深入剖析：Kafka流数据处理引擎的核心面试问题解析75问（5.7万字参考答案）

发布时间：2024年01月22日

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? ? ?Kafka 是一款开源的分布式流处理平台，被广泛应用于构建实时数据管道、日志聚合、事件驱动的架构等场景。本文将深入探究 Kafka 的基本原理、特点以及其在实际应用中的价值和作用。

? ? ?Kafka 的基本原理是建立在发布-订阅模式之上的。生产者将消息发布到主题（Topic）中，而消费者则可以订阅这些主题并处理其中的消息。Kafka 的架构包括多个关键组件，如生产者、消费者、主题分区、ZooKeeper 等，通过这些组件的协作，Kafka 实现了高性能的消息传递和存储。

? ? 特点

  1. 高吞吐量: Kafka 能够处理大规模数据流，并具有很高的吞吐量，非常适合构建实时数据处理系统。
  2. 可持久化存储: Kafka 将消息持久化到磁盘中，保证了消息的可靠性和持久性。
  3. 水平扩展: Kafka 的分布式架构使得它能够水平扩展，轻松应对海量数据流处理。
  4. 容错性: Kafka 通过分区备份和 leader 选举等机制实现了高度的容错性，保证了系统的稳定性。
  5. 实时性: Kafka 提供了低延迟的消息传递和处理能力，支持实时数据处理需求。

? ? 实际应用中的价值

  1. 实时数据管道: Kafka 可以作为数据管道的核心组件，实现从数据产生到数据消费的实时传递和处理。
  2. 日志聚合: 许多大型系统将 Kafka 作为日志的聚合和存储工具，实现了统一的日志处理和分析。
  3. 事件驱动架构: Kafka 可以帮助构建事件驱动的架构，实现各个系统之间的解耦和消息传递。

? ? Kafka 作为一款强大的实时流处理引擎，在当今互联网和大数据时代扮演着重要的角色，其高性能、可靠性和灵活性使其在各种实际应用场景下得到了广泛的应用。随着实时数据处理需求的不断增长，Kafka 的价值和作用也会变得愈发重要。希望本文能够帮助读者更深入地了解 Kafka，并在实际应用中发挥其作用。

目录

一、Apache Kafka是什么？

二、主要组件

三、Broker（代理）

四、Topic（主题）

五、Partition（分区）

六、Offset（偏移量）

七、Producer（生产者）

八、Consumer（消费者）

九、Consumer Group（消费者组）

十、Zookeeper

十一、创建Topic时如何将分区放置到不同的Broker中

十二、kafka如何获取topic 主题的列表

十三、consumer_offsets

十四、生产数据时数据的分组策略

十五、能手动删除消息吗

十六、生产者和消费者的命令行

十七、消费者组

十八、consumer消费方式

十九、consumer是推还是拉

二十、Consumer 是否可以消费指定分区消息

二十一、消费者如何消费数据

二十二、消费者负载均衡策略

二十三、message格式是什么

二十四、Kafka 可以接收的消息最大为多少

二十五、数据有序生

二十六、消息消费是采用Pull 模式，还是Push 模式

二十七、消息消费为什么不用Push模式

二十八、Java Consumer为什么采用单线程来获取消息

二十九、Follower副本消息同步的完整流程

三十、消息队列的作用

三十一、Kafka 维护消费状态跟踪的方法

三十二、为什么需要消息系统，MySQL不能满足需求吗

三十三、Zookeeper对于Kafka的作用是什么

三十四、LEO、LSO、AR、ISR、HW 含义

三十五、数据传输的事务定义

三十六、数据传输的事务保证

三十七、判断一个节点是否还活着

三十八、Kafka 与传统MQ消息系统之间区别

三十九、Kafka的ack的三种机制

四十、消数者如何不自动提交移面

四十一、消费故障，如何解决活锁问题

四十二、如何控制消费的位置

四十三、分布式情况下，如何保证消息的顺序消费

四十四、kafka高可用机制

四十五、保证不重复消费

四十六、领导者副本和追随者副本的区别

四十七、LeaderEpoch机制

四十八、设置Kafka接收的最大消息的大小

四十九、监控Kafka的框架都有哪些

五十、设置Broker的HeapSize

五十一、如何估算集群的机器数量

五十二、Leader总是-1情况

五十三、Producer是否直接将数据发送到broker的leader(主节点)

五十四、Leader选举原理

五十五、kafka的分区Leader 选举策略有几种

五十六、Kafka的哪些场景中使用了零拷贝

五十七、零拷贝技术

五十八、java编程实现零拷贝技术

五十九、Kafka为什么不支持读写分离

六十、如何调优Kafka

六十一、Controller发生网络分区时, Kafka会怎么样

六十二、存储在硬盘上的消息格式

六十三、高效文件存储设计特点

六十四、新建的分区会在哪个目录下创建

六十五、partition的数据如何保存到硬盘

六十六、segment.ms默认值

六十七、Kafka什么情况下会rebalance

六十八、rebalance过程

六十九、rebalance有什么影响

七十、解决rebalance中遇到的问题

七十一、一次reblance大概要多久

七十二、Kafka为何这么快

七十三、Kafka系统工具有哪些类型

七十四、Kafka 存在那些局限性

七十五、kafka与flume的区别

一、Apache Kafka是什么？

? ? Apache Kafka 是由 Apache 软件基金会开发的一个开源流处理平台，最初由 LinkedIn 公司开发并开源。它主要用于构建实时数据管道和流式数据处理应用程序，具有高性能、高可靠性和可伸缩性的特点。除了可以作为消息队列使用，还可以支持实时数据分析、日志收集、指标监控等各种实时数据处理场景。

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使用场景

  1. 日志收集与传输：Kafka 可以作为日志收集和传输的中间件，将分布式系统产生的日志数据进行高效实时的收集、传输和存储，然后供给各种日志分析和处理工具。

  2. 实时数据处理：Kafka 可以用于构建实时数据处理应用程序，例如实时报表生成、事件驱动的应用程序、实时数据分析等。其高吞吐量和低延迟的特点使得 Kafka 可以支持大规模数据的实时处理需求。

  3. 消息队列：Kafka 也可以作为分布式消息队列使用，用于解耦消息的生产者和消费者，支持异步通信，实现松耦合的分布式系统架构。

  4. 指标监控：Kafka 可以用于实时收集和传输系统指标、应用程序性能数据等信息，支持实时监控和报警处理。

  5. 流式 ETL：Kafka 可以作为流式 ETL（Extract, Transform, Load）的组件，支持实时数据的提取、转换和加载，用于构建数据湖、数据仓库等场景。

定位认知

Apache Kafka 在大数据和实时数据处理领域的定位认知如下：

  • 实时数据管道：Kafka 被定位为一个高吞吐量的实时数据管道平台，用于连接数据生成和数据处理系统，实现可靠的、高效的实时数据传输和处理。
  • 分布式流处理平台：Kafka 被认为是一个分布式流处理平台，能够处理大规模的实时数据流，支持流式数据的处理、转换和分析，以满足实时数据处理的需求。
  • 消息系统基础设施：Kafka 也被视为一个高性能的消息系统基础设施，可以支持各种应用场景下的异步消息通信和数据传输。

? ? Apache Kafka 是一个多功能、高性能、高可靠性的开源流处理平台，可用于构建各种实时数据处理应用以及支持各种大规模数据处理场景。其灵活的架构和丰富的功能使得它在实时数据管道、流式数据处理、消息队列等领域都具有广泛的应用前景。

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二、主要组件

? ? 在 Apache Kafka 中，存在几个关键的组件，它们共同构成了 Kafka 的核心架构和功能。以下是 Kafka 中的主要组件：

  1. 生产者（Producer）：生产者负责将消息发送到 Kafka 集群中的指定主题（Topic）。生产者将消息发布到指定的主题，这些消息最终将被存储在 Kafka 的 Broker 中，以供消费者消费。

  2. 消费者（Consumer）：消费者从 Kafka 集群中的指定主题订阅消息，并对这些消息进行消费和处理。消费者可以以消费者组（Consumer Group）的形式存在，以实现负载均衡和并行处理。

  3. Broker：Broker 是 Kafka 集群中的主要节点，负责存储和分发消息。每个 Broker 都是一个独立的 Kafka 服务器，可以包含多个分区（Partition），每个分区可以在集群中的不同 Broker 上进行复制，以实现数据冗余和故障恢复。

  4. ZooKeeper：ZooKeeper 不是 Kafka 的原生组件，但它是 Kafka 用来存储集群元数据、保存消费者组消费偏移量（offsets）以及进行领导者选举等重要功能的关键组件。ZooKeeper 作为 Kafka 的外部依赖，对于 Kafka 集群的稳定运行和故障恢复具有重要作用。

  5. 主题（Topic）：主题是 Kafka 中消息的分类单元，每个主题包含一个或多个分区，并且可以被多个消费者消费。生产者将消息发布到特定的主题，而消费者订阅并消费特定的主题。

  6. 分区（Partition）：每个主题可以划分为一个或多个分区，每个分区在物理上对应于 Kafka 集群中的一个 Broker。分区的存在允许 Kafka 在集群中实现高吞吐量和水平扩展。

  7. 偏移量（Offset）：偏移量是消费者组消费消息的位置标识。消费者会记录自己已经消费的消息偏移量，以便在下次消费时从正确位置开始。Kafka 中的偏移量由消费者组共享，并由 ZooKeeper 或者 Kafka 的内部主题进行维护。

? ? 这些组件共同构成了 Kafka 的核心架构，生产者和消费者通过 Broker 进行消息的发布和订阅，分区和偏移量的概念使得 Kafka 能够实现高性能、高吞吐量和高可靠性的流式数据处理。

三、Broker（代理）

? ? ?在 Kafka 中，Broker 是 Kafka 集群中的一个服务器节点，每个 Broker 负责存储消息的一部分数据并提供数据服务。多个 Broker 组成了一个完整的 Kafka 集群。

以下是关于 Kafka 中 Broker 的一些重要信息：

  1. 数据存储：?每个 Broker 存储了一个或多个 topic 的消息数据。消息被分割成分区，每个分区被保存在一个 Broker 上。这种分布式的数据存储方式使得 Kafka 具有高可靠性和可扩展性。

  2. 群首选举：?每个分区都有一个领导者（Leader）和若干个追随者（Follower）的副本。当选举领导者时，Broker 参与了领导者的选举过程，确保每个分区都有可用的领导者。

  3. 消息传递：?生产者将消息发送到 Broker，而消费者从 Broker 中读取消息。Broker 负责接收来自生产者的消息，并将消息传递给消费者。

  4. 集群协调：?多个 Broker 组成了一个 Kafka 集群，它们之间通过协调和通信来保持集群的健康运行。这包括领导者选举、分区的副本同步、集群元数据的管理等。

  5. 负载均衡：?当新的 Broker 加入或退出集群时，集群会重新分配分区和副本，达到负载均衡和高可用性的目的。

  6. 服务发现：?Client 应用程序通过连接到 Broker 来发送和接收消息。每个 Broker 在集群中都有一个唯一的标识符（broker.id），Client 应用程序通过这个标识符来识别和连接到特定的 Broker。

? ? ?Broker 是 Kafka 集群中的核心组件之一，它负责存储数据、处理消息传递、参与集群的协调和管理等重要功能，是构建可靠的消息传递系统的关键组成部分。

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四、Topic（主题）

? ? ?在 Kafka 中，Topic 是消息的分类标签，它是存储和发布消息的逻辑概念。每个消息都属于一个特定的 Topic。Topic 在 Kafka 中起到了组织和管理消息的作用。

以下是关于 Kafka 中 Topic 的一些重要信息：

  1. 消息分类：?每个消息都被标记为属于一个特定的 Topic。Topic 可以是任意的名称，表达业务上的某种数据分类或者主题。例如，可以创建一个名为 “orders” 的 Topic 来存储订单相关的消息。

  2. 分区：?每个 Topic 可以划分为一个或多个分区，分区是消息在 Kafka 中的存储单元。分区的作用在于横向扩展数据和提高并发能力。每个分区维护了消息的顺序，并有一个唯一的标识符。

  3. 副本：?Kafka 中的每个分区可以有若干个副本，副本是分区数据的备份。副本的存在提供了高可用性和容错机制，当主副本出现故障时，备份副本可以继续提供服务。

  4. 生产者和消费者：?生产者将消息发送到指定的 Topic 中，而消费者从 Topic 中读取消息。生产者和消费者可以通过指定 Topic 来实现消息的发送和接收。

  5. 消息保留策略：?Topic 可以配置消息的保留策略，决定在何时删除或保留消息。可以根据时间、消息数量或者其他条件来设置消息的保留策略。

  6. 分区和消费者组关系：?在一个消费者组中，每个消费者可以订阅一个或多个 Topic，并从这些 Topic 的分区中消费消息。Kafka 使用消费者组来实现消息的负载均衡和扩展性。

? ? ?在 Kafka 中，Topic 是消息的逻辑分类单位，它将消息组织在一起并提供了灵活和高效的消息存储和访问方式。一个 Kafka 集群可以包含多个 Topic，并且每个 Topic 可以有多个分区和副本，以实现可靠的消息传递和高可用性的保证。

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五、Partition（分区）

? ? ?在 Kafka 中，Partition（分区）是消息系统中非常重要的概念之一。Partition 用来分布数据，并且允许 Kafka 集群横向扩展以处理大量的消息数据。下面是关于 Kafka 中 Partition 的一些重要信息：

  1. 数据分布：?每个 Topic 可以被划分为一个或多个 Partition，每个 Partition 中的消息是按顺序存储的。这种分区的方式允许 Kafka 集群在多个 Broker 上分布消息数据，从而提高了消息的处理能力和容量。

  2. 消费者和分区：?每个消费者组中的消费者会被分配到各个分区上进行读取消息。这种分区的分配方式实现了消息消费的负载均衡，使得多个消费者可以并行地处理消息。

  3. 消息顺序：?在单个 Partition 中，消息保持了严格的顺序。这意味着生产者发送的消息在同一个 Partition 中是按顺序而不会出现交错的。

  4. 副本分区：?每个 Partition 都可以有多个副本，副本之间负责数据的同步和故障恢复。Kafka 通过复制机制确保了每个分区的数据高可用性和容错能力。

  5. 数据持久化：?消息被持久化到分区中，并且根据配置的数据保留策略进行保留。这样即使消费者未及时消费消息，消息也不会丢失。

  6. 水平扩展：?通过增加分区的数量，Kafka 集群可以实现水平扩展，处理更多的并发消息，提高整体的吞吐量。

? ? ?Partition 是 Kafka 中的一个核心概念，它使得 Kafka 能够以分布式和高可用的方式存储和处理大量的消息数据。理解分区的概念对于设计和操作 Kafka 集群是非常重要的。

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六、Offset（偏移量）

? ? ?在 Kafka 中，Offset（偏移量）是一个与消息相关的标识符。每个分区内的消息都被分配了一个唯一的偏移量，用于在分区中标识消息的位置。

以下是关于 Kafka 中 Offset 的一些重要信息：

  1. 消息位置：?Offset 可以被视为消息在分区中的位置或偏移。较小的偏移量表示消息在分区中较早的位置，而较大的偏移量表示消息在分区中较晚的位置。

  2. 不变性：?一旦消息被写入分区中，其偏移量是不可变的。无论消息是否被消费，偏移量都不会改变。这使得消费者可以在任意时间点重新开始消费。

  3. 消费者进度：?消费者可以通过记录最近处理的偏移量来记录其消费进度。这允许消费者以可靠的方式从之前的位置继续消费，而不会丢失已处理的消息。

  4. 提交偏移量：?消费者可以将其偏移量提交回 Kafka，以记录其消费进度。Kafka 提供了多种提交偏移量的机制，包括手动提交和自动提交。

  5. 重置偏移量：?消费者可以选择重置其偏移量，以从之前的位置重新开始消费。这通常用于处理异常情况或者需要重新消费消息的场景。

  6. 保留策略：?Kafka 可以设置保留偏移量的策略，决定需要保留多长时间的偏移量信息。这可以用于控制消费者可以回溯的时间范围。

? ? ?Offset 是在 Kafka 中用于标识和追踪消息位置的重要概念。它允许消费者从特定的位置开始消费消息，同时也提供了记录消费进度和保证数据一致性的机制。对于构建可靠的消息处理系统和处理消费者异常的情况，了解和管理偏移量非常重要。

