能实现?到底选择多线程还是消息队列呢?

  1. 当需要进行任务处理,并且任务处理之间没有明显的依赖关系时,使用消息队列更适合。将任务发送到消息队列中,由消费者进行消费,这样可以实现解耦、提高可靠性和系统的扩展性。例如,一个网站需要生成大量的报告,将报告生成请求通过消息队列进行异步处理是一个不错的选择。

  2. 当需要对任务进行精细控制,并且任务处理之间存在明显的依赖关系时,使用多线程更适合。多线程可以实现更加细粒度的任务处理,可以控制任务的执行顺序、进行资源的共享等。例如,一个电商网站需要实时监控库存的变化,需要在某个商品的库存下降到一定数量时进行补货,在这种情况下使用多线程处理更加合适。

总之,消息队列和多线程都有自己的优势和劣势,要根据具体的场景选择合适的方式,才能更好地提高系统效率和可靠性。

1.3、消息队列的两种模式

1.3.1、点对点模式

消费者主动拉取数据,消息收到后清除消息

在这里插入图片描述

1.3.2、发布/订阅模式

  • 可以有多个topic主题(浏览、点赞、收藏、评论等)
  • 消费者消费数据之后,不删除数据(可以控制什么时候删除)
  • 每个消费者相互独立,都可以消费到数据

这个方式用的多,它可以处理更多复杂的场景。

在这里插入图片描述

1.4、Kafka 基础架构

1、海量数据分而置之,为方便扩展,并提高吞吐量,一个topic分为多个partition分区。

如100T的数据,我可以分成3个区,每个区三十几G,可以提高吞吐量。
在这里插入图片描述

2、配合分区的设计,提出消费者组的概念,组内每个消费者并行消费

一个分区的数据,只能由一个消费者处理,如有两个消费者消费不知道由第一个还是第二个来消费。
在这里插入图片描述3、为提高可用性,为每个partition增加若干副本,防止一个分区挂了,类似NameNode HA

副本分为leader和fallower之分,follower不做被消费,只是为了防止leader副本挂了后,follower有条件成为leader,提高可用性。
在这里插入图片描述

  1. zookeeper中记录谁是leader和整个集群中哪些服务器正在工作,Kafka2.8.0以后也可以配置不采用ZK,安装包已内置ZK

在这里插入图片描述

  1. Producer:消息生产者,就是向 Kafka broker 发消息的客户端。
  2. Consumer:消息消费者,向 Kafka broker 取消息的客户端。
  3. Consumer Group(CG):消费者组,由多个 consumer 组成。消费者组内每个消费者负责消费不同分区的数据,一个分区只能由一个组内消费者消费;消费者组之间互不影响。所有的消费者都属于某个消费者组,即消费者组是逻辑上的一个订阅者。
  4. Broker:一台 Kafka 服务器就是一个 broker。一个集群由多个 broker 组成。一个broker 可以容纳多个 topic。
  5. Topic:可以理解为一个队列,生产者和消费者面向的都是一个 topic。
  6. Partition:为了实现扩展性,一个非常大的 topic 可以分布到多个 broker(即服务器)上,一个 topic 可以分为多个 partition,每个 partition 是一个有序的队列。
  7. Replica:副本。一个 topic 的每个分区都有若干个副本,一个 Leader 和若干个Follower。
  8. Leader:每个分区多个副本的“主”,生产者发送数据的对象,以及消费者消费数据的对象都是 Leader。
  9. Follower:每个分区多个副本中的“从”,实时从 Leader 中同步数据,保持和Leader 数据的同步。Leader 发生故障时,某个 Follower 会成为新的 Leader。

二、安装部署

2.1、安装包方式

官网下载链接: https://kafka.apache.org/downloads

1、选择你要的版本进行下载

在这里插入图片描述

2、将安装包上传服务器,并解压

tar -xzf kafka_2.12-3.4.0.tgz

进入目录
在这里插入图片描述
3、修改config目录下的server.properties配置文件

vim server.properties

修改log.dirs的路径,这个是kafka存储数据的地方,默认放在了临时文件夹里,容易被删除,我们需改成我们服务器可以存放的目录,如我放在home底下
在这里插入图片描述
放开注释,修改地址成你的ip
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

4、修改kafka的环境变量

#编辑配置文件
vi /etc/profile

# KAFKA_HOME
export KAFKA_HOME=kafka根目录
export PATH=$PATH:$KAFKA_HOME/bin

#例如笔者的文件路径
export KAFKA_HOME=/www/wwwroot/kafka_2.12-3.4.0/
export PATH=$PATH:$KAFKA_HOME/bin

# 添加配置后重新加载配置文件
source /etc/profile

5、配置config下的zookeeper配置,同样也只是修改存储路径

vim zookeeper.properties

将dataDir修改成你自己存储路径,如我的dataDir=/home/zookeeper
还有下面的advertised放开注释,更换ip,zookeeper连接也更换ip

