一文教你理解Kafka offset

日常开发中，相信大家都对 Kafka 有所耳闻，Kafka 作为一个分布式的流处理平台，一般用来存储和传输大量的消息数据。在 Kafka 中有三个重要概念，分别是 topic、partition 和 offset。

• topic 是 kafka 中的消息以主题为单位进行归类的逻辑概念，生产者负责将消息发送到特定的主题，消费者负责订阅主题并进行消费。
• partition 是 topic 的物理概念，每个 topic 可以细分为多个 partition，每个 partition 只属于单个 topic，并且包含不同的消息，partition 用于提高 topic 的存储和消费的性能和可扩展性，可以将 topic 分散在多个 broker 上，并支持多个 consumer 并行消费。
• offset 是 partition 中每条消息的唯一标识，是一个单调递增且不变的值，由 kafka 自动维护，offset 用于定位和记录消息在 partition 中的位置和消费进度，保证 partition 内的消息有序。

本文将给大家介绍 offset 的相关概念，大纲如下：

• offset 的作用和意义
• offset 的存储和管理
• offset 的提交和重置
• offset 的消费和保证

offset 的作用和意义

offset 是 Kafka 为每条消息分配的一个唯一的编号，它表示消息在分区中的顺序位置。offset 是从 0 开始的，每当有新的消息写入分区时，offset 就会加 1。offset 是不可变的，即使消息被删除或过期，offset 也不会改变或重用。

offset 的作用主要有两个：

• 一是用来定位消息。通过指定 offset，消费者可以准确地找到分区中的某条消息，或者从某个位置开始消费消息。
• 二是用来记录消费进度。消费者在消费完一条消息后，需要提交 offset 来告诉 Kafka broker 自己消费到哪里了。这样，如果消费者发生故障或重启，它可以根据保存的 offset 来恢复消费状态。

offset 的存储和管理

offset 的存储和管理主要涉及到两个方面：生产者端和消费者端。

生产者端

生产者在向 Kafka 发送消息时，可以指定一个分区键（Partition Key），Kafka 会根据这个键和分区算法来决定消息应该发送到哪个分区。如果没有指定分区键，Kafka 会采用轮询或随机的方式来选择分区。生产者也可以自定义分区算法。

当消息被写入到分区后，Kafka broker 会为消息分配一个 offset，并返回给生产者。生产者可以根据返回的 offset 来确认消息是否成功写入，并进行重试或其他处理。

消费者端

消费者在消费 Kafka 消息时，需要维护一个当前消费的 offset 值，以及一个已提交的 offset 值。当前消费的 offset 值表示消费者正在消费的消息的位置，已提交的 offset 值表示消费者已经确认消费过的消息的位置。

消费者在消费完一条消息后，需要提交 offset 来更新已提交的 offset 值。提交 offset 的方式有两种：自动提交和手动提交。

• 自动提交：Kafka 提供了一个配置参数 enable.auto.commit，默认为 true，表示开启自动提交功能。自动提交功能会在后台定期（由 auto.commit.interval.ms 参数控制）将当前消费的 offset 值提交给 Kafka broker。
• 手动提交：如果 enable.auto.commit 设置为 false，则表示关闭自动提交功能，此时消费者需要手动调用 commitSync 或 commitAsync 方法来提交 offset。手动提交功能可以让消费者更灵活地控制何时以及如何提交 offset。

无论是自动提交还是手动提交，offset 的实际存储位置都是在 Kafka 的一个内置主题中：__consumer_offsets。这个主题有 50 个分区（可配置），每个分区存储一部分消费组（Consumer Group）的 offset 信息。Kafka broker 会根据消费组 ID 和主题名来计算出一个哈希值，并将其映射到 __consumer_offsets 主题的某个分区上。

__consumer_offsets 主题是 Kafka 0.9.0 版本引入的新特性，之前的版本是将 offset 存储在 Zookeeper 中。但是 Zookeeper 不适合大量写入，因此后来改为存储在 Kafka 自身中，提高了性能和可靠性。

offset 的提交和重置

提交 offset 是消费者在消费完一条消息后，将当前消费的 offset 值更新到 Kafka broker 中的操作。提交 offset 的目的是为了记录消费进度，以便在消费者发生故障或重启时，能够从上次消费的位置继续消费。