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七、Producer（生产者）

? ? ?在 Kafka 中，主生产者（primary producer）通常指的是向 Kafka 集群发送消息的主要生产者。主生产者负责从生产者客户端发送消息到 Kafka 集群，并且通常是业务逻辑中消息产生的源头。

以下是关于 Kafka 中主生产者的一些重要信息：

  1. 消息生产：?主生产者负责根据业务需求，将消息发送到指定的 Topic 中。它是消息的源头，负责产生并发送消息到 Kafka 集群中。

  2. 消息路由：?主生产者可以决定将消息发送到哪个 Topic 中，并且可以根据业务逻辑来进行消息的路由和分类。

  3. 消息可靠性：?主生产者需要确保生产的消息能够可靠地发送到 Kafka 集群。这可能涉及到消息的确认机制，例如等待消息被成功写入分区后才返回确认。

  4. 消息顺序：?对于要求顺序性的消息，主生产者可能需要根据业务逻辑来确保消息发送的顺序性。

  5. 错误处理：?主生产者需要处理发送消息可能出现的错误情况，例如网络异常、分区不可用等情况，并根据实际情况进行适当的错误处理。

  6. 消息提交：?主生产者可能需要考虑如何处理消息发送的结果，包括消息的提交与错误消息的重发等。

? ? ?主生产者在 Kafka 中是负责产生和发送消息的关键组件，它需要考虑消息的生产、路由、可靠性、顺序性以及错误处理等方面的问题。在设计和实现主生产者的时候，需要考虑到业务需求以及 Kafka 系统的特性，以确保消息的可靠性和一致性。

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八、Consumer（消费者）

? ? ?在 Kafka 中，消费者（Consumer）是用于读取和处理 Kafka 中消息的组件。消费者从一个或多个主题（Topic）中读取消息，并对这些消息进行消费和处理。

以下是关于 Kafka 中消费者的一些重要信息：

  1. 消费者组（Consumer Group）：?消费者可以组成消费者组，每个消费者组可以包含多个消费者。同一消费者组内的消费者共享各个分区的消息负载。

  2. 消息分配（Message Assignment）：?Kafka 将主题的分区按照一定规则分配给消费者组的消费者。每个消费者负责从分配给它的分区中读取消息。

  3. 消费者偏移量（Consumer Offset）：?消费者通过记录自己所消费的消息的偏移量来追踪消费进度。偏移量表示消息在分区内的位置，消费者可以定期或根据需要提交偏移量以保存消费进度。

  4. 消息消费（Message Consumption）：?消费者从分区中拉取消息，并对消息进行处理。消费者可以根据业务逻辑来进行特定的操作或处理。

  5. 消息确认（Message Acknowledgement）：?Kafka 支持消费者主动提交消息的确认，表示消息已经被成功处理。消费者可以根据需要选择同步或异步方式进行确认。

  6. 消息重新平衡（Message Rebalancing）：?当消费者组的消费者发生变化时（例如新消费者加入或旧消费者离开），Kafka 会自动进行消费者分区的重新平衡，以重新分配分区负载。

  7. 消费者位移重置（Consumer Offset Reset）：?如果消费者组中的某个消费者长时间不活动，或者发生消费者位移提交与分配不一致的情况，消费者可以选择将自己的消费者位移重置到最早或最新的位置。

? ? ?消费者是 Kafka 中负责读取和处理消息的重要组件。消费者可以以消费者组的形式协作，实现消息的负载均衡和高可用性。通过消费者位移和消费者位移提交，消费者能够追踪自己的消费进度，并在需要时重新平衡分区负载。

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九、Consumer Group（消费者组）

? ? ?在 Kafka 中，一个消费者组（Consumer Group）是一组消费者实例的集合，它们共同消费一个或多个主题（Topics）中的消息。消费者组的存在是为了实现消息的并行处理和负载均衡，从而提高整体的消息处理能力和容错性。

以下是有关 Kafka 中消费者组的一些关键信息：

  1. 消息分配：?当一个主题有多个分区（Partitions）时，Kafka 会根据一定的策略将分区分配给消费者组内的各个消费者实例。每个消费者实例负责消费其中分配到的分区中的消息。

  2. 共享消息负载：?在同一消费者组中，通常情况下每个分区只会被一个消费者实例消费，这样可以确保消息在消费者组内的均匀分配。这种方式实现了消息的并行处理，提高了整体的消费吞吐量。

  3. 消费者位移管理：?消费者组内的每个消费者实例都会独立地记录自己所消费的消息的位移（Offset），并负责提交位移的管理。这样可以确保即使消费者重新加入或者发生故障，消费者组中的其他消费者也能够继续从上次的消费位置开始消费消息。

  4. 动态扩缩容：?消费者组支持动态地扩展或缩减消费者实例的数量，Kafka 会自动重新平衡分区和消费者的关联，以适应消费者实例数量的变化。

  5. 提高容错性：?消费者组中的消费者实例是相互独立的，如果其中某个消费者实例发生故障，其它消费者实例可以继续消费剩余的分区消息，从而提高了系统的容错性。

  6. 消费者位移提交：?消费者组中的消费者可以选择同步或异步地将消费的位移提交给 Kafka，以记录自己的消费进度。

? ? ?消费者组是 Kafka 中有效管理消息处理的方式之一，通过消费者组，可以实现消息的分配、位移管理、动态扩缩容等功能，提高系统的消息处理能力和容错性。

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十、Zookeeper

? ? ?在 Kafka 中，ZooKeeper 是一个分布式的开源协调服务，它主要用于管理和维护 Kafka 集群中的元数据和一些运行时状态信息。ZooKeeper 在 Kafka 中扮演着重要的角色，以下是一些关于 Kafka 中 ZooKeeper 的重要信息：

  1. 集群协调：?ZooKeeper 负责协调和管理 Kafka 集群的各个组件，包括 Broker、Producer、Consumer 等。

  2. 维护元数据：?Kafka 集群中的元数据，如主题（Topics）、分区（Partitions）、副本分配情况等信息，以及消费者组的位移信息等都存储在 ZooKeeper 中。

  3. Leader 选举：?ZooKeeper 在 Kafka 中用于进行 Leader 的选举工作。每个分区的副本中都会有一个 Leader，ZooKeeper 协助 Kafka 进行 Leader 的选举，并管理选举过程中的状态。

  4. 健康检查：?ZooKeeper 会监控 Kafka 集群中的各个节点的健康状态，以及与集群中其他节点的通信情况，一旦发现异常，可以进行相应的处理。

  5. 分布式同步：?ZooKeeper 提供了分布式锁和同步工具，能够帮助 Kafka 在分布式系统中进行同步和协调。

  6. 配置管理：?ZooKeeper 中存储了 Kafka 集群的配置信息，并且能够实时同步配置变更。

  7. 动态成员管理：?ZooKeeper 可以帮助 Kafka 进行动态成员的管理，包括对 Broker 和 Consumer 的动态注册和发现。

  8. 协调任务管理：?ZooKeeper 可以用于管理和协调 Kafka 集群中的各种后台任务，例如重平衡（rebalancing）、分区分配等。

  9. 故障恢复：?如果 Kafka 集群中的某个节点发生故障，ZooKeeper 可以帮助集群进行故障恢复和节点的重新分配，以确保集群的稳定性和可用性。

  10. 动态配置更新：?Kafka 可以将一些动态配置信息存储在 ZooKeeper 上，并实时监控这些信息的变更，从而在配置发生变化时进行实时更新。

? ? ?ZooKeeper 在 Kafka 中扮演着关键的角色，它作为分布式的协调服务，管理着 Kafka 集群的元数据、运行时状态信息，并协助 Kafka 进行领导者选举、健康检查、分布式同步等工作，保障了 Kafka 集群的稳定运行和可靠性。

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十一、创建Topic时如何将分区放置到不同的Broker中

? ? 在 Kafka 中，可以通过设置分区器（Partitioner）来控制消息分区的放置策略，从而将分区分布在不同的 Broker 上。

? ? 默认情况下，Kafka 提供了一个默认的分区器 DefaultPartitioner，它会尽量将消息均匀地分布到不同的分区（Partitions）中。当创建一个新的主题（Topic）时，如果没有指定分区器，那么将会使用默认的分区器。

? ? 如果你希望自定义分区器来实现更精确的分区策略，你可以实现自己的分区器逻辑，继承 AbstractPartitioner 并重写?partition?方法。在 partition 方法中，你可以根据消息的键（Key）或者其他特定的规则来决定将消息分配到哪个分区中。

以下是一个示例的自定义分区器的代码：（java）

import org.apache.kafka.clients.producer.Partitioner;
import org.apache.kafka.common.Cluster;
import org.apache.kafka.common.PartitionInfo;
import org.apache.kafka.common.utils.Utils;

import java.util.List;
import java.util.Map;

public class MyPartitioner implements Partitioner {
    @Override
    public void configure(Map<String, ?> configs) {
        // 配置初始化
    }

    @Override
    public int partition(String topic, Object key, byte[] keyBytes, Object value, byte[] valueBytes, Cluster cluster) {
        List<PartitionInfo> partitions = cluster.partitionsForTopic(topic);
        int numPartitions = partitions.size();

        // 自定义的分区逻辑，根据消息的键或其他规则来决定分区

        // 示例：根据消息的键进行分区，保证相同键的消息始终被分配到同一分区
        if (key == null) {
            // 没有键的消息使用轮询方式分配到分区
            return Utils.toPositive(Utils.murmur2(valueBytes)) % numPartitions;
        } else {
            // 有键的消息根据键的哈希值分配到分区
            return Utils.toPositive(Utils.murmur2(keyBytes)) % numPartitions;
        }
    }

    @Override
    public void close() {
        // 释放资源
    }
}

自定义分区器完成后，你可以在创建主题时指定使用该分区器，例如：

Properties props = new Properties();
// 配置 Kafka 服务器地址等属性

// 使用自定义分区器
props.put("partitioner.class", "com.example.MyPartitioner");

AdminClient adminClient = AdminClient.create(props);
NewTopic newTopic = new NewTopic("my-topic", numPartitions, replicationFactor);
adminClient.createTopics(Collections.singletonList(newTopic));

这样，当新的主题被创建时，Kafka 将会使用你自定义的分区器来决定消息的分区放置策略，从而将分区分布到不同的 Broker 上。

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十二、kafka如何获取topic 主题的列表

? ? ?要使用 Kafka 的命令行工具来获取 topic 主题的列表，可以使用 Kafka 自带的脚本工具 kafka-topics.sh（在 Windows 上为 kafka-topics.bat）。以下是使用此工具获取 topic 列表的示例命令：

kafka-topics.sh --list --bootstrap-server your_kafka_server:9092

? ? ?在这个命令中，--list?参数表示列出所有的 topic 列表，--bootstrap-server?参数指定了 Kafka 服务器的地址和端口。当你执行这个命令时，它将返回所有存在的 topic 列表。

? ? ?请确保已经安装了 Kafka，并且将 Kafka 的 bin 目录添加到了系统的 PATH 环境变量中，这样就可以在命令行中直接执行 kafka-topics.sh 命令了。

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? ? ?在 Kafka 中，可以使用 Kafka 的 Java 客户端来获取 topic 主题的列表。以下是一种通过 Java 客户端获取 topic 列表的方式：

import org.apache.kafka.clients.admin.AdminClient;
import org.apache.kafka.clients.admin.ListTopicsResult;
import org.apache.kafka.clients.admin.AdminClientConfig;
import java.util.Properties;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class KafkaTopicLister {
    public static void main(final String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        Properties properties = new Properties();
        properties.put(AdminClientConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "your_kafka_server:9092");

        try (AdminClient adminClient = AdminClient.create(properties)) {
            ListTopicsResult topics = adminClient.listTopics();
            Set<String> topicNames = topics.names().get();
            for (String topic : topicNames) {
                System.out.println(topic);
            }
        }
    }
}

? ? ?在这个例子中，首先你需要创建一个 AdminClient 对象，然后调用其 listTopics() 方法来获取 topic 列表。获取到 topic 列表后，你可以进一步处理这些 topic 名称，例如打印出来或者进行其他处理。

? ? ?当然，除了 Java 客户端之外，Kafka 也提供了其他各种语言的客户端，例如 Python 和 Go 等，你也可以通过相应语言的客户端来获取 topic 列表。

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十三、consumer_offsets

? ? 在 Kafka 中，consumer_offsets 是一个特殊的内部主题（internal topic），用于存储消费者组中每个消费者的偏移量 (offset) 信息，以及消费者组的元数据。

? ? consumer_offsets 主题是由 Kafka 自动创建和管理的，用于记录每个消费者组的消费偏移量状态。每个分区的偏移量信息都被存储在 consumer_offsets 主题中的对应分区中。

consumer_offsets 主题中的消息包含以下几个关键字段：

  1. Group ID（消费者组 ID）：表明该消息是属于哪个消费者组。

  2. Topic（主题）：标识消息所属的主题。

  3. Partition（分区）：指明消息所属的分区。

  4. Offset（偏移量）：表示消费者在特定分区上已经成功消费的最新消息的偏移量。

  5. Metadata（元数据）：包含与消费者组中消费者的分区分配相关的元数据信息。

? ? consumer_offsets 主题的作用非常重要，它不仅记录了每个消费者组在分区上的偏移量，还支持 Kafka 的消费者组协议和消费者组管理功能。通过 consumer_offsets 主题，Kafka 可以实现消费者的负载均衡、故障恢复和重新分配等功能，确保消费者组可以高效地消费消息并保持消费状态的一致性。

? ? 需要注意的是，consumer_offsets 主题属于 Kafka 的内部管理主题，对于普通的数据读取和业务消费者来说，是不需要直接操作和关注的。

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十四、生产数据时数据的分组策略

? ? 在 Kafka 中，数据的分组策略是由生产者决定的。生产者通过指定一个键（key）来决定消息要发送到哪个分区（partition）中。具体的分组策略由 Kafka 提供的生产者客户端实现来定义。

? ? 默认情况下，Kafka 生产者使用的分组策略是哈希分组策略（Hashing Partitioning Strategy）。在哈希分组策略中，生产者根据消息的键进行哈希计算，并将计算结果与分区数取模，以确定消息应该发送到哪个分区中。这样相同键的消息将始终被发送到同一个分区，从而保证相同键的消息有序处理。

除了默认的哈希分组策略外，Kafka 还提供了其他几种分组策略：

  1. 轮询策略（Round Robin Strategy）：生产者将消息依次发送到每个分区，实现了一种简单的负载均衡策略。按照这种策略发送的消息会依次交替分布在不同的分区中。

  2. 自定义分组策略（Custom Partitioner）：生产者可以通过实现自定义分区器接口来实现自定义的分组策略。自定义分组策略可以根据业务需求来决定消息应该发送到哪个分区中，例如根据特定条件进行筛选或者根据一些算法来决定分区。

? ? 需要注意的是，分组策略只决定消息发送到哪个分区，并不涉及分区内部的消息顺序。在同一个分区中，消息的顺序是被保证的。分区内部的消息顺序由 Kafka 保证，而不是由分组策略来决定。

? ? 为了确保分组策略在 Kafka 中的有效性，通常需要将分区数和生产者实例数进行合理的配置，以避免数据倾斜或不均匀分布导致的性能问题。

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十五、能手动删除消息吗

? ? 在 Kafka 中，消费者是无法直接通过 API 来手动删除消息的，因为 Kafka 的设计理念之一是保存所有的消息记录，不会主动删除消息。Kafka 的消息存储是基于日志的，消息一旦被写入，通常会被保留一段时间，直到达到配置的日志保留期限。这样的设计使得 Kafka 具有持久性和可靠性。

然而，在某些情况下，如果确实有必要删除消息，可以通过以下方式来实现：

  1. 设置短期的日志保留期限：在 Kafka 的配置中，可以设置短期的消息保留期限，以便消息在指定的时间后被自动删除。这可以通过在 Broker 配置中设置?log.retention.hours?或?log.retention.minutes?来实现。