在这里插入图片描述

6、启动,需先启动zookeeper
注意:要先有java环境

# 启动zookeeper,直接指定到你们自己的bin和config目录
nohup /www/wwwroot/kafka_2.12-3.4.0/bin/zookeeper-server-start.sh  -daemon  /www/wwwroot/kafka_2.12-3.4.0/config/zookeeper.properties

# 启动kafka
nohup /www/wwwroot/kafka_2.12-3.4.0/bin/kafka-server-start.sh -daemon /www/wwwroot/kafka_2.12-3.4.0/config/server.properties

7、验证是否启动成功,查看端口是有被用,或者看日志文件

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.2、docker安装方式

1、docker 安装zookeeper

# 安装镜像
docker pull wurstmeister/zookeeper

#启动容器
docker run -d --name zookeeper_server  --restart always  -p 2181:2181  wurstmeister/zookeeper

# 查看端口是否启动成功
netstat -anp |grep 2181

2、docker 安装 kafka

# 安装镜像
docker pull wurstmeister/kafka

#启动容器
docker run -d --name kafka_server  --restart always -p 9092:9092 -e KAFKA_BROKER_ID=0 -e KAFKA_ZOOKEEPER_CONNECT=<这里换成你的zookeeper地址和端口> -e KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS=PLAINTEXT://<这里换成你的kafka地址和端口> -e KAFKA_LISTENERS=PLAINTEXT://0.0.0.0:9092 wurstmeister/kafka

-----------------------------------------------
# 发送消息与消费测试
docker exec -it kafka_server /bin/bash

# 进入bin,注意你的版本号可能与我的不同
cd /opt/kafka_2.13-2.8.1/bin/

# 发送消息
./kafka-console-producer.sh --broker-list 127.0.0.1:9092 --topic test

# 另起窗口,进入容器
kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 127.0.0.1:9092 --topic test --from-beginning

启动参数解释:
KAFKA_BROKER_ID:该ID是集群的唯一标识

KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS:kafka发布到zookeeper供客户端使用的服务地址。

KAFKA_ZOOKEEPER_CONNECT:zk的连接地址

KAFKA_LISTENERS:允许使用PLAINTEXT侦听器

如图:发送和接收都成功
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

2.3、docker安装kafka-map图形化管理工具

# 拉取镜像
docker pull dushixiang/kafka-map

# 启动容器
docker run -d --name kafka-map -p 9080:8080 --restart always  -v /home/kafka-map/data:/usr/local/kafka-map/data -e DEFAULT_USERNAME=admin  -e DEFAULT_PASSWORD=admin  --restart always dushixiang/kafka-map:latest

开发端口,访问界面http://ip:9080 账号密码都是设置的admin

图形化工具教程:

1、新建一个连接,连接你的kafka
在这里插入图片描述2、点击topic

在这里插入图片描述3、进入topic,可以看到需要消费的信息与实时发送的消息

在这里插入图片描述4、下拉消息

在这里插入图片描述

三、Kafka 命令行操作

3.1、主题命令行操作

进入kafka目录,如果是docker安装的,进入容器内的opt/kafka_版本号目录下

1)、查看操作主题命令参数

bin/kafka-topics.sh

在这里插入图片描述topic的命名都是有规律的,按上面的提示,固定前缀 bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server ip:9092 加上面的提示,如下

2)、查看当前服务器中的所有 topic

bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server  ip:9092 --list

3)、创建 topic 主题,topic名:first

bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server  localhost:9092 --create --partitions 1 --replication-factor 1 --topic first

4)、查看 first 主题的详情

bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server localhost:9092 --describe --topic first

5)、修改分区数(注意:分区数只能增加,不能减少)

bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server localhost:9092 --alter --topic first --partitions 3

6)、删除 topic

bin/kafka-topics.sh --bootstrap-server localhost:9092 --delete --topic first

3.2、生产者命令行操作

1)、查看操作生产者命令参数

bin/kafka-console-producer.sh

在这里插入图片描述
2)、发送消息(发送到topic为first)

bin/kafka-console-producer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic first

3.3、消费者命令行操作

1)、查看操作消费者命令参数

bin/kafka-console-consumer.sh

在这里插入图片描述
2)、消费消息(监听topic为first的)

只消费新的:

bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic first

把主题中所有的数据都读取出来(包括历史数据):

bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092   --from-beginning --topic first

