深入解析kafka 架构原理

当我们使用 Apache Kafka 作为消息中心时，需要了解它的架构原理，以便更好地在应用程序中使用它。

Kafka 架构

Kafka 是一个分布式发布订阅消息系统。它的主要组件包括：

• Broker - 处理传入和传出的消息并维护消息的存储
• Topic - 是发布和订阅消息的名称
• Partition - 一个主题可能被分成多个分区。每个分区都是一个有序的，不可变的消息序列，它们被存储在单独的 Broker 上。
• Producer - 生成消息并将它们发送到主题的一个或多个 Partition 中
• Consumer - 订阅一个或多个主题，并从分区中读取消息

Kafka 使用 Zookeeper 维护集群中 Broker，Partition 和副本的元数据，以及 Consumer Group 的信息。

Kafka 读写流程

Kafka 支持高吞吐量，低连接数的读写流程。

写入流程

1. Producer 将消息发送到 Broker 或多个 Broker 中。
2. Broker 将消息存储在 Partition 中，可保证分区内消息的顺序性。
3. 生产者确认消息已经被追加到 Partition，此时消息已被成功添加到 Broker 中。

读取流程

1. Consumer Group 中的每个 Consumer 读取一个 Partition 中的一系列连续消息，并把消息保存在本地 Cache 中。
2. Consumer 向 Broker 发送“确认”消息，告诉 Broker 消息已经被处理。
3. Consumer 轮询 Kafka Topic，以便获取新的消息。

示例说明

生产者示例

Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "broker1:9092,broker2:9092");
props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);

for(int i = 0; i < 100; i++)
    producer.send(new ProducerRecord<String, String>("test-topic", Integer.toString(i), Integer.toString(i)));

producer.close();

以上代码将 100 条字符串消息发送到 test-topic 主题的分区中。

消费者示例

Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "broker1:9092,broker2:9092");
props.put("group.id", "test-group");
props.put("auto.offset.reset", "earliest");
props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
Consumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);

consumer.subscribe(Arrays.asList("test-topic"));

while (true) {
    ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
    for (ConsumerRecord<String, String> record : records)
        System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
}

以上代码创建了一个 Kafka Consumer，它订阅了 test-topic 主题，并读取 topic 数据的最早消息并输出到控制台。

通过上面的示例，我们可以清楚地了解 Apache Kafka 的架构原理和使用方法，帮助我们更好地使用 Kafka 做消息处理和数据处理。