【原创】Kafka 0.11消息设计
1. Kafka消息层次设计
1.1 v1格式
1.2 v2格式
2. v1消息格式
- 浅层(shallow)消息:如果是未压缩消息,shallow消息就是消息本身;如果是压缩消息,Kafka会将多条消息压缩再一起封装进这条浅层消息的value字段。这条浅层消息也被称为wrapper消息,里面包含的消息被称为内部消息,即inner message。由此可见,老版本的message batch中通常都只包含一条消息,即使是对于已压缩消息而言,它也只是包含一条shallow消息。
- 日志项头部(log entry header):8字节的offset字段 + 4个字节的size字段,共计12个字节。其中offset保存的是这条消息的位移。对于未压缩消息,它就是消息的位移;如果是压缩消息,它表示wrapper消息中最后一条inner消息的位移。由此可见,给定一个老版本的消息集合倘若要寻找该消息集合的起始位移(base offset或starting offset)是一件很困难的事情,因为这通常都需要深度遍历整个inner消息,这也就是意味着broker端需要执行解压缩的操作,因此代价非常高。
bogon:kafka_0.10.2.1 huxi$ bin/kafka-topics.sh --zookeeper localhost:2181 --create --partitions 1 --replication-factor 1 --topic testCreated topic "test".bogon:kafka_0.10.2.1 huxi$ bin/kafka-console-producer.sh --broker-list localhost:9092 --topic test --property parse.key=true --property key.separator=:key:hello
bogon:test-0 huxi$ pwd/Users/huxi/SourceCode/testenv/datalogs/kafka_1/test-0bogon:test-0 huxi$ ll *.log-rw-r--r-- 1 huxi staff 42 Jul 6 11:36 00000000000000000000.log
bogon:test-0 huxi$ ll *.log-rw-r--r-- 1 huxi staff 81 Jul 6 11:39 00000000000000000000.log
- 对空间的利用率不高,比如不论key和value的长度是多少,老版本消息都是用固定的4个字节来保存长度信息,比如value是100字节还是1000字节,v1消息都需要花费4个字节来保存整个值,但其实保存100这个值只需要7个比特就够了,也就是说只用1个字节就可以,另外3个字节都是浪费的。如果你的系统中这种情况很常见的话,那么对于磁盘/内存空间的浪费是十分可观的。
- 老版本设计中的offset是消息集合的最后一条消息的offset,如果用户想要获取第一条消息的位移,必须要把所有消息解压全部装入内存然后反向遍历才能获取到。显然这个代价是很大的
- CRC的计算有些鸡肋。老版本设计中每条消息都需要执行CRC校验。但有些情况下我们不能想认为producer端发送的消息的CRC到consumer端消息时是不变的。比如如果用户指定的时间戳类型是LOG_APPEND_TIME,那么在broker端会对消息时间戳字段进行更新,那么重新计算之后的CRC值就会发生变化;再比如broker端进行消息格式转换也会带来CRC的变化。鉴于这些情况,再对每条消息都执行CRC校验就有点没必要了,不仅浪费空间还耽误CPU时间
- 每次需要单条消息的总长度信息时都需要计算而得出,没有使用一个字段来保存下来,解序列化效率不高。
3. v2消息格式
- 消息总长度:直接计算出消息的总长度并保存在第一个字段中,而不需要像v1版本时每次需要重新计算。这样做的好处在于提升解序列化的效率——拿到总长度后,Kafka可以直接new出一个等长度的ByteBuffer,然后装填各个字段。同时有了这个总长度,在遍历消息时可以实现快速地跳跃,省去了很多copy的工作。
- 时间戳增量:消息时间戳与所属record batch起始时间戳的差值,保存差值可以进一步节省消息字节数
- 位移增量:消息位移与所属record batch起始位移的差值,保存差值可以进一步节省消息字节数
- headers:这和本文之前提到的所有header都无关。这是0.11版本引入的新字段。它是一个数组,里面的Header只有两个字段:key和value,分别是String和byte[]类型。
- v2版本不在对每条消息执行CRC校验,而是针对整个batch
- v2版本不在使用属性字节,原先保存在属性字段中的诸如压缩类型、时间戳类型等信息都统一保存在外层的batch中
0 ---> 0-1 ---> 11 ---> 2-2 ---> 32 ---> 4...
- CRC被移动batch这一层,而非消息这一层
- 属性字段被扩充为2个字节,而不是之前的一个字节,其中第一个字节的低3位比特保存压缩类型,第4个比特保存时间戳类型,第5个比特保存消息的事务类型(事务型消息和非事务型消息),第6个比特指定batch是否是control batch(control batch以及control message用于支持事务)
- PID、producer epoch、序列号等信息都是为了实现幂等producer之用,故本文不做详细展开(其实我也不会
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