四、Springboot整合Kafka

4.1、依赖配置

pom依赖

 <dependency>
     <groupId>org.springframework.kafka</groupId>
     <artifactId>spring-kafka</artifactId>
 </dependency>

yml配置

spring:
  # ======================== ↓↓↓↓↓↓ kafka相关配置 ↓↓↓↓↓↓ ===============================
  kafka:
    bootstrap-servers: ip:9092 # 指定kafka server地址,集群(多个逗号分隔)
    producer:
      # 指定消息key和消息体的编解码方式
      key-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
      value-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
      # 写入失败时,重试次数。当leader节点失效,一个repli节点会替代成为leader节点,此时可能出现写入失败,
      # 当retris为0时,produce不会重复。retirs重发,此时repli节点完全成为leader节点,不会产生消息丢失。
      retries: 0
      # 每次批量发送消息的数量,produce积累到一定数据,一次发送
      batch-size: 16384
      # produce积累数据一次发送,缓存大小达到buffer.memory就发送数据
      buffer-memory: 33554432
    consumer:
      group-id: default_consumer_group # 指定默认消费者 群组ID
      enable-auto-commit: true  # true自动提交
      auto-commit-interval: 1000
      # procedure要求leader在考虑完成请求之前收到的确认数,用于控制发送记录在服务端的持久化,其值可以为如下:
      # acks = 0 如果设置为零,则生产者将不会等待来自服务器的任何确认,该记录将立即添加到套接字缓冲区并视为已发送。在这种情况下,无法保证服务器已收到记录,并且重试配置将不会生效(因为客户端通常不会知道任何故障),为每条记录返回的偏移量始终设置为-1。
      # acks = 1 这意味着leader会将记录写入其本地日志,但无需等待所有副本服务器的完全确认即可做出回应,在这种情况下,如果leader在确认记录后立即失败,但在将数据复制到所有的副本服务器之前,则记录将会丢失。
      # acks = all 这意味着leader将等待完整的同步副本集以确认记录,这保证了只要至少一个同步副本服务器仍然存活,记录就不会丢失,这是最强有力的保证,这相当于acks = -1的设置。
      # 可以设置的值为:all, -1, 0, 1
      acks: 1
      # 指定消息key和消息体的编解码方式
      key-deserializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer
      value-deserializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer

4.2、代码示例

4.2.1、简单的生产、消费

生产者

@RestController
public class Producer {
	@Resource
	private KafkaTemplate kafkaTemplate;

	/**
	 * 最简单的发送
	 * @param msg
	 */
	@GetMapping("/test")
	public void test(String msg){
		kafkaTemplate.send("two", msg);
	}

消费者

	/**
	 * 消费监听 自动提交
	 * 监听所有的分区
	 * @param record
	 */
	@KafkaListener(topics = "two")
	public void listen(ConsumerRecord<?, ?> record) {
		log.info("topic: " + record.topic() + " <|============|> 消息内容:" + record.value());
		System.out.println("topic: " + record.topic() + " <|============|> 消息内容:" + record.value());
	}

4.2.2、指定分区生产、消费

在 Kafka 中,生产者可以指定消息的分区和键(Key)属性。指定分区和键属性可以带来以下好处:

  1. 控制消息的分发

通过指定分区,生产者可以控制消息被发送到哪个分区,从而控制消息的分发。例如,如果您想要按照时间戳对消息进行排序,可以将消息发送到同一个分区中。

  1. 提高消息的局部性

Kafka 会将同一个分区中的消息存储在同一个 Broker 上,这可以提高消息的局部性,从而提高消息的处理效率。

  1. 提高消息的可靠性

通过指定键属性,生产者可以确保具有相同键的消息被发送到同一个分区中。这可以确保消息按照顺序被处理,从而提高消息的可靠性。

生产者

/**
 * 指定分区发送
 * @param msg
 */
@GetMapping("/test3")
public void test3(String msg){

	/**
	 * 参数1:topic
	 * 参数2:分区
	 * 参数3:key
	 * 参数4:消息内容
	 */
	// 有key
	kafkaTemplate.send("two",0,"111", msg+"0分区");
	kafkaTemplate.send("two",1,"222", msg+"1分区");
	// 没有key
	kafkaTemplate.send("two",2,null, msg+"2分区");


	// 发送另一个topic消费者测试用
	kafkaTemplate.send("first",0,"111", msg+"first");
}

消费者

	/**
	 * @Title 指定topic、partition、offset消费
	 * @Description 同时监听two和first,监听two的0号和1号分区、first的 "0号和1号" 分区,指向1号分区的offset初始值为8
	 **/
	@KafkaListener(topicPartitions = {
			@TopicPartition(topic = "two", partitions = { "0","1" }),
			@TopicPartition(topic = "first", partitions = "0", partitionOffsets = @PartitionOffset(partition = "1", initialOffset = "8"))
	})
	public void onMessage2(ConsumerRecord<?, ?> record) {
		System.out.println("topic:"+record.topic()+"|partition:"+record.partition()+"|offset:"+record.offset()+"|value:"+record.value());
	}

