Kafka簡介、基本原理、執行流程與使用場景

一、簡介

Apache Kafka是分佈式發佈-訂閱消息系統,在 kafka官網上對 kafka 的定義:一個分佈式發佈-訂閱消息傳遞系統。 它最初由LinkedIn公司開發,Linkedin於2010年貢獻給了Apache基金會併成爲頂級開源項目。Kafka是一種快速、可擴展的、設計內在就是分佈式的,分區的和可複製的提交日誌服務。

幾種分佈式系統消息系統的對比:

這裏寫圖片描述

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http://blog.csdn.net/allthesametome/article/details/47362451

二、Kafka基本架構

它的架構包括以下組件:

1、話題(Topic):是特定類型的消息流。消息是字節的有效負載(Payload),話題是消息的分類名或種子(Feed)名;

2、生產者(Producer):是能夠發佈消息到話題的任何對象;

3、服務代理(Broker):已發佈的消息保存在一組服務器中,它們被稱爲代理(Broker)或Kafka集羣;

4、消費者(Consumer):可以訂閱一個或多個話題,並從Broker拉數據,從而消費這些已發佈的消息;

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上圖中可以看出,生產者將數據發送到Broker代理,Broker代理有多個話題topic,消費者從Broker獲取數據。

三、基本原理

我們將消息的發佈(publish)稱作 producer,將消息的訂閱(subscribe)表述爲 consumer,將中間的存儲陣列稱作 broker(代理),這樣就可以大致描繪出這樣一個場面:

這裏寫圖片描述

生產者將數據生產出來,交給 broker 進行存儲,消費者需要消費數據了,就從broker中去拿出數據來,然後完成一系列對數據的處理操作。

乍一看返也太簡單了,不是說了它是分佈式嗎,難道把 producer、 broker 和 consumer 放在三臺不同的機器上就算是分佈式了嗎。看 kafka 官方給出的圖:

這裏寫圖片描述

多個 broker 協同合作,producer 和 consumer 部署在各個業務邏輯中被頻繁的調用,三者通過 zookeeper管理協調請求和轉發。這樣一個高性能的分佈式消息發佈訂閱系統就完成了。

圖上有個細節需要注意,producer 到 broker 的過程是 push,也就是有數據就推送到 broker,而 consumer 到 broker 的過程是 pull,是通過 consumer 主動去拉數據的,而不是 broker 把數據主懂發送到 consumer 端的。

四、Zookeeper在kafka的作用

上述,提到了Zookeeper,那麼Zookeeper在kafka的作用是什麼?

(1)無論是kafka集羣,還是producer和consumer都依賴於zookeeper來保證系統可用性集羣保存一些meta信息。

(2)Kafka使用zookeeper作爲其分佈式協調框架,很好的將消息生產、消息存儲、消息消費的過程結合在一起。

(3)同時藉助zookeeper,kafka能夠生產者、消費者和broker在內的所以組件在無狀態的情況下,建立起生產者和消費者的訂閱關係,並實現生產者與消費者的負載均衡。

五、執行流程

首先看一下如下的過程:

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我們看上面的圖,我們把 broker 的數量減少,叧有一臺。現在假設我們按照上圖進行部署:

(1)Server-1 broker 其實就是 kafka 的 server,因爲 producer 和 consumer 都要去還它。 Broker 主要還是做存儲用。

(2)Server-2 是 zookeeper 的 server 端,它維持了一張表,記錄了各個節點的 IP、端口等信息。

(3)Server-3、 4、 5 他們的共同之處就是都配置了 zkClient,更明確的說,就是運行前必須配置 zookeeper的地址,道理也很簡單,這之間的連接都是需要 zookeeper 來進行分發的。

(4)Server-1 和 Server-2 的關係,他們可以放在一臺機器上,也可以分開放,zookeeper 也可以配集羣。目的是防止某一臺掛了。

簡單說下整個系統運行的順序:

(1)啓動zookeeper 的 server

(2)啓動kafka 的 server

(3)Producer 如果生產了數據,會先通過 zookeeper 找到 broker,然後將數據存放到 broker

(4)Consumer 如果要消費數據,會先通過 zookeeper 找對應的 broker,然後消費。

六、Kafka的特性

(1)高吞吐量、低延遲:kafka每秒可以處理幾十萬條消息,它的延遲最低只有幾毫秒,每個topic可以分多個partition, consumer group 對partition進行consume操作;

(2)可擴展性:kafka集羣支持熱擴展;

(3)持久性、可靠性:消息被持久化到本地磁盤,並且支持數據備份防止數據丟失;

(4)容錯性:允許集羣中節點失敗(若副本數量爲n,則允許n-1個節點失敗);

(5)高併發:支持數千個客戶端同時讀寫;

(6)支持實時在線處理和離線處理:可以使用Storm這種實時流處理系統對消息進行實時進行處理,同時還可以使用Hadoop這種批處理系統進行離線處理;

七、Kafka的使用場景

(1)日誌收集:一個公司可以用Kafka可以收集各種服務的log,通過kafka以統一接口服務的方式開放給各種consumer,例如Hadoop、Hbase、Solr等;

(2)消息系統:解耦和生產者和消費者、緩存消息等;

(3)用戶活動跟蹤:Kafka經常被用來記錄web用戶或者app用戶的各種活動,如瀏覽網頁、搜索、點擊等活動,這些活動信息被各個服務器發佈到kafka的topic中,然後訂閱者通過訂閱這些topic來做實時的監控分析,或者裝載到Hadoop、數據倉庫中做離線分析和挖掘;

(4)運營指標:Kafka也經常用來記錄運營監控數據。包括收集各種分佈式應用的數據,生產各種操作的集中反饋,比如報警和報告;

(5)流式處理:比如spark streaming和storm;

(6)事件源;


相關閱讀:

1、Apache Kafka:下一代分佈式消息系統

參考文章:

1、http://www.cnblogs.com/likehua/p/3999538.html 
2、http://www.jianshu.com/p/a82b8619e56c 
3、http://blog.csdn.net/ychenfeng/article/details/74980531

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