  2. 使用分区策略：可以通过分区策略来实现消息的自动过期和删除。在创建主题时，可以配置分区的消息保留期限，超出这个期限的消息将被自动删除。

  3. 通过消息键（key）和时间戳（timestamp）进行控制：可以在生产者端使用消息键和时间戳进行控制，例如在生产者发送消息时设置消息的时间戳，然后在消费者端过滤掉过期的消息。

? ? 需要注意的是，这些方法都是间接性的删除方式，Kafka 不提供直接的 API 来手动删除消息。因为 Kafka 的设计目标是保持持久性和可靠性，不鼓励主动删除消息，而是通过消息保留期限来自动管理消息的生命周期。

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十六、生产者和消费者的命令行

? ? ?Kafka 提供了命令行工具来创建和操作生产者（Producer）和消费者（Consumer）。以下是 Kafka 提供的命令行工具及其示例用法：

? ? ?生产者命令行工具 (kafka-console-producer.sh 或 kafka-console-producer.bat)

? ? ?用法示例：

kafka-console-producer.sh --broker-list your_kafka_server:9092 --topic your_topic_name

? ? ?这个命令将启动一个控制台生产者，允许你从命令行向指定的 topic 发送消息。

? ? ?消费者命令行工具 (kafka-console-consumer.sh 或 kafka-console-consumer.bat)

? ? ?用法示例（读取最新消息）：

kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server your_kafka_server:9092 --topic your_topic_name --from-beginning

? ? ?这个命令将启动一个控制台消费者，从指定的 topic 中读取最新的消息，并将其输出到命令行。

? ? ?用法示例（读取指定分区）：

kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server your_kafka_server:9092 --topic your_topic_name --partition your_partition --offset your_offset

? ? ?这个命令将启动一个控制台消费者，从指定的分区和偏移量处开始读取消息，并将其输出到命令行。

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十七、消费者组

? ? 在 Kafka 中，消费者组（Consumer Group）是一组具有相同消费主题的消费者实例。消费者组可以共同消费一个或多个主题的消息，并且每个分区的消息只会被同一个消费者组中的一个消费者实例消费。

? ? 消费者组的概念对于实现高吞吐量和水平伸缩性是非常重要的，它允许多个消费者实例并行处理 Kafka 中的消息。一个分区只能由同一个消费者组中的一个消费者实例消费，这样可以确保每条消息只被消费一次。当消费者实例加入或退出消费者组时，Kafka 会自动进行重新分配分区的操作，以实现负载均衡和故障恢复。

消费者组的好处有：

  1. 实现水平扩展：通过增加消费者实例的数量，可以增加消费者组的处理能力，实现消息处理的并行性和高吞吐量。

  2. 容错和故障恢复：当某个消费者实例发生故障或退出时，Kafka 会自动将该实例负责的分区重新分配给其他正常的消费者实例，从而实现容错和故障恢复。

  3. 消费者组偏移量管理：Kafka 维护每个消费者组的消费偏移量（consumer offset），消费者实例可以通过提交偏移量的方式记录自己已经消费的消息位置，即使消费者实例出现故障或重启，也可以从上次的偏移量继续消费，避免消息重复消费或丢失。

? ? 消费者组在 Kafka 的应用场景中是非常常见的，例如多个后端服务需要消费同一个主题的消息，使用消费者组可以实现消息的分发和负载均衡。同时，消费者组也能够支持多个应用程序或团队之间的数据订阅和消费，实现解耦和扩展。

? ? 需要注意的是，消费者组中的每个消费者实例只能消费同一个主题下的不同分区，并且一个分区只能由一个消费者实例消费。另外，消费者组中的消费者实例数量应该适度，过多或过少的消费者实例都可能导致效率下降或数据处理不均衡的问题。因此，正确配置消费者组的数量和分区数量是保证 Kafka 高效消费的重要因素之一。

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十八、consumer消费方式

? ? ?在 Kafka 中，消费者（Consumer）是用于读取和处理消息的客户端应用程序。消费者从一个或多个主题（Topics）中读取消息，并将其进行处理。消费者可以以不同的方式订阅（Subscribe）主题，例如订阅一个特定的主题，或者订阅一个主题的消息流。

? ? ?在 Kafka 中，消费者可以使用 Kafka 提供的官方客户端（例如 Java 客户端、Python 客户端等）来实现。这些客户端提供了丰富的 API 和功能，使得消费者能够便捷地与 Kafka 集群进行交互。

? ? ?消费者可以以两种方式来消费消息：

  1. 手动提交偏移量（Manual Offset Committing）：消费者可以手动控制偏移量的提交，以确保消息的可靠性处理。手动提交偏移量需要消费者显式地调用提交方法来提交偏移量。

  2. 自动提交偏移量（Auto Offset Committing）：消费者可以选择开启自动提交偏移量的功能，使得偏移量会在后台自动提交给 Kafka。这种方式可以简化开发流程，但也可能会导致一些消息丢失。

? ? ?消费者可以以不同的方式进行消息的消费，包括：

  • 订阅整个主题（Subscribe to Topic）：消费者可以订阅一个或多个主题，并从这些主题中读取消息。

  • 分配特定分区（Assign Specific Partitions）：消费者可以直接分配特定的分区，从而对这些分区的消息进行消费。这种方式通常用于实现对分区级别的更精确控制。

? ? ?消费者的实现可以根据具体的需求和编程语言选择相应的 Kafka 客户端，并根据客户端的 API 文档来配置和编写代码。无论使用哪种客户端，消费者的基本原理和操作流程是相似的。

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十九、consumer是推还是拉

  1. ?Kafka最初考虑的问题是customer应该从brokers摘取消息还是brokers将消息推送到consmer，也就是pull还是push。在这方面，Kafka遵循了一种大部分消息系统共同的传统的设计：Producer将消息推送到broker，consumer从broker拉取消息。
  2. ?一些消息系统比如 Scribe 和 Apache Flume 采用了 push模式，将消息推送到下游的 consumer。这样做有好处也有坏处：由broker 决定消息推送的速率，对于不同消费速率的consumer就不太好处理了。消息系统都致力于让consumer以最大的速率最快速的消费消息，但不幸的是，push模式下，当broker推送的速率远大于consumer消费的速率时，consumer恐怕就要崩溃了。最终Kafka还是选取了传统的pull模式。
  3. pull模式的另外一个好处是consumer可以自主决定是批量的从broker拉取数据。push模式必须在不知道下游consumer消费能力和消费策略的情况下决定是立即推送每条消息还是缓存之后批量推送。如果为了避免consumer崩溃而采用较低的推送速率，将可能导致一次只推较少的消息而造成浪费。pull模式下，consumer就可以根据自己的消费能力去决定这些策略。
  4. pull有个缺点是，如果broker没有可供消费的消息，将导致consumer不断在循环中轮询，进到新消息到达。为了避免这点，kafka有个参数可以让consumer阻塞知道新消息到达（当然也可以阻塞知道消息的数量达到某个特定的数量这样就可以批量发送）。

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二十、Consumer 是否可以消费指定分区消息

? ? Kafka 的 Consumer 可以消费指定分区的消息。在 Kafka 中，Consumer 可以通过订阅指定的 Topic，并指定分区的方式来消费消息。

以下是消费者消费指定分区消息的一般步骤：

? 1. 订阅 Topic：

  • 首先，消费者需要订阅一个或多个 Topic，可以同时订阅多个 Topic。
  • 通过订阅 Topic，消费者会获得该 Topic 所有分区的消息。

? 2. 分配分区：

  • 消费者可以选择手动分配分区或者由 Kafka 自动分配分区。
  • 如果选择手动分配分区，消费者可以使用?assign?方法来分配指定的分区。

? 3. 消费消息：

  • 一旦订阅了 Topic 或分配了分区，消费者就可以开始消费消息了。
  • 消费者可以使用?poll?方法从指定分区获取消息，处理并提交偏移量。

? ? 实际上，在 Kafka 中，消费者可以通过控制分区的方式精准地选择要消费的消息。这为消费者提供了更灵活的消息处理能力，使其能够根据需求选择特定的分区来消费消息。

? ? 需要注意的是，为了保证消息的顺序性，通常情况下一个分区只会被一个消费者实例消费，这意味着如果多个消费者同时消费同一个分区，可能会破坏消息的顺序。因此，在分配分区和进行消费时，需要考虑好消息的顺序性和负载均衡等因素。

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二十一、消费者如何消费数据

? ? 在 Kafka 中，消费者可以使用 Kafka Consumer API 来消费数据。下面是基本的 Kafka 消费者消费数据的流程：

  1. 创建一个 Kafka 消费者实例：使用 Kafka Consumer API 创建一个消费者实例，并配置相关属性，例如指定要连接的 Kafka 集群的地址、消费者组、主题等。

  2. 订阅或分配分区：根据需要，消费者可以通过?subscribe()?方法订阅一个或多个主题，或者通过?assign()?方法手动分配特定的分区。

  3. 拉取数据：使用?poll()?方法从 Kafka 中拉取数据。该方法会返回一个记录集合（ConsumerRecords）。

  4. 处理数据：遍历记录集合，对每个记录进行处理操作，例如获取记录的键和值，进行业务逻辑处理等。

  5. 提交消费位移：在消费者处理完数据后，可以使用?commitSync()?或者?commitAsync()?方法提交消费者位移。这可以确保消费者的位移被记录下来，防止重复消费。

  6. 控制消费速率：消费者可以通过适当地控制拉取数据的频率来控制消费速率。可以通过调整?poll()?方法的参数，例如设置?max.poll.records?来限制单次拉取的最大记录数。

  7. 关闭消费者实例：在不再需要消费数据时，可以调用?close()?方法关闭消费者实例，释放资源。

? ? 需要注意的是，Kafka 的消费者是基于分区的消费模型，每个消费者组中的消费者可以并行地消费不同的分区。Kafka 会自动进行分区再均衡，以确保每个分区在同一个消费者组中只被一个消费者消费。

? ? 通过使用 Kafka Consumer API 提供的方法和配置，消费者可以实现灵活高效地消费 Kafka 中的消息数据。

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二十二、消费者负载均衡策略

? ? 在 Kafka 中，消费者负载均衡是通过消费者组的概念来实现的。同一个消费者组中的消费者共同消费一个或多个主题的分区数据，并且 Kafka 会自动进行分区再均衡，以保证每个分区只被一个消费者消费。

Kafka 提供了以下两种消费者负载均衡的策略：

  1. Range（默认策略）：这是 Kafka 0.9.0.0 版本引入的默认负载均衡策略。该策略将分区数目尽可能平均地分配给长时间存活的消费者。消费者组中的每个消费者负责一系列连续的分区。当消费者加入或退出消费者组时，分区的分配会重新进行平衡，确保每个消费者负责的分区数保持平衡。

  2. RoundRobin：这是之前版本 Kafka 的默认负载均衡策略。该策略简单地将分区按照顺序依次分配给消费者。当消费者加入或退出消费者组时，分区的分配会重新进行平衡，但平衡是基于整体分区数目的，而不是分区的大小。

? ? 除了上述默认的负载均衡策略，Kafka 还支持自定义消费者负载均衡策略。你可以实现 Kafka 提供的?org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerPartitionAssignor?接口，并在消费者配置中指定你自定义的负载均衡策略。

? ? 需要注意的是，无论使用哪种负载均衡策略，当消费者加入或退出消费者组时，Kafka 会重新平衡分区的分配，但这可能会导致一定的消费者重新消费之前已经消费过的消息。为了避免数据的重复消费，你可以使用消费者的位移提交功能，在消费者处理完消息后，提交消费位移，以记录消费的进度。

? ? Kafka 提供了默认的 Range 和 RoundRobin 两种消费者负载均衡策略，并支持自定义负载均衡策略。通过合适的负载均衡策略，消费者可以均衡地消费 Kafka 中的分区数据。

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二十三、message格式是什么

? ? kafka的Message由一个固定长度的 header和一个变长的消息体 body组成

  1. header部分由一个字节的magic（文件格式）和四个字节的CRC32（用于判断body消息体是否正常）构成。
  2. 当magic值为1时，会在magic和crc32之间多一个字节的数据；attributes（保存一些相关属性，比如是否压缩，压缩格式等等）。
  3. 若magic值为0，那么不存在attributes属性。
  4. body部分由N个字节构成的一个消息体，包含了具体的 key/value消息。

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二十四、Kafka 可以接收的消息最大为多少

? ? Kafka 可以接收的消息大小，实际上是由 Kafka broker 和相关配置参数共同决定的。一般来说，Kafka 针对消息大小会设置?message.max.bytes?参数来限制单个消息的最大大小。默认情况下，message.max.bytes?参数的值为 1000000 字节（约 1MB）。

? ? 如果要接收更大的消息，可以通过修改 Kafka broker 的配置文件，将?message.max.bytes?参数设置成所需的大小。但需要注意，过大的消息可能会引起网络传输、磁盘负载等问题，因此需要根据实际情况进行合理的设置。

除了单个消息的大小限制，Kafka 也对消息集合（batch）的大小进行了限制，这一限制由?batch.size?参数来控制。batch.size?参数限制了生产者可以发送的消息集合的最大大小，它实际上代表了生产者发送到 Kafka 的消息批次的最大总字节数。

? ? Kafka 可以接收的消息最大大小取决于?message.max.bytes?和?batch.size?参数的设置，通过合理配置这些参数，可以满足不同场景下对消息大小的需求。

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二十五、数据有序生

  1. 一个消费者组里它的内部是有序的
  2. 消费者组与消费组之间是无序的。

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? ? 在 Kafka 中，针对同一个分区内的消息，可以保证数据的顺序性。这意味着，当生产者将消息发布到同一个分区时，消息的先后顺序将得到保留。消费者在从该分区中读取消息时，会按照消息的先后顺序进行消费。

? ? 然而，需要注意的是，Kafka 仅保证同一个分区内消息的有序性，而不保证不同分区之间的消息有序性。因为 Kafka 中的每个分区是独立的消息队列，不同分区之间的消息可能是并发存储和消费的。

? ? 因此，对于需要保持严格全局顺序的场景，需要保证所有相关的消息都发送到同一个分区中。此外，即使在同一个分区内，由于 Kafka 的高可用性和分布式特性，当发生分区的重新分配、节点故障或者其他因素时，也可能会导致消息的稍微调整。

? ? Kafka 可以保证同一个分区内消息的有序性，但对于全局有序性的需求，需要在消息的生产和消费端进行相关的设计和控制。

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二十六、消息消费是采用Pull 模式，还是Push 模式

? ? Kafka 的消息消费采用 Pull 模式。

? ? 在 Kafka 中，消费者负责从 Broker 拉取消息，而不是由 Broker 主动推送消息给消费者。这是因为 Pull 模式具有更好的扩展性和灵活性，可以根据消费者的处理能力和吞吐量来自主控制消息的获取。

? ? 具体来说，消费者可以通过调用?poll()?方法来主动从 Kafka 集群中拉取消息。消费者可以定义一个拉取的时间间隔，定期调用?poll()?方法以获取一批消息，并按照需要进行处理。

使用 Pull 模式的好处是：

? 1. 灵活性：

  • 消费者可以根据自身的处理能力和需求来决定拉取消息的速率。
  • 消费者可以根据现有的消息处理情况，动态调整拉取的频率和批量大小。

? 2. 削峰填谷：

  • Pull 模式允许消费者根据自身情况，根据需求来拉取消息，从而实现削峰填谷的效果。
  • 如果消费者处理能力不足，可以降低拉取的频率，防止消息堆积。

? 3. 消息复读：

  • Pull 模式使得消费者可以重复拉取同一批消息。
  • 消费者可以通过提交偏移量来记录已经处理完的消息，确保不会错过任何消息。

? ? 需要注意的是，尽管 Kafka 的消息消费采用 Pull 模式，但它的消息发布（生产）部分是通过 Push 模式实现的。生产者将消息发送到 Broker 后，Broker 会推送给订阅该 Topic 的消费者。而消费者则需要通过拉取方式来获取消息。这种组合的方式使 Kafka 具有灵活、高效的消息处理能力。