	// ↓↓↓↓↓↓↓说明示例↓↓↓↓↓↓↓↓↓
	// 如果没指定分区,就算你生产者发送了多个分区,我也全都能接收
	//@KafkaListener(topics = "two")
	//public void listen(ConsumerRecord<?, ?> record) {
		//log.info("topic: " + record.topic() + " <|============|> 消息内容:" + record.value());
		//System.out.println("topic: " + record.topic() + " <|============|> 消息内容:" + record.value());
	//}

在这里插入图片描述

4.2.3、消息确认

修改手动确认配置
在这里插入图片描述

spring:
  # ======================== ↓↓↓↓↓↓ kafka相关配置 ↓↓↓↓↓↓ ===============================
  kafka:
    bootstrap-servers: 你的ip:9092 # 指定kafka server地址,集群(多个逗号分隔)
    listener: #配置监听者
        #ack-mode参数值如下
        #MANUAL:手动确认模式,消费者需要手动调用 Acknowledgment 对象的 acknowledge() 方法来确认消息。
        #MANUAL_IMMEDIATE:立即手动确认模式,与 MANUAL 模式相同,但是消费者在处理完消息后立即提交偏移量,而不是等待下一次拉取。
        #BATCH:批量确认模式,消费者将在处理完一批消息后自动提交偏移量。
        #RECORD:记录确认模式,消费者将在处理完每条消息后自动提交偏移量。
      ack-mode: manual # 手动提交方式
      #concurrency: 3 # 并发线程数
    producer:
      # 指定消息key和消息体的编解码方式
      key-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
      value-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
      # 写入失败时,重试次数。当leader节点失效,一个repli节点会替代成为leader节点,此时可能出现写入失败,
      # 当retris为0时,produce不会重复。retirs重发,此时repli节点完全成为leader节点,不会产生消息丢失。
      retries: 0
      # 每次批量发送消息的数量,produce积累到一定数据,一次发送
      batch-size: 16384
      # produce积累数据一次发送,缓存大小达到buffer.memory就发送数据
      buffer-memory: 33554432
    consumer:
      group-id: default_consumer_group # 指定默认消费者 群组ID
      enable-auto-commit: false  # true自动提交
      auto-commit-interval: 1000
      # procedure要求leader在考虑完成请求之前收到的确认数,用于控制发送记录在服务端的持久化,其值可以为如下:
      # acks = 0 如果设置为零,则生产者将不会等待来自服务器的任何确认,该记录将立即添加到套接字缓冲区并视为已发送。在这种情况下,无法保证服务器已收到记录,并且重试配置将不会生效(因为客户端通常不会知道任何故障),为每条记录返回的偏移量始终设置为-1。
      # acks = 1 这意味着leader会将记录写入其本地日志,但无需等待所有副本服务器的完全确认即可做出回应,在这种情况下,如果leader在确认记录后立即失败,但在将数据复制到所有的副本服务器之前,则记录将会丢失。
      # acks = all 这意味着leader将等待完整的同步副本集以确认记录,这保证了只要至少一个同步副本服务器仍然存活,记录就不会丢失,这是最强有力的保证,这相当于acks = -1的设置。
      # 可以设置的值为:all, -1, 0, 1
      acks: 1
      # 指定消息key和消息体的编解码方式
      key-deserializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer
      value-deserializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer

生产者

/**
 * kafkaTemplate提供了一个回调方法addCallback,我们可以在回调方法中监控消息是否发送成功 或 失败时做补偿处理
 * @param msg
 */
@GetMapping("test1")
public void test1( String msg) {
	kafkaTemplate.send("three", msg).addCallback(new ListenableFutureCallback<SendResult<String, Object>>() {
		@Override
		public void onFailure(Throwable ex) {
			System.out.println("发送消息失败:"+ex.getMessage());
		}
		@Override
		public void onSuccess(SendResult<String, Object> result) {
			System.out.println("发送消息成功:" + result.getRecordMetadata().topic() + "-"
					+ result.getRecordMetadata().partition() + "-" + result.getRecordMetadata().offset());
		}
	});
}

消费者

/**
 * 手动提交方式,需改配置为手动模式,需修改配置
 * 监听所有的分区
 * @param record
 * @param ack
 */
@KafkaListener(topics = "three")
public void listen(ConsumerRecord<?, ?> record, Acknowledgment ack) {
	try {

		log.info("topic: " + record.topic() + " <|============|> 消息内容:" + record.value());
		System.out.println("topic: " + record.topic() + " <|============|> 消息内容:" + record.value());
		exception(); // 假设出现异常,没有走下面的提交
		//手动提交offset
		ack.acknowledge();
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

private void exception() {
	throw new RuntimeException("异常了");
}

消费者异常了后,消息没有被确认,我们重启项目时,会再次出现那条未确认的消息