重置 offset 是消费者在启动或运行过程中，将当前消费的 offset 值修改为其他值的操作。重置 offset 的目的是为了调整消费位置，以便在需要重新消费或跳过某些消息时，能够实现这个需求。

提交 offset

提交 offset 的方式有两种：自动提交和手动提交。前面已经介绍过这两种方式的区别和用法，这里不再赘述。需要注意的是，无论是自动提交还是手动提交，都不保证提交成功。因为 Kafka broker 可能发生故障或网络延迟，导致提交失败或延迟。因此，消费者需要处理提交失败或延迟的情况。

• 提交失败：如果提交失败，消费者可以选择重试或放弃。重试的话，可能会导致多次提交同一个 offset 值，但是不会影响正确性，因为 Kafka broker 会忽略重复的 offset 值。放弃的话，可能会导致下次启动时重新消费已经消费过的消息，但是不会影响完整性，因为 Kafka 消息是幂等的。
• 提交延迟：如果提交延迟，消费者可以选择等待或继续。等待的话，可能会导致消费速度变慢，或者超过 session.timeout.ms 参数设置的时间而被认为已经死亡。继续的话，可能会导致下次启动时漏掉一些没有提交成功的消息。

重置 offset

重置 offset 的方式有两种：手动重置和自动重置。手动重置是指消费者主动调用 seek 或 seekToBeginning 或 seekToEnd 方法来修改当前消费的 offset 值。自动重置是指消费者在启动时根据 auto.offset.reset 参数来决定从哪个位置开始消费。

• 手动重置：手动重置可以让消费者精确地控制从哪个位置开始消费。例如，如果想要重新消费某个分区的所有消息，可以调用 seekToBeginning 方法将 offset 设置为 0；如果想要跳过某个分区的所有消息，可以调用 seekToEnd 方法将 offset 设置为最大值；如果想要从某个具体的位置开始消费，可以调用 seek 方法将 offset 设置为任意值。
• 自动重置：自动重置可以让消费者在启动时根据 auto.offset.reset 参数来决定从哪个位置开始消费。auto.offset.reset 参数有三个可选值：earliest, latest 和 none。earliest 表示从最早的可用消息开始消费；latest 表示从最新的可用消息开始消费；none 表示如果没有可用的 offset，则抛出异常。

offset 的消费和保证

offset 的消费和保证主要涉及到两个方面：顺序性和一致性。

顺序性

顺序性是指 Kafka 消息是否按照发送和接收的顺序进行处理。Kafka 只保证分区内的顺序性，即同一个分区内的消息按照 offset 的顺序进行发送和接收。但是不保证主题内或跨主题的顺序性，即不同分区内的消息可能会乱序发送和接收。因此，如果需要保证主题内或跨主题的顺序性，需要在生产者和消费者端进行额外的处理，例如使用同一个分区键或同一个消费组。

一致性

一致性是指 Kafka 消息是否能够被正确地发送和接收，不会出现丢失或重复的情况。Kafka 提供了三种不同级别的一致性保证：最多一次（At most once），最少一次（At least once）和精确一次（Exactly once）。

• 最多一次：最多一次是指 Kafka 消息只会被发送或接收一次或零次，不会出现重复的情况，但是可能会出现丢失的情况。这种保证的实现方式是在生产者端关闭重试功能，在消费者端在消费消息之前提交 offset。这种保证适用于对消息丢失不敏感的场景，例如日志收集或监控。
• 最少一次：最少一次是指 Kafka 消息只会被发送或接收一次或多次，不会出现丢失的情况，但是可能会出现重复的情况。这种保证的实现方式是在生产者端开启重试功能，在消费者端在消费消息之后提交 offset。这种保证适用于对消息重复不敏感的场景，例如计数或累加。
• 精确一次：精确一次是指 Kafka 消息只会被发送或接收一次，不会出现丢失或重复的情况。这种保证的实现方式是在生产者端和消费者端使用事务功能，在消费者端使用幂等功能。这种保证适用于对消息丢失和重复都敏感的场景，例如转账或支付。

最后，希望本文能够对您理解 kafka offset 有所帮助，感谢阅读。

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