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二十七、消息消费为什么不用Push模式

Kafka 消息消费采用 Pull 模式的主要原因包括以下几点：

  1. 消费者的处理能力不确定：
    消费者的处理能力是不确定的，可能会因为各种原因出现处理速度上的差异。使用 Pull 模式可以让消费者根据自身处理能力和负载来主动获取消息，从而避免消息被推送而无法即时处理的情况。而且 Pull 模式允许消费者根据自身情况动态调整拉取消息的速率，以更好地应对实际处理需求。

  2. 削峰填谷需求：
    在实际应用中，消费者对消息的处理速度可能会出现波动，可能出现突发的高负载情况。采用 Pull 模式可以使消费者根据需要主动控制消息的拉取速率，从而更好地应对系统的负载变化，实现削峰填谷的效果。

  3. 精细的偏移量控制：
    使用 Pull 模式可以允许消费者精细地控制偏移量的提交和消息的处理情况。消费者可以决定何时提交偏移量，确保消息被处理后再进行提交，从而避免数据的丢失或重复处理。

  4. 消息重放的能力：
    Pull 模式使得消费者可以重复拉取同一批消息，以便进行消息的重放或者重新处理。这对于容错和数据处理的健壮性非常重要。

? ? Kafka 消息消费采用 Pull 模式主要是为了确保消费者可以根据自身的处理能力和需求来灵活地获取消息，并且能够更好地应对系统负载变化、实现精细的偏移量控制，以及提供消息重放的能力，从而增强消息系统的稳定性和可靠性。

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二十八、Java Consumer为什么采用单线程来获取消息

Java的Kafka Consumer采用单线程来获取消息主要是出于以下几个原因：

  1. 简单性：单线程模型简化了Consumer的设计和实现。在多线程模型中，需要处理线程同步、资源分配等问题，这会增加代码的复杂性和出错的可能性。单线程模型则避免了这些问题，使得代码更简洁、易读和维护。
  2. 避免并发问题：由于Kafka的topic分区是为了实现并行处理而设计的，每个partition都可以独立处理数据，因此在单个Consumer中采用单线程可以避免并发控制的问题，减少处理数据的复杂性。
  3. 避免数据丢失：单线程模型可以保证Consumer获取消息的顺序和生产者发送消息的顺序一致，避免了多线程模型中可能出现的线程安全问题，从而避免了数据丢失的可能性。
  4. 减少资源消耗：相对于多线程模型，单线程模型可以减少线程切换和上下文切换带来的资源消耗，从而提高系统的吞吐量。
  5. 提供更好的扩展性：如果将来需要增加并行度以提高性能，Consumer可以在多个线程或进程中运行，每个线程或进程仍然采用单线程模型。这样可以在不改变现有代码的情况下实现并行处理，提高了系统的可扩展性。

尽管单线程模型有其优点，但在处理大量数据或需要高性能的应用场景中，可能需要采用多线程模型来提高处理速度。但需要注意的是，多线程模型需要解决线程同步、数据划分和负载均衡等问题，以确保系统的稳定性和可靠性。

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二十九、Follower副本消息同步的完整流程

? ? Kafka 中的 Follower 副本负责从 Leader 副本处同步消息，以确保数据的冗余和容错性。下面是 Kafka Follower 副本消息同步的完整流程：

  1. Leader 生成消息：当生产者向 Kafka 集群发送消息时，消息会首先被写入对应分区的 Leader 副本中。

  2. Leader 分发消息：Leader 副本会将收到的消息分发给所有的 Follower 副本。

  3. Follower 拉取消息：Follower 副本定期拉取来自 Leader 的消息数据。拉取的频率由参数 replica.fetch.min.bytes 和 replica.fetch.max.wait.ms 控制。

  4. 同步复制：Follower 副本会将拉取到的消息数据写入本地磁盘，并向 Leader 发送确认响应，表示已经成功复制了消息数据。

  5. 同步阻塞：如果 Follower 副本未能及时拉取消息或者复制消息过程中出现了延迟，可能会导致同步阻塞。此时 Follower 副本会等待一段时间后重试同步，以确保数据最终一致性。

  6. Leader 确认：Leader 接收到来自所有 ISR（In-Sync Replica，即同步副本集合）的 Follower 副本的确认响应后，会向生产者发送消息确认，表明消息已经成功被复制到 ISR 中的所有副本，从而完成消息的提交。

? ? 需要注意的是，Follower 副本的消息同步流程是一个异步的过程，Follower 副本不会立即将消息复制到本地磁盘上，而是根据一定的拉取频率和确认机制来确保同步的可靠性。

? ? 整个流程中，Leader 副本负责将消息分发给 Follower 副本，而 Follower 副本则需要定期拉取和复制消息数据，并向 Leader 发送确认响应，以完成消息的同步复制过程。这样，即使 Leader 副本发生故障，仍然可以从 ISR 中的 Follower 副本中恢复数据，保证了 Kafka 集群的高可靠性和容错性。

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三十、消息队列的作用

Kafka 是一个分布式的高吞吐量消息队列系统，它具有以下主要作用：

  1. 消息传递：作为一个消息队列系统，Kafka 提供了可靠的消息传递机制。生产者可以将消息发送到 Kafka，而消费者可以从 Kafka 中订阅并获取这些消息。Kafka 保证消息的可靠存储和传递，使得不同的系统、应用程序之间可以实现异步的消息通信。

  2. 解耦：Kafka 的消息传递机制可以将生产者和消费者解耦。生产者无需知道消息将被哪些消费者接收和处理，而消费者则可以独立于生产者进行扩展和调整。

  3. 削峰填谷：在高并发的场景下，Kafka 可以用作削峰填谷的缓冲区。生产者可以将消息发送到 Kafka 的缓冲区，而消费者可以根据自己的处理能力逐步消费这些消息，以平衡生产和消费之间的速度差异。

  4. 持久化存储：Kafka 提供了可靠的持久化存储机制。消息被存储在磁盘上，并通过备份和复制机制来实现高可用性和冗余性。即使某些节点发生故障，消息仍然可以从其他节点恢复。

  5. 流处理：Kafka 还可以作为一个流处理平台，支持实时的流数据处理。通过将消息流和处理逻辑集成在一起，可以实现实时的数据转换、分析和计算等功能。

  6. 异步：Kafka 实现异步的作用在于提高系统的吞吐量和并发性，以及改善系统的响应速度和资源利用效率。具体来说，异步操作在 Kafka 中的作用包括以下几个方面：

    1. 提高吞吐量：通过异步操作，Kafka 客户端可以在发送或接收消息的同时继续执行其他任务，而不需要等待操作的完成。这样可以充分利用系统资源，提高并发处理能力，从而提高整体的系统吞吐量。

    2. 改善响应速度：由于异步操作是非阻塞的，Kafka 客户端可以在发送或接收消息的同时响应其他请求，从而缩短请求的处理时间，改善系统的响应速度。这对于实时数据处理和低延迟的应用场景尤为重要。

    3. 减少资源阻塞：在传统的同步操作中，线程会因为等待 I/O 操作完成而被阻塞，导致系统资源的浪费。而通过异步操作，可以充分利用线程的时间片，避免线程阻塞，减少资源浪费，提高系统的效率。

    4. 提高系统的稳定性：通过合理配置异步操作的线程池等资源，可以更加灵活地管理系统资源，提高系统的稳定性和可靠性。

? ? Kafka 的作用是提供高吞吐量的分布式消息队列服务，用于实现异步的消息传递、解耦、削峰填谷和持久化存储等功能。它能够满足大规模、高并发的数据处理和传输需求，并广泛应用于各种场景，如日志收集、实时数据处理、消息系统、事件驱动架构等。

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三十一、Kafka 维护消费状态跟踪的方法

? ? ?Kafka 提供了两种维护消费状态跟踪的方法：提交消费位移（Committing Consumer Offsets）和使用组管理协议（Using Group Management Protocol）。

  1. 提交消费位移：?在这种方法中，消费者负责跟踪其消费的位移（Offset）并将其提交给 Kafka。消费者可以周期性地或在特定事件发生时提交位移，以记录已经处理的消息。Kafka 提供了手动提交位移的功能，消费者可以根据自己的需求选择何时提交位移。这种方法适用于需要更细粒度的位移控制和更高的消费位置灵活性的情况。

  2. 组管理协议：?在这种方法中，Kafka 消费者使用组管理协议来维护消费状态跟踪。消费者将自己加入一个消费者组（Consumer Group）并与其他消费者共同消费特定的主题。Kafka 会自动跟踪每个消费者组的消费位移，并确保每个消费者只消费尚未被其他消费者处理的消息。当消费者加入或离开消费者组时，Kafka 会自动重新平衡分区的分配，以保证消息在消费者组内的均衡分布。这种方法适用于需要消息的并行处理和负载均衡的情况。

? ? ?无论使用哪种方法，Kafka 都支持消费者的容错恢复。如果消费者发生故障或重新加入消费者组，它可以向 Kafka 请求之前提交的位移，并从上次的消费位置继续消费消息。

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? ? ?另外，Kafka 还提供了一些额外的功能和机制来维护消费状态跟踪：

  1. 自动位移提交：?除了手动提交位移外，Kafka 也支持自动位移提交。消费者可以配置为在后台自动定期提交位移，或者在每次消费一批消息后立即提交位移。这样可以减少手动提交位移的复杂性，并确保消费状态的持久性。

  2. 位移重置和恢复：?在某些情况下，消费者可能需要重置或恢复位移。Kafka 提供了重置位移的功能，允许消费者从一个特定的位移位置开始消费消息。消费者还可以针对异常情况进行位移恢复，例如处理失败或超时的消息。

  3. 消费者位移事件通知：?Kafka 提供了位移提交事件和位移重置事件的通知机制。消费者可以注册位移提交和位移重置的事件监听器，以便在位移发生变化时进行处理。这对于监控和调试消费者状态非常有用。

  4. 消费者偏移量存储：?Kafka 允许消费者将位移存储在外部系统中，例如 Apache ZooKeeper、Apache Cassandra 或外部数据库。这样可以实现跨多个消费者实例的位移共享和状态恢复。

? ? ?Kafka 提供了多种灵活的方式来维护消费状态跟踪。无论是手动提交位移、使用组管理协议、自动位移提交，还是位移重置和恢复，Kafka 提供了丰富的功能和机制来满足不同应用场景和需求的要求。

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三十二、为什么需要消息系统，MySQL不能满足需求吗

Kafka 和 MySQL 两者是两种完全不同的系统，各自在不同的使用场景中扮演不同的角色，因此并不是完全的替代关系。下面我将解释为什么需要消息系统 Kafka ，而 MySQL 不能满足所有的需求：

  1. 实时数据处理和流式处理：?Kafka 专注于实时数据流处理，能够处理高吞吐量的消息传输和流数据处理，尤其适合用于构建实时数据管道、事件驱动架构和流式处理应用。而 MySQL 更适用于传统的关系型数据库应用，通常用于事务处理和分析查询，对实时数据流处理的支持并不如 Kafka 那样强大。

  2. 消息队列和发布订阅模式：?Kafka 提供高性能的消息队列和发布订阅模式，能够支持多个消费者订阅同一个主题并独立消费消息，同时保证消息的持久性和顺序性。这种发布订阅模式的特性，使得 Kafka 在构建实时数据流和事件驱动架构时具有独特优势。相比之下，MySQL 并不是一个设计用于消息队列和发布订阅模式的系统，其主要职责是管理和存储结构化数据。

  3. 数据分发和高可扩展性：?Kafka 能够轻松处理多个生产者产生的大量消息，并能够水平扩展以适应不断增长的数据量以及更高的并发处理需求。另一方面，MySQL 在面对大规模数据分发和高并发写入的场景时可能会面临性能瓶颈。

  4. 解耦和异步通信：?Kafka 能够实现系统之间的解耦和异步通信，从而提高系统的弹性和可靠性。相比之下，MySQL 更多地被用于数据的存储和关系型查询，而不是作为消息传递系统。

  5. 数据持久化和数据模型：?Kafka 是一个持久化消息系统，可以长期保存消息流，允许消费者消费历史消息。Kafka 的数据模型是基于分布式日志的，消息在顺序写入和顺序读取时具有很高的吞吐量。相比之下，MySQL 是一个关系型数据库系统，将数据持久化为表格结构，支持复杂的事务和查询操作。

  6. 数据处理的延迟和吞吐量：?Kafka 的设计目标是最小化延迟并提供高吞吐量的数据处理能力。它可以处理大量的消息和高并发的读写操作。MySQL 也可以提供高性能的查询和事务处理，但在大规模数据流处理和实时数据管道中，Kafka 更常用于实现低延迟和高吞吐量的数据处理。

  7. 可靠性和容错性：?Kafka 具有高度的可靠性和容错性。它通过多个副本进行消息持久化，并使用分布式存储和复制机制来确保数据可用性。Kafka 还提供了故障检测和自动故障转移能力。MySQL 也提供一定程度的可靠性和容错性，但它的数据复制和故障转移机制相对较为复杂。

  8. 数据一致性和事务支持：?Kafka 是一个分布式系统，能够提供跨多个应用和服务的数据一致性保证。它支持基于消息的事务，允许多个消息在一次事务中原子提交或回滚。MySQL 是一个关系型数据库系统，具有强大的事务支持和数据一致性特性，适合处理复杂的事务操作。

  9. 数据湖和数据仓库：?Kafka 可以用作数据湖和数据仓库的基础设施，用于收集、存储和处理大数据。它可以作为数据管道将各个数据源连接起来，供数据分析和处理使用。相比之下，MySQL 更适合传统的数据仓库用途，支持复杂的分析查询和报表生成。

? ? ?Kafka 和 MySQL 在数据处理、持久化、延迟、可靠性和数据模型等方面有不同的优势和适用场景。Kafka 主要用于实时数据处理、消息流转和异步通信，而 MySQL 则更适用于事务性数据存储和关系型查询。在实际应用中，根据具体的需求和应用场景，选择适当的系统来满足业务需求是很重要的；往往会根据数据处理的不同阶段和要求，同时使用 Kafka 和 MySQL 来构建全面的数据处理和存储方案。

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三十三、Zookeeper对于Kafka的作用是什么

? ? ?ZooKeeper 在 Kafka 中扮演着关键的角色，其主要作用有以下几个方面：

  1. 协调服务：?Kafka 使用 ZooKeeper 来进行协调和管理集群中的各个节点。ZooKeeper 通过提供高可用的、分布式的、一致性的协调服务，帮助 Kafka 管理和监控集群中的各个组件。

  2. 元数据管理：?Kafka 的元数据，例如 Topic、Partition、Broker 和消费者组等信息，都存储在 ZooKeeper 中。通过 ZooKeeper，Kafka 能够动态地注册、发现和更新这些元数据信息。Kafka 通过监听 ZooKeeper 上的节点变化来感知和处理集群的变化。

  3. 领导者选举：?Kafka 使用 ZooKeeper 来进行领导者选举。在一个 Kafka Topic 的多个 Partition 中，每个 Partition 都有一个领导者（leader）和多个副本（replica）。ZooKeeper 维护着这些副本的状态，协助进行领导者的选举过程，当某个领导者失效时，ZooKeeper 负责重新选举出新的领导者。

  4. 消费者组协调：?ZooKeeper 还用于协调和管理 Kafka 中的消费者组。Kafka 消费者通过与 ZooKeeper 进行交互，进行消费状态的管理和协调。例如，ZooKeeper 负责记录消费者组的位移（offset）信息，以便消费者能够从正确的位置消费消息。对于消费者组中的动态变化，ZooKeeper 也可以及时感知和更新。

  5. 故障检测和恢复：?ZooKeeper 能够帮助 Kafka 检测和处理故障情况。通过监控 ZooKeeper 上各节点的状态和变化，Kafka 可以感知并处理节点的故障、宕机或网络分区等情况。这样可以使 Kafka 集群在出现故障时能够快速恢复正常状态。

? ? ?ZooKeeper 在 Kafka 中起到了重要的协调和管理的作用。它提供了可靠的分布式协调服务，帮助 Kafka 进行元数据管理、领导者选举、消费者组协调、故障检测和恢复等关键功能。没有 ZooKeeper 的支持，Kafka 难以实现其分布式、可靠和高可用的特性。

