Kafka核心组件

一、Kafka核心组件及工作方式

　　Producer ：消息生产者，就是向kafka broker发消息的客户端
　　Consumer ：消息消费者，向kafka broker取消息的客户端
　　Topic ：消息主题
　　ConsumerGroup（CG）：这是kafka用来实现一个topic消息的广播（发给所有的consumer）和单播（发给任意一个consumer）的手段。一个topic可以有多个CG。topic的消息会复制（不是真的复制，是概念上的）到所有的CG，但每个partition只会把消息发给该CG中的一个consumer。如果需要实现广播，只要每个consumer有一个独立的CG就可以了。要实现单播只要所有的consumer在同一个CG。用CG还可以将consumer进行自由的分组而不需要多次发送消息到不同的topic。
　　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。
　　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。partition中的每条消息都会被分配一个有序的id（offset）。kafka只保证按一个partition中的顺序将消息发给consumer，不保证一个topic的整体（多个partition间）的顺序。
Offset：kafka的存储文件都是按照offset.kafka来命名，用offset做名字的好处是方便查找。例如你想找位于2049的位置，只要找到2048.kafka的文件即可。当然the first offset就是00000000000.kafka

　　

二、消息发送

　　Producer客户端负责消息的分发，kafka集群中的任何一个broker都可以向producer提供metadata信息,这些metadata中包含"集群中存活的servers列表"/"partitions leader列表"等信息，当producer获取到metadata信息之后, producer将会和Topic下所有partition leader保持socket连接；

　　消息由producer直接通过socket发送到broker，中间不会经过任何"路由层"，事实上，消息被路由到哪个partition上由producer客户端决定，比如可以采用"random""key-hash""轮询"等,如果一个topic中有多个partitions,那么在producer端实现"消息均衡分发"是必要的，在producer端的配置文件中,开发者可以指定partition路由的方式。

　　在Producer消息发送时可以指定对应的应答机制，设置发送数据是否需要服务端的反馈,有三个值0,1,-1
　　0: producer不会等待broker发送ack
　　1: 当leader接收到消息之后发送ack
　　-1: 当所有的follower都同步消息成功后发送ack
　　参数形式：request.required.acks=0

三、消息消费

　　本质上kafka只支持Topic；每个group中可以有多个consumer，每个consumer属于一个consumer group；

　　通常情况下，一个group中会包含多个consumer，这样不仅可以提高topic中消息的并发消费能力，而且还能提高"故障容错"性，如果group中的某个consumer失效那么其消费的partitions将会有其他consumer自动接管。
　　对于Topic中的一条特定的消息，只会被订阅此Topic的每个group中的其中一个consumer消费，此消息不会发送给一个group的多个consumer，一个group中所有的consumer将会交错的消费整个Topic，每个group中consumer消息消费互相独立，我们可以认为一个group是一个"订阅"者。

　　在kafka中,一个partition中的消息只会被group中的一个consumer消费(同一时刻)；
　　一个Topic中的每个partions，只会被一个"订阅者"中的一个consumer消费，不过一个consumer可以同时消费多个partitions中的消息。
　　kafka的设计原理决定,对于一个topic，同一个group中不能有多于partitions个数的consumer同时消费，否则将意味着某些consumer将无法得到消息。
　　kafka只能保证一个partition中的消息被某个consumer消费时是顺序的；事实上，从Topic角度来说,当有多个partitions时,消息仍不是全局有序的。

四、负载均衡

　　当一个group中,有consumer加入或者离开时,会触发partitions均衡.均衡的最终目的,是提升topic的并发消费能力，步骤如下：

　　（1）假如topic1,具有如下partitions: P0,P1,P2,P3
　　（2）加入group中,有如下consumer: C1,C2
　　（3）首先根据partition索引号对partitions排序: P0,P1,P2,P3
　　（4）根据consumer.id排序: C0,C1
　　（5）计算倍数: M = [P0,P1,P2,P3].size / [C0,C1].size,本例值M=2(向上取整)
　　（6）然后依次分配partitions: C0 = [P0,P1],C1=[P2,P3],即Ci = [P(i * M),P((i + 1) * M -1)]