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三十四、LEO、LSO、AR、ISR、HW 含义

在 Kafka 中，LEO、LSO、AR、ISR 和 HW 是与副本同步和消息持久化相关的重要概念：

  1. LEO（Log End Offset）：LEO 是指日志的末端偏移量。它表示当前分区中消息存储的偏移量，也就是最后一条消息的偏移量加一。LEO 是 Kafka 中保留的最新的消息偏移量，用于标识下一条即将被追加到日志中的消息的位置。

  2. LSO（Log Start Offset）：LSO 是指日志的起始偏移量。它指示分区中最早的消息的偏移量。LSO 是用来标识最早的有效消息在日志中的位置。

  3. AR（Assigned Replicas）：AR 是指一个分区的所有副本集合。在 Kafka 中，一个分区可以有多个副本（replica），每个副本由一个 broker（Kafka 服务器）托管。AR 表示为分区指定的副本集。

  4. ISR（In-Sync Replicas）：ISR 是指处于同步状态的副本集合。ISR 是 AR 的一个子集，表示正在正确地从 leader 副本同步数据的副本集合。ISR 中的副本是可用于服务读取请求的可靠副本。Kafka 使用 ISR 来提供故障容错和高可用性，并确保数据的可靠性。

  5. HW（High Watermark）：HW 是指分区中所有副本的最小偏移量。这是一个重要的概念，用于消息的持久化和丢失检测。HW 表示已经成功复制（已写入并确认）的消息的最后一个偏移量，在 HW 之前的消息均被认为是“已提交”的消息。只有已经确认写入到 HW 之前的消息才能被消费者消费。

? ? LEO 是当前分区中消息存储的末端偏移量，LSO 是最早的消息的偏移量，AR 是分区的所有副本集合，ISR 是处于同步状态的副本集合，HW 是复制进度的一个标记。这些概念在 Kafka 中用于确保数据的可靠性和一致性。

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三十五、数据传输的事务定义

? ? ?Kafka 中的事务定义是指一组相关的消息被作为原子单元进行发送和处理的机制。在 Kafka 中，数据传输的事务定义具体涉及到以下几个概念：

  1. 生产者事务：?生产者事务允许生产者将一组相关的消息原子地发送到 Kafka 集群中的 topic。这意味着要么所有消息都成功发送，要么所有消息都不会被发送。生产者事务可以确保消息在发送时要么全部成功，要么全部失败，从而保证消息的一致性。

  2. 消费者事务：?消费者事务允许消费者将一组相关的消息原子地处理。在 Kafka 中，消费者通常会将消费消息与外部存储系统（比如数据库）的更新操作作为一个事务来处理，以确保消息被处理的原子性。

  3. 事务性的消息传输：?在 Kafka 中，生产者可以使用事务性的方式将消息发送到 Broker，而消费者也可以以事务性的方式从 Broker 消费消息。这就意味着生产者可以确保一组消息原子地发送，而消费者可以确保一组消息原子地处理。

  4. 事务性元数据操作：?Kafka 还提供了用于管理事务的元数据操作，包括事务 ID 的分配、事务状态的记录、事务的提交和回滚等操作。这些操作能够帮助生产者和消费者利用 Kafka 的事务性特性来确保数据传输的一致性和可靠性。

? ? ?Kafka 的事务定义是为了在数据传输过程中实现消息的原子性、一致性和持久性，从而保证数据在不同系统之间的可靠传输和处理。事务性的消息传输机制使得 Kafka 在诸如数据集成、事件驱动架构等场景中能够提供高度可靠和一致的数据传输服务。

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三十六、数据传输的事务保证

Kafka 数据传输的事务保证包括以下几种：

  1. 最多一次（At Most Once）：?这种事务保证确保消息可能会丢失，但不会重复传输。在这种情况下，消息可能会出现丢失的情况，但绝对不会导致重复处理。

  2. 最少一次（At Least Once）：?这种事务保证确保消息不会丢失，但可能会重复传输。在这种情况下，消息保证不会丢失，但可能会导致同一消息被处理多次。

  3. 正好一次（Exactly Once）：?这种事务保证确保每条消息都会被准确传输且仅被传输一次。在这种情况下，每条消息都能够被确保精准地传输且不会重复处理。

? ? ?Kafka 提供了灵活的配置选项和丰富的功能来支持这些不同的事务保证，用户可以根据自己的业务需求和场景选择适合的消息传递保证机制。

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三十七、判断一个节点是否还活着

Kafka判断一个节点是否还活着的具体依据如下：

  1. 节点必须能够维持与ZooKeeper的连接。ZooKeeper通过心跳机制检查每个节点的连接状态，如果节点与ZooKeeper的连接断开，则认为该节点已经失去联系。
  2. 如果节点是一个follower，它必须能够及时地同步leader的写操作。如果follower的同步操作延时太久，或者无法正常同步，那么Kafka会将其标记为不可用。
  3. 通过监视 ZooKeeper 中的临时节点（ephemeral nodes），可以判断一个节点是否还活着。Kafka 的经纪人（broker）在 ZooKeeper 中会创建一个临时节点，并且定期向 ZooKeeper 发送心跳以保持节点的存活状态。如果一个节点宕机或网络故障，那么对应的临时节点会被删除，其他监视该节点的进程将收到通知，从而可以得知该节点不再活着。
  4. Kafka 也提供了一些工具和 API，可以用来监控和管理节点的健康状态，如Kafka自带的工具和一些第三方的监控工具。通过这些工具，可以监控节点的运行状态、负载情况、错误日志等信息，从而判断一个节点是否还活着。
  5. 使用 Kafka 自带的监控工具（如 Kafka Manager、Kafka Monitor 等）或第三方监控工具（如 Prometheus、Grafana 等）来监视 Kafka 集群的健康状态。
  6. 这些工具通常会提供节点的状态信息、消息传输速率、吞吐量、副本同步状态等指标，可以通过这些指标来判断节点是否正常运行。
  7. 使用 Kafka 提供的命令行工具（如 kafka-topics.sh、kafka-consumer-groups.sh 等）可以检查集群中的节点状态。
  8. 例如，使用?kafka-topics.sh?工具的?--describe?命令可以查看分区的 Leader、Replicas 和 ISR（In-Sync Replicas）等信息。
  9. 如果一个节点处于不活跃状态，则该节点可能无法被选举为 Leader，或者该节点的 ISR 列表为空。
  10. Kafka 使用 ZooKeeper 来存储元数据和进行 Leader 选举。可以使用 ZooKeeper 提供的命令行工具（如 zkCli.sh）来检查节点的状态。
  11. 例如，使用?zkCli.sh?工具的?ls?命令可以列出 ZooKeeper 中的节点，使用?get?命令可以获取节点的数据。
  12. 如果一个节点在 ZooKeeper 中不存在或者数据为空，那么该节点可能处于不活跃状态。
  13. 查看 Kafka Broker 的日志文件可以提供关于节点运行状态的更详细信息。
  14. 在节点正常运行时，会写入相关的日志消息。如果一个节点停止写入日志或者出现异常的日志消息，可能表示该节点遇到了问题。

? ? 这些方法可以帮助你判断 Kafka 集群中的节点是否还活着。根据具体的情况，你可以结合使用多种方法来确保节点的正常运行，并及时发现和解决可能的问题。

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三十八、Kafka 与传统MQ消息系统之间区别

Kafka 和传统消息队列（MQ）系统之间有几个重要的区别：

? 1. 消息持久化：

  • 传统消息队列（如 RabbitMQ、ActiveMQ 等）通常将消息持久化在自己的存储中，并且在消息被确认消费前一直保存在队列中。这意味着消费者可以按需消费消息，并且不需要担心消息被丢失。
  • Kafka 通过持久化到磁盘的方式，为消息提供了长期存储的能力，并允许消费者根据自己的偏移量进行灵活的消费。消费者可以重复读取消息，而不会丢失已经提交的消息。

? 2. 消费者状态管理：

  • 传统消息队列通常采用拉模式（Pull），消费者自己维护自己消费的状态，通过轮询的方式不断地向消息队列请求消息。
  • Kafka 采用推模式（Push），消费者的偏移量由消费者组进行管理，这允许协调消费者从特定偏移量读取消息的能力。Kafka 允许多个消费者订阅相同的主题，并且在消费者之间进行负载均衡。

? 3. 水平扩展性：

  • 传统消息队列通常在单个节点上管理消息队列，并且需要进行垂直扩展。
  • Kafka 采用分布式架构，可以方便地进行水平扩展，通过增加节点来增加整个系统的吞吐量和容量。

? 4. 消息处理模式：

  • 传统消息队列通常用于点对点（Point-to-Point）和发布-订阅（Publish-Subscribe）模式。
  • Kafka 更侧重于日志型消息处理，提供了更大的灵活性和可扩展性，可以应对更广泛的消息处理场景。

? 5. 数据存储方式：

  • 传统消息系统通常将消息存储在内存中或者数据库中，因此在高负载情况下可能会面临存储能力受限的问题。
  • Kafka 则使用持久化日志来存储消息，并允许长时间保留数据。这种设计使得 Kafka 能够适应大量消息的高吞吐量，并且可以支持更多的消费者端。

? 6. 数据处理方式：

  • 传统消息系统通常在收到消息后会立即进行处理，因此要求消费方能够及时响应。
  • Kafka 则允许消息的存储和处理分离，使得消息的生产和消费可以在不同的时间和速率。这种方式支持更复杂的数据处理场景，如批处理和实时处理结合的数据流处理。

? 7. 适用场景：

  • 传统消息系统更适用于对消息传递的顺序、一致性、可靠性有较高要求的场景，如金融交易、订单处理等。
  • Kafka 更适用于大数据处理、日志采集、事件驱动架构等需要高吞吐量、数据持久化和水平扩展的场景。

? ? ?选择消息系统时需要根据具体的业务场景和需求进行权衡和选择。传统消息系统侧重于传统的消息队列管理，适合一些对消息传递的顺序、一致性、可靠性更为严格的场景；而 Kafka 则更适合大规模的、分布式的、高吞吐量的消息处理场景，更侧重于日志型消息处理，提供了更大的灵活性和可扩展性。

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三十九、Kafka的ack的三种机制

? ? Kafka 中有三种消息确认（ack）机制，它们被用于确保消息在生产者与消费者之间的可靠传递。这些机制分别是：

? ? 1. acks = 0：

  • 这种配置意味着生产者不会等待来自服务器的任何确认。生产者发送完消息后立即将其视为已成功发送，并立即发送下一条消息。
  • 这种方式的优势是发送速度快，但缺点是可能会有消息丢失的风险。

? ? 2. acks = 1：

  • 在这个设置下，生产者将等待来自服务器的确认（leader节点确认）。
  • 只有当消息被写入到 leader 节点的本地日志中后，生产者才会收到确认。
  • 这种方式降低了消息丢失风险，但仍然存在某些情况下消息未持久化到所有副本的风险。

? ? 3. acks = all/-1：

  • 当设置为这个值时，生产者将等待来自服务器的确认（leader与所有副本节点确认）。
  • 只有当消息被写入并持久化到 leader 节点以及所有 ISR 中（In-Sync Replicas）的副本节点后，生产者才会收到确认。
  • 这种方式提供了最高的消息可靠性保证，但会降低发送速度，因为需要等待所有副本节点的确认。

? ? 选择适当的 acks 值主要取决于应用场景和对消息可靠性的要求。如果对消息丢失的风险能够容忍或有其他的容错机制，可以选择较低的 acks 值以提高发送速度。如果对消息的可靠性非常重要，可以选择较高的 acks 值以确保消息被持久化到所有副本节点。

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四十、消数者如何不自动提交移面

? ? 在 Kafka 中，消费者默认情况下会自动提交消费的偏移量（offset），这意味着一旦消费者收到消息并处理完成，它会自动将偏移量提交给 Kafka 服务器。

如果你想要控制偏移量的提交，可以使用手动提交（manual offset commit）的方式。通过手动提交偏移量，你可以控制何时提交偏移量，以及提交的偏移量的具体值。

下面是使用手动提交偏移量的一些关键步骤：

  1. 关闭自动提交：
    在消费者的配置中将?enable.auto.commit?设置为?false，禁用自动提交功能。这样消费者就不会在消费消息后自动提交偏移量。

  2. 手动提交偏移量：
    在适当的时候（比如消息处理完成后），通过调用?commitSync()?或?commitAsync()?方法手动提交偏移量。可以在每个分区或者每批消息处理结束时进行手动提交。

  3. 处理可能的重新平衡：
    在使用手动提交偏移量时，还需要注意处理可能的重新平衡（rebalancing）情况。当消费者组的成员发生变化时，例如新的消费者加入或现有的消费者退出，会触发重新平衡，此时需要注意在重新分配分区之前提交偏移量。

? ? 使用手动提交偏移量可以确保更精确地控制消费的进度并避免消息的重复处理。然而，需要注意的是，手动提交偏移量也可能带来一些风险，比如忘记提交偏移量或提交偏移量时发生错误，导致消息丢失或重复消费的问题。因此，在使用手动提交偏移量时要小心处理。

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四十一、消费故障，如何解决活锁问题

? ? 消费者在消费消息时可能遇到活锁（live lock）问题，这种情况下消费者无法继续正常消费消息，但又没有完全失败。解决活锁问题的关键在于识别问题的根本原因并采取相应的措施来解决。

以下是一些解决活锁问题的常见方法：

? 1. 检查消费者端逻辑：

  • 首先需要仔细审查消费者端的逻辑和代码，确保消费者能够正确处理消息，并且消费速度与消息产生的速度匹配。特别是需要注意消费者端的异常处理逻辑，确保能够正确处理异常情况并不断重试或者进行错误处理。

? 2. 合理设置消费者参数：

  • 在消费者配置中，合理设置参数如max.poll.interval.ms和max.poll.records。这些参数可以影响消费者从服务器端获取消息的间隔时间和一次拉取的消息数量，适当调整这些参数能够提高消费者的稳定性。

? 3. 监控消费者偏移量：

  • 定期监控消费者的偏移量，在消费过程中及时提交偏移量。确保消费者能够持续向前推进，避免偏移量长时间停滞或者倒退。

? 4. 重新平衡策略：

  • 如果使用了消费者组，需要合理配置消费者重新平衡策略，确保在消费者发生变化时，可以平稳地重新分配分区，避免由于重新平衡引起的活锁问题。

? 5. 监控和报警：

  • 建立有效的监控系统，监控消费者的运行状态和偏移量变化，并设置相应的报警机制，能够及时发现和处理活锁问题。

? 6. 重启消费者：

  • 如果消费者出现活锁问题，一种简单的解决方法是尝试重启消费者，确保其重新开始正常的消息处理过程。

? ? 消费者的活锁问题可能源自多方面，因此需要综合考虑消费者端的逻辑、配置参数、偏移量管理等因素，并且进行充分的监控和异常处理。如果上述方法都无法解决活锁问题，可能需要对消费者端的代码和逻辑进行更深入的排查和调试。

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四十二、如何控制消费的位置

? ? 在 Kafka 中，消费者可以通过控制消费的偏移量（offset）来控制消费的位置。偏移量是消费者在分区中的消息位置标识，消费者可以通过操作偏移量来决定它需要消费的消息位置。

以下是一些常见的控制消费位置的方法：

? 1. 手动提交偏移量：

  • 消费者可以选择手动提交偏移量，通过调用?commitSync()?或?commitAsync()?方法来提交偏移量。通过手动提交偏移量，消费者可以控制何时提交偏移量，以及提交的偏移量的具体值。

? 2. seek() 方法：

  • Kafka 提供了?seek()?方法，允许消费者直接跳转到指定的偏移量位置进行消费。消费者可以使用?seek()?方法来跳转到指定的偏移量，然后从该偏移量处开始消费消息。

? 3. 分配偏移量策略：

  • 消费者可以使用分配偏移量策略来控制消费的位置。通过自定义的偏移量管理策略，消费者可以在分配分区时控制消费者从哪个偏移量开始消费消息。

? 4. 初始化偏移量：

  • 消费者可以在订阅主题时设置初始偏移量，通过设置初始偏移量的值来控制消费者从指定的位置开始消费。

? ? 通过以上方法，消费者可以有效地控制消费的位置，从而实现对消息消费位置的灵活管理。这些方法能够帮助消费者满足不同的业务需求，例如重新消费历史数据、跳过部分消息等。

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四十三、分布式情况下，如何保证消息的顺序消费

在 Kafka 分布式环境下，要保证消息的顺序消费，可以采取以下方法：

? 1. 单个分区顺序消费：

  • 在 Kafka 中，每个主题可以被分为多个分区。为了保证消息的顺序消费，可以将生产者将相关的消息发送到同一个分区中，而消费者只消费特定的分区。这样可以确保单个分区内的消息顺序消费。

? 2. 分区内的顺序消费：

  • 如果消息的顺序对于业务来说非常重要，可以将业务逻辑设计为每个分区内的消息要保持顺序。这意味着每个分区的消息只能被单个消费者消费，可以通过控制消费者组中的消费者数量，使每个分区只被一个消费者消费。这种方式可以保证分区内的消息按照顺序进行消费，但不保证不同分区之间的顺序。

? 3. 分区分配策略：

  • 在消费者组中，通过配置消费者的分配策略可以影响消息的顺序消费。Kafka 提供了两种分配策略：Round-Robin 和 Range。如果在消费者组中使用 Range 分配策略，则消费者将按照分区的顺序来消费消息，从而实现了消息的顺序消费。

? 4. 设置特定的分区数：

  • 如果希望消息在整个主题上保持严格的全局顺序，可以将主题的分区数设置为只有一个分区。这样可以保证所有的消息都会按照严格的顺序被发送和消费，但也会限制了高吞吐量和并发处理的能力。

? ? 需要注意的是，以上方法是基于 Kafka 的默认行为和特点，但仍然有一些特殊情况可能会干扰消息的顺序消费，比如网络延迟、分区再平衡等。因此，保证消息的顺序消费需要综合考虑整个系统的设计和实现，并进行充分的测试和验证。

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四十四、kafka高可用机制

? ? Kafka 提供了一些高可用机制，以确保在出现故障时仍能保持服务的可用性和数据的完整性。下面是 Kafka 的高可用机制：

? 1. 数据复制：

  • Kafka 使用副本机制进行数据复制。每个主题的分区可以有多个副本，其中一个副本被选为领导者（leader），其余副本作为追随者（follower）。
  • 生产者将消息发送给领导者副本，然后领导者副本将消息复制到所有的追随者副本。如果领导者副本失效，一个追随者副本会被选为新的领导者，从而保证数据的可用性和一致性。

? 2. 分区再平衡：

  • 当 Kafka 集群中的消费者组发生变化（如消费者加入、退出或崩溃）时，Kafka 会触发分区再平衡。在分区再平衡过程中，Kafka 会重新分配分区给消费者，使得每个消费者负责处理一部分分区。
  • 分区再平衡过程确保了消费者的高可用性，即使其中某个消费者失效，其负责处理的分区会被重新分配给其他活跃的消费者。

? 3. 故障切换和自动恢复：

  • 当 Kafka 集群中的某个节点出现故障时，Kafka 可以自动进行故障切换。故障切换包括选举新的领导者副本，从而确保数据的可用性和一致性。
  • Kafka 也支持自动恢复机制，可以在节点失败后自动将存储在节点上的数据恢复到其他可用节点上，从而保证数据的完整性。

? 4. 监控和报警：

  • Kafka 提供了监控工具和指标，用于实时监控集群的状态、吞吐量、延迟等关键指标。通过设置合适的报警规则，可以在出现异常情况时及时通知管理员进行故障处理。

? ? 这些高可用机制使 Kafka 集群能够更加稳定和可靠地处理大量的消息流，并能够在故障发生后自动进行恢复和切换，以确保数据的可用性和一致性。需要根据具体的应用场景和需求，对这些机制进行合理的配置和调整。

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四十五、保证不重复消费

? ? Kafka 通过使用偏移量（Offset）机制来保证不消费重复数据。每个消费者都会维护一个当前消费的偏移量，用于跟踪消息的消费状态。Kafka 提供了几种方式来确保不消费重复数据：

? 1. 消费者提交偏移量：

  • 消费者可以定期提交偏移量给 Kafka，以表示已经成功消费了偏移量之前的所有消息。通过提交偏移量，即使消费者在消费过程中发生故障，它可以在重启后从上次提交的偏移量处继续消费，避免消费重复数据。

? 2. 自动偏移量提交：

  • Kafka 提供了自动偏移量提交的功能。当开启自动提交偏移量时，Kafka 会自动在每次消费后异步提交消费的偏移量。这样可以确保即使消费者崩溃，已经成功消费的消息的偏移量已经被提交，避免消费重复数据。
  • 需要注意的是，使用自动提交偏移量时，可能会因为消费者故障或网络问题导致部分消息的偏移量提交失败，从而可能导致少量的重复消费。

? 3. 幂等性消费：

  • Kafka 从0.11.0版本开始引入了幂等性消费的功能。消费者可以使用幂等性消费策略来确保消息不会被重复消费。幂等性消费会在消费者端维护一个唯一标识，确保相同的消息在重新消费时不会重复处理。
  • 通过幂等性消费，即使消费者因为故障或重启而重新开始消费之前的消息，也不会产生重复的结果。

? 4. 数据库实现

  • 比如数据写库，先根据主键查是否存在数据为中，无就插入，有则更新。

? 5. Redis实现

  • 写Redis每次都是set，天然幂等性。

? 6. 生产端添加唯一标识

  • 消费端根据唯一标记检查是否消费过，无则消费，有则无需再消费。

? ? 需要根据具体的应用场景选择适合的偏移量提交方式，以确保不消费重复数据。消费者可以根据自身需求选择手动提交偏移量或开启自动提交偏移量，并可考虑使用幂等性消费策略来保证消息消费的唯一性。

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四十六、领导者副本和追随者副本的区别

? ? 在 Kafka 中，每个分区可以有多个副本，其中一个副本被选为领导者（leader），其他副本称为追随者（follower）。领导者副本和追随者副本在角色和功能上有以下区别：

? 1. 领导者副本（Leader）：

  • 领导者副本是负责处理客户端的读写请求的副本。
  • 客户端向领导者副本发送生产消息或消费消息的请求，领导者副本负责将消息追加到日志中并进行复制到追随者副本。
  • 领导者副本处理网络请求和数据复制，是整个分区的活跃节点。

? 2. 追随者副本（Follower）：

  • 追随者副本是从领导者副本同步数据的副本。
  • 追随者副本负责和领导者副本保持数据的一致性，它会定期从领导者副本拉取日志并同步到自己的本地日志。
  • 追随者副本不能直接处理来自客户端的读写请求，它只用于备份和复制数据。

区别总结如下：

  • 领导者副本处理客户端的读写请求，对外提供读写服务；追随者副本仅用于备份和复制数据。
  • 领导者副本负责接收生产者发送的消息，并将其追加到日志中；追随者副本负责从领导者副本同步数据。
  • 领导者副本处理网络请求和数据复制，是分区的活跃节点；追随者副本仅用于数据同步。

扩展：

  • Follower副本也能对外提供读服务。自Kafka2.4版本开始，社区通过引入新的Broker端参数，允许Follower副本有限度地提供读服务。
  • Leader和Follower的消息序列在实际场景中不一gcdft，通常情况下很多因素可能造成Leader和Follower之间的不同步，比如程序问题，网络问题，broker瓿等，短暂的不同步我们可以关注（秒级别），但长时间的不同步可能就需要深入排查，因为一旦Leader所在节点异常，可能直接影响可用性。
  • 确保一致性的主要手段是高水位机制（HW），但高水位无法保证Leader连续变更场景下的数据一致性，因此引入了Leader Epoch机制，来修复高水位的弊端。

? ? Kafka 使用领导者副本和追随者副本的复制机制来提供高可用性和数据冗余，在领导者副本发生故障时可以自动切换为追随者副本，从而确保数据的可用性和完整性。

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四十七、LeaderEpoch机制

? ? 在 Kafka 中，LeaderEpoch 是用来确保副本之间的数据一致性和故障恢复的机制。每个分区的领导者副本都会有一个 LeaderEpoch 值，表示该副本的领导者副本的任期。

LeaderEpoch 的作用如下：

? 1. 数据一致性：

  • LeaderEpoch 用于监听副本之间的数据同步情况。每个消息都包含了它所属分区的 LeaderEpoch 信息。
  • 当追随者副本从领导者副本复制消息时，会验证消息的 LeaderEpoch 是否和自己保持一致。如果 LeaderEpoch 不一致，则表示副本可能过时，需要进行数据同步。

? 2. 故障恢复：

  • LeaderEpoch 还用于故障恢复中的副本选择。当一个分区的领导者副本失败时，Kafka 需要选举新的领导者副本来接管分区的读写操作。
  • 在进行领导者选举时，Kafka 会倾向于选择 LeaderEpoch 较大的副本作为新的领导者。这样可以确保新的领导者具有较新的数据，避免发生数据回滚的情况。

? ? 通过 LeaderEpoch 机制，Kafka 可以确保副本之间的数据一致性，并在故障恢复时选择具有较新数据的副本作为新的领导者。这使得 Kafka 集群能够更加可靠地处理分布式的消息传输和存储。

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四十八、设置Kafka接收的最大消息的大小

? ? 要设置 Kafka 接收的最大消息大小，可以通过修改 Kafka Broker 的相关配置参数来实现。以下是两个涉及最大消息大小的重要配置参数：

? 1. message.max.bytes:

  • 这个配置参数定义了 Kafka Broker 接收到的单个消息最大字节数。
  • 默认情况下，该参数的值为 1000000（即 1MB）。
  • 若要修改最大消息大小，可以在 Kafka Broker 的配置文件（server.properties）中添加或修改这个参数的值，并以字节为单位指定新的最大大小。例如，可以将其设置为?message.max.bytes=10485760，以表示允许的最大消息大小为 10MB。

? 2. replica.fetch.max.bytes:

  • 这个配置参数定义了 Kafka Broker 从领导者副本或其他副本拉取消息的最大字节数。
  • 默认情况下，该参数的值为 1048576（即 1MB）。
  • 若要修改这个参数的值，可以在 Kafka Broker 的配置文件中添加或修改?replica.fetch.max.bytes?的值，以字节为单位指定新的最大大小。例如，将其设置为?replica.fetch.max.bytes=2097152，以表示最大拉取消息大小为 2MB。

? ? 需要注意的是，修改 Kafka Broker 的配置参数后，需要重启 Kafka 服务使配置生效。此外，还需要确保生产者和消费者的配置与 Broker 的最大消息大小保持一致，以避免发送或接收超出限制的消息。

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四十九、监控Kafka的框架都有哪些

监控 Kafka 的框架包括但不限于以下几种：

? 1. Apache Kafka Manager:

  • Apache Kafka Manager 是由 Yahoo 开发的开源项目，为 Kafka 提供集群管理和监控功能。
  • 它提供了集群资源的监控、Topic 和 Partition 的管理、Broker 的状态检查、消息传输的监控等功能。

? 2. Confluent Control Center:

  • Confluent Control Center 是 Confluent 公司提供的企业版 Kafka 工具，提供了对 Kafka 集群的全面监控和管理功能。
  • 它能够展示 Kafka 集群和流处理应用的详细指标，并提供警报、监控、集成的工作流以及安全性支持。

? 3. Burrow:

  • Burrow 是由 LinkedIn 开发的开源项目，用于监控 Kafka 消费者的健康状态。
  • 它能够监控消费者的位移位置、消费速率、消费者组的状态等指标，并提供实时警报和监控。

? 4. Kafka Monitor:

  • Kafka Monitor 是由 LinkedIn 开发的开源项目，用于监控 Kafka 集群的健康状态。
  • 它能够监控 Kafka 的 Broker 状态、Topic 活跃度、消息传输情况等，同时提供实时的指标和警报功能。

? 5. Prometheus + Grafana:

  • Prometheus 是一款开源的监控系统，而 Grafana 则是一款开源的数据可视化工具。可以通过 Prometheus 采集 Kafka 集群的指标，并通过 Grafana 进行数据的可视化展示。

? 6. CruiseControl

  • 也是LinkedIn公司开源的监控框架，用于实现监测资源使用率，以及提供常用运维操作等。无UI界面，只提供REST API，可以进行多集群管理。

? 7. JMX监控

  • 由于kafka提供的监控指标都是基于JMX的，因此，市面上任何能够集成JMX的框架都可以使用，比如 Zabbix和 Prometheus。

? 8. Cloudera的CDH

  • 天然就提供kafka监控方案

? 9. JMXTool

  • 社区提供的命令行工具，能够实时监控JMX指标。可以使用 Kafka-run-class.sh Kafka.tools.JmxTool来查看具体的用法。

? ? 以上这些监控框架都可以对 Kafka 集群进行监控、警报、性能指标收集和数据可视化，帮助用户更好地管理和维护 Kafka 集群。

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五十、设置Broker的HeapSize

要设置 Kafka Broker 的 Heap Size（堆内存大小），可以按照以下步骤进行操作：

  1. 打开 Kafka Broker 的配置文件?server.properties。

  2. 在配置文件中找到?# Java Heap Size (in bytes)?的相关配置项，通常是以?#?开头，表示被注释掉了。

  3. 取消注释（去掉?#?符号）并设置合适的堆内存大小。配置项的名称为?#export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx1G -Xms1G"，其中?-Xmx?表示最大堆内存大小，-Xms?表示初始堆内存大小。

    例如，要将最大堆内存大小设置为 2GB，初始堆内存大小为 1GB，可以修改配置项为：

    export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx2G -Xms1G"

  4. 注意，根据机器的实际可用内存情况，合理指定堆内存大小，避免过小或过大导致性能问题。

  5. 保存并关闭配置文件。

  6. 重新启动 Kafka Broker，使配置生效。

? ? 请注意，Kafka 使用两个 JVM 进程来运行，一个是 Kafka Broker，另一个是 Kafka ZooKeeper。因此，需要确保设置堆内存大小的配置在 Kafka Broker 进程的配置文件?server.properties?中。

? ? 另外，通过修改堆内存大小可以调整 Kafka Broker 的性能和稳定性，但请确保所设置的堆内存大小不超过机器的可用内存限制，以避免因为内存不足而导致性能问题或服务崩溃。

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五十一、如何估算集群的机器数量

要估算 Kafka 集群所需的机器数量，可以考虑以下几个因素：

? 1. 负载预测：

  • 首先，需要对预期的负载进行估算。这包括预期的消息频率、消息大小、每秒钟的读写请求量等。
  • 可以基于历史数据或者进行业务分析来得出对这些指标的预测。

? 2. 消息保留时间：

  • 消息的保留时间是指 Kafka 集群中消息在磁盘上保留的时间长度，通常以小时或者天为单位。保留时间的长短会影响集群的存储需求。
  • 根据消息保留时间以及预期的消息产生速率，可以计算出每条消息的总存储空间需求。

? 3. 副本因子：

  • 副本因子是指每个 Topic 的副本数量。更高的副本因子可以提高数据冗余度和可用性，但也需要更多的机器资源。
  • 如果需要设置多个副本以实现数据冗余和高可用性，就需要预估所需机器的数量。

? 4. 机器规格：

  • 考虑选择适当的机器规格，包括 CPU、内存和磁盘容量等，以满足预期的负载需求。
  • 根据预测的负载和机器规格，可以计算出单个机器能够处理的负载量。

综合考虑以上因素，可以进行如下的估算过程：

  1. 根据预期的负载，计算每秒钟的消息量和读写请求量。

  2. 根据消息保留时间和预期的消息产生速率，计算每条消息的总存储空间需求。

  3. 计算所需的 Topic 分区数，可以根据负载均衡的原则确定适当的分区数。

  4. 根据副本因子计算所需的副本数。

  5. 根据每个机器能够处理的负载量，计算所需的机器数量。

? ? 请注意，以上仅为估算 Kafka 集群机器数量的参考方法，实际情况可能还受到其他因素的影响，例如数据增长率、容错需求、可扩展性需求等。因此，在进行实际部署前，建议进行综合评估和测试，以确保 Kafka 集群能够满足预期的性能和可用性需求。

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五十二、Leader总是-1情况

? ? 在 Kafka 中，Leader 值为 -1 表示该分区没有可用的 Leader。这可能是由于以下几种原因导致的：

? 1. Broker 崩溃：

  • 如果负责某个分区的 Leader 所在的 Broker 发生崩溃，那么该分区将没有可用的 Leader。
  • 解决方法：首先，确保 Brokers 的健康状态，并修复崩溃的 Broker。然后，Kafka 会自动为该分区选举一个新的 Leader。

? 2. ISR（In-Sync Replicas）列表为空：

  • ISR 列表是指与 Leader 处于同步复制状态的副本列表。如果 ISR 列表为空，那么该分区将没有可用的 Leader。
  • 解决方法：检查 Broker 之间的网络连接，并确保至少有一个副本能够与 Leader 进行同步复制。如果 ISR 列表为空，可以尝试重新启动或修复副本。

? 3. Controller 崩溃：

  • 如果负责 Leader 选举的 Kafka Controller 发生崩溃，那么可能导致无法进行 Leader 选举，从而导致分区没有可用的 Leader。
  • 解决方法：确保 Controller 的健康状态，并修复崩溃的 Controller。Kafka 会自动选举新的 Controller，并进行 Leader 选举。

? 4. ZooKeeper 连接问题：

  • ZooKeeper 是 Kafka 用于存储元数据和进行 Leader 选举的重要组件。如果与 ZooKeeper 的连接出现问题，可能导致无法进行 Leader 选举，从而导致分区没有可用的 Leader。
  • 解决方法：检查与 ZooKeeper 的连接配置，并确保正确配置和运行 ZooKeeper 服务。

? ? 如果遇到 Leader 值为 -1 的情况，可以通过查看 Kafka Broker 日志和运行命令行工具（如 kafka-topics.sh、kafka-console-consumer.sh 等）来进一步诊断问题，并尝试解决上述可能的原因。如果问题仍然存在，建议在社区或相关文档中寻求更多帮助和支持。

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五十三、Producer是否直接将数据发送到broker的leader(主节点)

? ? 是的，Kafka Producer（生产者）会直接将数据发送到 Broker 的 Leader（主节点）。

在 Kafka 集群中，每个分区都会有一个 Leader 和多个副本（Replicas）。Leader 负责处理生产者发送的消息和消费者的读取请求。当生产者发送消息时，它会将消息发送到分区的 Leader 所在的 Broker，而不是其他副本。

具体的发送流程如下：

  1. 生产者与 Broker 建立连接。
  2. 生产者向 Broker 发送消息请求。
  3. Broker 接收到消息请求后，将消息写入 Leader 所在的分区。
  4. Leader 将消息复制到其他副本（即同步复制）。
  5. 当 Leader 成功复制消息到足够数量的副本时，会向生产者发送成功响应。

? ? 这种方式有助于提高写入的吞吐量和性能。通过直接与 Leader 通信，生产者无需等待副本的同步复制过程，而是将消息快速发送到 Leader，由 Leader 负责将数据复制到副本。

值得注意的是，一旦消息被 Leader 写入，它会异步地复制到 ISR（In-Sync Replicas）列表中的副本。只有被 Leader 复制的副本才被认为是同步的，即属于 ISR。异步的副本可能会落后于 Leader，但在 Leader 发生故障时，其中的一个副本会被选举为新的 Leader。

? ? Kafka Producer 直接将消息发送到 Broker 的 Leader，而不是其他副本，以提高写入性能和吞吐量。

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五十四、Leader选举原理

Kafka 的领导者（leader）选举是通过 ZooKeeper 实现的，其基本原理如下：

  1. 每个 Kafka Topic 的每个 Partition 都有一个领导者（leader）和多个副本（replica）。领导者负责处理该 Partition 的所有写入和读取请求，副本用于提供备份和故障容错。

  2. 领导者选举通过 ZooKeeper 来进行协调和管理。Kafka 将每个 Partition 的元数据（包括 Leader 候选者的 ID）存储在 ZooKeeper 中的一个特定节点上。

  3. 当 Kafka 中的一个 Partition 的领导者失效时，副本中的某个副本将被选举为新的领导者。具体的领导者选举过程如下：

    a. 当领导者失效时，Kafka Controller（Kafka 集群中的一个特殊节点）会监测到领导者的失效，并开始进行领导者选举。

    b. Controller 从 ZooKeeper 上的元数据节点中获取该 Partition 的副本列表，并给每个副本分配一个顺序的标识。

    c. 候选者副本将会向 ZooKeeper 发送 LeaderAndIsr 请求，尝试成为新的领导者。该请求包含副本的 ID 和其所在的 ISR（In-Sync Replicas）列表。

    d. ZooKeeper 收到这些请求后，比对请求中的副本 ID 和 ISR 列表，如果匹配成功，则认定该副本为新的领导者。ZooKeeper 更新元数据节点的内容，将新的领导者 ID 写入其中。

    e. 其他副本将收到领导者选举结果的通知，以便更新自身的元数据信息。

  4. 正常情况下，Kafka 会尽量保持所有副本的状态保持一致，并尽可能将 Leader 副本分布在不同的 Broker 上，以提高整个系统的可靠性和容错性。

  5. 这种基于 ZooKeeper 的领导者选举机制可以确保在领导者失效时能够快速选举新的领导者，并保持整个集群的可用性。

需要注意的是，由于 Kafka 从 0.11 版本开始引入了基于 Raft 协议的 Kafka Controller 选举机制，这种新的控制器选举方式能够进一步提高 Kafka 的可用性和容错性。但上述描述的基于 ZooKeeper 的领导者选举仍然是较早版本的工作原理。

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五十五、kafka的分区Leader 选举策略有几种

Kafka的分区Leader选举策略主要有以下几种：

  1. OfflinePartitionLeader选举：这是最常见的分区Leader选举场景，发生在有分区上线或者下线后重新上线时。
  2. ReassignPartitionLeader选举：当手动运行kafka-reassign-partitions命令，或者调用Admin的alterPartitionReassignments方法执行分区副本重分配时，可能会触发此类选举。此时，需要从副本集合中选择新的Leader。
  3. PreferredReplicaPartitionLeader选举：这是当手动运行kafka-preferred-replica-election命令，或者自动触发了Preferred Leader选举时，该类策略被激活。所谓的Preferred Leader，指的是AR中的第一个副本。
  4. ControlledShutdownPartitionLeader选举：当Broker正常关闭时，该Broker上的所有Leader副本都会下线，因此，需要为受影响的分区执行相应的Leader选举。

? ? 以上是Kafka的分区Leader选举策略，这些策略都是从AR中挑选首个在ISR中的副本作为新Leader。

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五十六、Kafka的哪些场景中使用了零拷贝

Kafka在以下场景中使用了零拷贝技术：

  1. 基于mmap的索引：索引都是基于MappedByteBuffer的，让用户态和内核态共享内核态的数据缓冲区，此时，数据不需要复制到用户态空间。
  2. 生产者和消费者的数据发送和接收：在Kafka中，生产者在发送消息时，会使用ByteBuffer.wrap()将消息内容封装成ByteBuffer类型，然后在发送给 Kafka 集群时，使用零拷贝技术将ByteBuffer直接发送到目的地，而不需要将数据从用户态拷贝到内核态。 同样地，消费者在消费消息时，会使用ByteBuffer.wrap()将消息内容封装成ByteBuffer类型，然后在消费者应用程序中使用零拷贝技术将ByteBuffer直接发送到用户态，而不需要将数据从内核态拷贝到用户态。
  3. TransportLayer：这是Kafka传输层的接口。它的某个实现类使用了FileChannel的transferTo方法。该方法底层使用sendfile实现了Zero Copy。

? ? 零拷贝技术的使用可以减少数据复制和内存拷贝的开销，提高 Kafka 的性能和效率。它在生产者发送消息、消费者读取消息以及复制和备份等关键场景中发挥着重要的作用。

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五十七、零拷贝技术

? ? 零拷贝技术是一种优化技术，旨在减少数据在内存或磁盘之间的冗余复制和移动。其核心思想是通过共享数据的方式，使得数据在不同组件或层之间传递时无需进行额外的复制操作，从而提高系统性能和效率。

? ? 在传统的数据传输过程中，通常需要将数据从源地址复制到目标地址，这涉及到将数据从一个缓冲区复制到另一个缓冲区，或者从一个存储设备读取数据再将其复制到另一个存储设备。这样的复制操作会占用额外的 CPU、内存和带宽资源，并且增加延迟。

而零拷贝技术通过以下几种方式来避免或最小化数据的复制和移动：

  1. 直接内存访问：使用操作系统提供的直接内存访问（DMA）技术，允许数据直接从存储设备读取到应用程序的内存，或者直接从应用程序的内存写入到存储设备，而不需要经过 CPU 的中间缓冲区。

  2. 文件描述符传递：在操作系统级别，可以使用文件描述符传递的机制将文件或套接字的句柄从一个进程传递给另一个进程，而不需要实际复制文件或套接字的内容。这样可以避免不必要的数据复制。

  3. DMA 直接拷贝：使用 DMA 控制器来直接从存储设备读取数据，并将数据传输到网络适配器或其他输出设备，而无需将数据在内存中缓冲。

  4. 内存映射文件：通过内存映射技术，将磁盘文件映射到进程的虚拟地址空间中，使得应用程序可以直接访问文件的内容，而无需进行显式的读取和写入操作。

? ? 通过使用零拷贝技术，可以避免不必要的数据复制、降低 CPU 开销，并显著提高数据传输的效率和性能。零拷贝技术在许多场景中得到应用，例如网络数据传输、文件系统、数据库、媒体处理等。

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五十八、java编程实现零拷贝技术

? ??在 Java 中实现零拷贝技术可以通过使用 Java NIO（New I/O）和直接内存缓冲区（Direct ByteBuffer）来实现。下面是一个简单的示例代码，展示了如何在 Java 中使用零拷贝技术进行文件复制：

import java.io.RandomAccessFile;  
import java.nio.ByteBuffer;  
import java.nio.channels.FileChannel;  
  
public class ZeroCopyExample {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        // 创建RandomAccessFile对象，打开文件  
        RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");  
        // 获取FileChannel对象  
        FileChannel channel = file.getChannel();  
        // 创建ByteBuffer对象，并分配内存空间  
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
        // 从文件中读取数据到缓冲区中  
        int bytesRead = channel.read(buffer);  
        while (bytesRead != -1) {  
            // 将缓冲区的数据设置为可读状态  
            buffer.flip();  
            // 使用缓冲区的数据输出到目标位置，这里只是简单地输出到控制台  
            while (buffer.hasRemaining()) {  
                System.out.print((char) buffer.get());  
            }  
            // 清空缓冲区，为下一次读取做准备  
            buffer.clear();  
            // 继续从文件中读取数据到缓冲区中  
            bytesRead = channel.read(buffer);  
        }  
        // 关闭文件和通道  
        channel.close();  
        file.close();  
    }  
}

? ? 在上面的代码中，我们使用了RandomAccessFile打开文件，并获取了FileChannel对象。然后，我们创建了一个ByteBuffer对象，并分配了内存空间。接着，我们使用FileChannel的read()方法将文件中的数据读取到缓冲区中。在读取数据时，我们使用了ByteBuffer的flip()方法将缓冲区的数据设置为可读状态，然后使用缓冲区的数据输出到目标位置（这里只是简单地输出到控制台）。最后，我们清空缓冲区，为下一次读取做准备。

? ? 通过这种方式，我们实现了零拷贝技术。由于缓冲区和文件通道都是Java NIO管理的，因此在读写操作中不需要手动拷贝数据。这样不仅提高了程序的效率，而且减少了CPU和内存的占用。

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五十九、Kafka为什么不支持读写分离

? ? Kafka 的设计初衷是作为一个高吞吐量的分布式消息系统，主要用于处理实时的流式数据。在 Kafka 的设计中，不支持读写分离这一特性有以下几个原因：

  1. 顺序写入和随机读取：Kafka 的设计中采用了顺序写入的方式来将消息持久化到磁盘，这有助于提高磁盘的写入效率。相比之下，如果要支持读写分离，则需要支持随机读取的操作，这会带来磁盘 IO 上的额外开销，并且可能影响到 Kafka 的高吞吐量特性。

  2. 简化架构：Kafka 的设计追求简单和高效，不引入复杂的读写分离架构有助于降低系统的复杂性。通过单一的分区写入和多个消费者组进行并行消费的方式，Kafka 能够提供高效的消息传递和处理。

  3. 保证一致性和可靠性：Kafka 是基于分布式日志的架构，通过分区和复制机制来保证数据的一致性和可靠性。不支持读写分离可以简化数据一致性和复制的逻辑，保证了 Kafka 在分布式环境下的稳定性和可靠性。

? ? 尽管 Kafka 不支持显式的读写分离，但是在实际应用中，可以通过横向扩展 Kafka 的 broker 和消费者来实现读写分离的效果。通过增加 Kafka broker 的数量和提高消费者组的并行度，可以实现高效的写入和读取操作，从而满足不同应用场景下的需求。

? ? Kafka 之所以不支持读写分离，是基于其设计的简单、高效和高可靠性的考虑，这使得 Kafka 可以优秀地应对大规模的数据处理和传输需求。

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六十、如何调优Kafka

? ? 调优 Kafka 可以帮助提高其性能和稳定性，以适应不同规模和负载的应用需求。以下是一些常见的 Kafka 调优方法：

  1. 合理分配硬件资源：Kafka 的性能和稳定性与硬件资源密切相关。合理配置 CPU、内存、磁盘和网络等资源，确保它们能够满足实际负载的需求。

  2. 调整优化 Kafka 配置：通过调整 Kafka 的配置参数，如消息大小、分区数量、副本数量、日志段大小、内存占用等，来优化 Kafka 的性能和吞吐量。

  3. 配置操作系统参数：调整操作系统的内核参数，如文件描述符限制、TCP 连接设置、内存分配等，以确保操作系统与 Kafka 的配合更加高效。

  4. 网络优化：优化网络配置，包括调整网络带宽、连接数和缓冲区大小，以确保 Kafka 节点之间的通信具有低延迟和高吞吐量。

  5. 磁盘优化：Kafka 的性能与磁盘读写密切相关，因此需要确保磁盘的性能足够，可以通过 RAID 配置、SSD 硬盘等方式进行优化。

  6. 监控和调优：使用监控工具（如Prometheus、Grafana等）对 Kafka 集群进行监控，并根据监控数据进行合理调优。

  7. 集群规模调整：根据实际负载情况，适时调整 Kafka 集群的规模，增加或减少 broker 节点，以适应不同规模的数据处理需求。

  8. 调整Heap Size：调整Kafka的Heap Size可以帮助提高Kafka的吞吐量和处理速度。推荐配置是最大不超过主机内存的50%。
  9. 调整网络和IO线程：可以通过调整broker处理消息的最大线程数和磁盘IO的线程数来提高Kafka的性能。推荐配置是num.network.threads=9和num.io.threads=16。
  10. 调整socket server可接受数据大小：可以通过调整socket.request.max.bytes来防止OOM异常。推荐配置是根据业务数据包的大小适当调大。
  11. 调整日志保留策略：可以通过调整日志保留时长和段文件配置来优化Kafka的存储性能。推荐配置是log.retention.hours=72和log.segment.bytes=1073741824。
  12. 优化JVM参数：可以通过优化JVM参数来提高Kafka的性能。例如，可以调整堆大小、GC算法等参数来优化Kafka的性能。
  13. 调整生产者和消费者的参数：可以通过调整生产者和消费者的参数来提高Kafka的性能。例如，可以调整消息压缩、缓冲区大小等参数来优化Kafka的性能。
  14. 监控和诊断：通过监控Kafka的性能指标，例如吞吐量、延迟等，可以帮助发现性能瓶颈并进行调优。同时，可以使用Kafka提供的工具进行诊断和调优。

? ? Kafka 的调优涉及到硬件资源的合理配置、Kafka 配置参数的调整、系统和网络层面的优化，以及监控和调整集群规模等多个方面。针对具体的应用场景和需求，需要综合考虑这些因素，并根据实际情况进行调优。

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六十一、Controller发生网络分区时, Kafka会怎么样

? ? 当 Kafka 集群中的 Controller 发生网络分区（即无法与其他节点通信）时，Kafka 会依据一系列自动故障转移机制来处理这种情况。下面是 Controller 发生网络分区时 Kafka 的行为：

  1. 选举新的 Controller：Kafka 集群中的每个 broker 都有可能成为 Controller 节点。当当前的 Controller 发生网络分区时，其他 broker 会开始进行选举以选出一个新的 Controller。

  2. Leader 选举：在新的 Controller 选举完成后，它将开始处理与 Leader 相关的工作，包括进行 Leader 选举。Leader 选举是为每个分区选择一个新的 Leader，以确保集群中的所有分区都能够继续正常工作。

  3. 状态同步：一旦 Leader 选举完成，新的 Controller 将负责与其他节点进行状态同步。它会与其他 broker 通信，获取集群的最新状态信息，并确保集群的元数据和分区分配信息是最新的。

  4. 恢复和重新平衡：Controller 通过与其他 broker 进行协调，确保 Leader 和副本的状态得到恢复，并重新进行分区的平衡。它会负责处理可能存在的副本同步和数据恢复的任务，以保持集群的一致性和完整性。

  5. 出现多个Controller组件，可以根据Broker 端监控指标 ActiveControllerCount来判断。

  6. 在设计整个部署架构时，为了避免这种网络分区的发生，一般会将broker节点尽可能的防止在一个机房或者可用区。

  7. Controller会给Broker发送3 类请求，LeaderAndIsrRequest、StopReplicaRequest 和 UpdateMetadataRequest，因此，一但出现网络分区，这些请求将不能顺利到达 Broker 端。

? ? 需要注意的是，当 Controller 发生网络分区时，整个 Kafka 集群可能会经历一段时间的不可用或部分不可用。但是，Kafka 的设计目标是提供高可用性和容错性，因此它会尽快自动完成故障转移和恢复过程，以确保集群正常工作，并最大程度地减少对应用程序的影响。

? ? 对于消费者而言，它们可以继续从其所属消费者组的其他 broker 中获取数据，并且在 Leader 选举和分区恢复过程完成后，它们会自动重新连接到新的 Leader 和副本进行消费。因此，应用程序需要处理网络分区带来的 Kafka 暂时不可用的情况，保持对 Kafka 集群的连接和重新连接机制的健壮性。

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六十二、存储在硬盘上的消息格式

? ? Kafka 存储在硬盘上的消息格式是以字节流的形式存储的。Kafka 的消息具有固定的消息格式，由消息键（Key）和消息值（Value）组成。

具体来说，Kafka 消息的格式如下：

--------------------------------------------
| 消息长度 | 消息键长度 | 消息键 | 消息值长度 | 消息值 |
--------------------------------------------
  • 消息长度：表示整个消息的长度，以字节为单位。
  • 消息键长度：表示消息键的长度，以字节为单位。
  • 消息键：消息的键，可以为 null。
  • 消息值长度：表示消息值的长度，以字节为单位。
  • 消息值：消息的实际内容。

? ??每条消息都由这五个字段组成，字段之间使用固定的字节序进行分隔。

使用固定的消息格式有助于 Kafka 集群中的各个组件对消息进行统一的处理和解析。此外，通过以字节流的形式存储消息，Kafka 可以高效地进行数据压缩和存储，提高消息的传输和存储效率。

? ? 需要注意的是，Kafka 是面向流的平台，不对消息的格式做任何约束或解析，这意味着消息的具体格式和内容完全由应用程序和业务逻辑决定。Kafka 只负责可靠地保存和传输消息。因此，在消费消息时务必根据业务需求正确解析和处理消息的键和值。

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六十三、高效文件存储设计特点

Kafka 的高效文件存储设计具有以下几个特点：

  1. 顺序写入：?Kafka 的文件存储采用顺序写入的方式，而不是随机写入。当消息写入 Kafka 时，会被追加到磁盘上的日志文件中，按照写入顺序连续写入，避免了频繁的磁盘寻址操作，提高了写入性能。

  2. 零拷贝：?Kafka 使用零拷贝技术来提高文件存储的效率。传统的文件写入通常涉及多次数据拷贝，从应用程序的内存到内核缓冲区，再到磁盘。而 Kafka 的零拷贝设计可以直接将数据从应用程序的内存缓冲区写入到磁盘，减少了数据拷贝的次数，降低了CPU和内存的开销，提高了写入性能。

  3. 分段存储：?Kafka 将每个主题的消息日志文件划分为多个固定大小的分段（Segment）。每个分段文件都有一个起始偏移量和一个结束偏移量。当一个分段文件满了之后，Kafka 会创建一个新的分段文件来继续写入新的消息。这种分段存储的设计使得消息的追加、删除和压缩等操作更加高效，同时也提供了更好的可维护性和可扩展性。

  4. 索引结构：?为了支持高效的消息查找和读取，Kafka 使用了索引结构。对于每个分段文件，Kafka 维护了一个索引文件，其中包含了一系列的索引项。每个索引项记录了一定范围内消息的起始偏移量和物理位置，可以快速定位到指定消息的位置，实现高效的消息查找和读取。

  5. 段压缩：?为了节约磁盘空间和提高数据传输效率，Kafka 支持对分段文件进行压缩。当一个分段文件达到一定大小时，Kafka 会对其进行压缩，使用压缩算法将消息进行压缩，并存储为压缩块。这可以大大减少磁盘占用和网络传输的开销。

? ? Kafka 的高效文件存储设计使得它能够处理海量的消息，并提供高吞吐量和低延迟的数据存储和处理能力。同时，通过优化顺序写入、零拷贝、分段存储、索引结构和段压缩等设计，Kafka 也能够支持高效的消息持久化和传输，满足大规模分布式系统的需求。

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六十四、新建的分区会在哪个目录下创建

? ? 在Kafka中，当需要创建一个新的分区时，会在哪个目录下创建主要取决于配置的log.dirs参数。

  • log.dirs参数只配置了一个目录：那么分配到各个Broker上的分区肯定只能在这个目录下创建文件夹用于存放数据。
  • log.dirs参数配置了多个目录（多目录之间以英文逗号分隔，通常这些目录是分布在不同的磁盘），那么Kafka会在哪个文件夹中创建分区目录呢？答案是：Kafka会在含有分区目录最少的文件夹中创建新的分区目录，分区目录名为Topic名+分区ID。

? ? 注意，是分区文件夹总数最少的目录，而不是磁盘使用量最少的目录。也就是说，如果你给log.dirs参数新增了一个新的磁盘，新的分区目录肯定是先在这个新的磁盘上创建直到这个新的磁盘目录拥有的分区目录不是最少为止。

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六十五、partition的数据如何保存到硬盘

? ? 在 Kafka 中，分区数据是以多个分段（segment）的形式保存到硬盘上，每个segment文件对应至少三个文件，包括一个日志文件（.log）和两个索引文件（.index和.timeindex）。每个分段文件代表了一个时间段的消息序列，并按照一定的大小限制（通过?segment.bytes?参数配置，默认是1GB）进行切分。每个分段文件包含一个或多个消息的批次（batch），每个批次包含一条或多条消息。

? ? 当消息被写入到分区时，它们首先被追加到最新的分段文件中。当该分段文件达到了大小限制或者满足了一定的时间限制（通过?segment.ms?参数配置），将会被关闭，并创建一个新的分段文件来接收后续的消息。

这种基于分段的存储方式带来了以下好处：

  1. 磁盘空间的高效利用：由于分段文件的大小是可配置的，可以控制单个分段文件的大小，避免过大的文件，减少存储空间的浪费。通过多个小文件段，可以容易定期清除或删除已经消费完的文件。
  2. 高并发写入：因为每个分段文件都是独立的，Kafka 可以并发地写入多个分段文件，提高了写入的吞吐量。
  3. 读写的随机访问：每个分段文件都以索引的方式进行管理，可以快速地进行读写操作，而不需要遍历整个分区的数据。

? ? ?除了分段文件，Kafka 还会在硬盘上维护一些元数据文件，用于记录分区的偏移量、索引等信息，以支持快速的消息读取和消费的进度管理。

? ? ?Kafka 的分区数据是以分段文件的形式保存到硬盘上，每个分段文件代表了一个时间段的消息序列，并且通过元数据文件进行索引和管理，以实现高效的消息的持久化和读写操作。

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六十六、segment.ms默认值

? ? Kafka 的?segment.ms?参数用于配置分段文件的滚动策略，即决定何时将当前活跃的分段文件关闭并创建新的分段文件。它表示一个时间段的毫秒数。

? ? 在 Kafka 中，默认的?segment.ms?值为 7 天，即 604800000 毫秒。这意味着，如果一个分段文件距离上次被创建的时间达到 7 天，该分段文件将被关闭，然后创建一个新的分段文件用于接收后续的消息。

? ? 需要注意的是，设置?segment.ms?参数时，较小的值会导致分段文件的频繁滚动，增加了磁盘 I/O 操作和索引管理的开销；而较大的值可能会导致分段文件增长太大，读写操作变得缓慢。因此，需要根据具体的使用场景和需求来选择合适的?segment.ms?值。

? ? 如果你想了解当前 Kafka 集群中?segment.ms?参数的具体配置值，可以查看 Kafka 的配置文件（通常是?server.properties?文件）中的相应配置项。

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六十七、Kafka什么情况下会rebalance

? ? 在Kafka中，当消费者组内的消费者数量发生变化时，就会触发重新分配分区的过程，这个过程被称为 rebalance，也就是重新平衡。具体情况包括以下几种：

  1. 新的消费者加入消费者组：当有新的消费者加入消费者组时，为了保持分区的均衡，已有的分区分配方案可能不再适用，需要重新进行分区的分配，触发 rebalance。

  2. 消费者组内的消费者退出：当消费者组内的某个消费者退出（比如宕机或主动离开），为了确保剩余消费者可以继续处理所有分区的消息，需要重新进行分区的分配，触发 rebalance。

  3. 消费者组的订阅关系发生变化：如果消费者组内的消费者订阅主题发生变化，比如订阅了新的主题或取消了对某些主题的订阅，这也可能引发 rebalance。

  4. 主题的分区发生变化：如果某个主题的分区数量发生变化，比如新增或者删除分区，那么需要重新进行消费者的分区分配，以确保所有消费者能够处理到所有分区的消息。

  5. 消费者组的消费者数量发生变化：当消费者组内的消费者数量发生变化，比如有消费者加入或离开，也会触发 rebalance。

? ? 需要注意的是，Kafka 会通过 GroupCoordinator 来管理消费者组的状态和协调分配分区的操作。在 rebalance 过程中，Kafka 会根据消费者组的订阅关系、消费者的偏移量等信息，进行分区的重新分配。该过程确保每个消费者都能够处理到相对均衡的分区，以实现负载均衡和容错性。

? ? 触发 rebalance 会对消费者的消息处理产生一定的影响，因为在 rebalance 过程中，消费者可能会暂停消息处理和提交偏移量，直到分区重新分配完成。因此，在设计和配置消费者时，需要注意如何处理 rebalance 过程的影响，以确保系统的稳定性和性能。

? ? 当消费者组内的消费者数量、订阅关系或主题的分区发生变化时，Kafka 会触发 rebalance 过程，重新分配分区，以实现负载均衡和分布式消息处理。

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六十八、rebalance过程

? ? Kafka 的 rebalance 过程是指在消费者加入或退出消费者组、消费者组的订阅关系发生变化、主题的分区发生变化等情况下，重新分配分区给消费者的过程。下面是 Kafka rebalance 过程的大致步骤：

  1. 协调器选举：当发生 rebalance 时，会选择一个消费者作为协调器（Coordinator），负责协调和管理 rebalance 过程。协调器通常是一个属于消费者组的 Broker。

  2. 成员检测和加入：消费者会向协调器发送心跳包，告知自己的存活状态。协调器根据收到的心跳包，检测到加入或退出的消费者。

  3. 订阅关系分配：协调器收集消费者的订阅信息，并根据一定的算法决定分配哪些分区给每个消费者。常见的算法包括 Round-Robin、Range、Sticky 等。分配过程旨在实现分区的负载均衡。

  4. 分区分配协商：协调器根据订阅关系的变化和当前的消费者状态，计算出新的分区分配方案，将分区分配方案发送给所有消费者。

  5. 重新分配分区：消费者接收到分区分配方案后，根据分配的信息，停止消费当前不属于自己管理的分区的消息，并开始消费新分配给自己的分区的消息。

  6. 恢复消息处理：消费者完成分区重新分配后，恢复消费消息的处理，并开始提交偏移量。

? ? 在整个 rebalance 过程中，消费者会暂停消息处理和提交偏移量，以确保分区的重新分配和消息的一致性。通过 rebalance，Kafka 实现了消费者组内的负载均衡和分布式消息处理。

? ? 需要注意的是，在 rebalance 过程中，如果消费者组内的消费者数目较多、分区数目较多，或者网络延迟较大，可能会导致 rebalance 的时间较长，进而影响消费者的消息处理能力。因此，在设计和配置消费者组时，需要在负载均衡和系统稳定性之间做出权衡。

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六十九、rebalance有什么影响

? ? Kafka 中的 rebalance 过程对消费者的消息处理和系统性能都会产生一定的影响。下面列出了 rebalance 对 Kafka 的影响：

  1. 消息处理暂停：在 rebalance 过程中，消费者会暂停对分区消息的处理。这是因为在 rebalance 过程中，分区的重新分配可能导致某些分区由一个消费者转移到另一个消费者，为确保消息的一致性，Kafka 在重新分配期间会暂停消息的处理。

  2. 延迟增加：由于消息处理暂停，rebalance 会导致消息的处理延迟增加。消费者在等待分区重新分配的过程中无法处理消息，直到分区重新分配完成后才能继续消费。因此，在 rebalance 过程中，消费者的消息处理能力会受到一定程度的影响，可能导致消息延迟。

  3. 偏移量提交延迟：在 rebalance 过程中，消费者通常会等待分区重新分配完成后，再提交偏移量信息。这是为了确保各个消费者能够正确提交属于自己管理的分区的偏移量。因此，rebalance 过程也会导致偏移量的提交延迟。

  4. 消费者负载均衡：rebalance 过程是为了实现消费者组内分区的负载均衡。通过重新分配分区，Kafka 可以确保每个消费者处理的分区数目相对均衡，提高整个消费者组的消费能力。

  5. 消费者组稳定性：rebalance 过程保证了消费者组的稳定性和弹性。当有新的消费者加入或离开消费者组时，或者消费者组的订阅关系发生变化时，rebalance 能够自动更新消费者的状态和重新分配分区，以适应消费者组的变化。

? ? 为了减小 rebalance 对 Kafka 的影响，可以采取一些措施，如增加消费者的数量、合理设置分区数目、调整 rebalance 的间隔时间等。此外，在消费者实现中，可以使用批量提交和异步提交等策略来优化偏移量的提交，减少提交的延迟。

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七十、解决rebalance中遇到的问题

? ? 在 Kafka 中，可以采取一些策略和措施来解决 rebalance 过程中可能遇到的问题，从而降低影响并提高系统的稳定性和性能。以下是一些常见的解决方案：

  1. 增加分区数量：通过增加主题的分区数量，可以减少单个分区的消息数量，从而降低 rebalance 过程中重新分配分区的开销和影响。此外，增加分区数量也有助于提高整个消费者组的并行处理能力。

  2. 调整消费者组的数量：合理划分消费者组及其订阅关系，避免消费者组数量过多或者过少。如果消费者组数量过多，可能会导致 rebalance 执行频繁，增加系统开销；如果消费者组数量过少，可能会使分区分配不均衡，影响系统的负载均衡。

  3. 使用消费者组内部的偏移量提交：在 rebalance 过程中，可以使用消费者组内部的偏移量提交方式，将偏移量信息存储在 Kafka 的内部主题中，而不是依赖外部存储。这样可以避免因为外部存储不稳定导致的偏移量丢失问题。

  4. 实现幂等消费者：在消费者的消息处理逻辑中实现幂等性，确保同一条消息被重复分配给消费者时，不会造成重复处理。这样可以减少 rebalance 过程对消息处理的影响。

  5. 合理设置 rebalance 的间隔时间：在配置消费者组时，可以合理设置 rebalance 的间隔时间，避免频繁执行 rebalance。根据实际情况和系统的负载，灵活调整 rebalance 的触发频率和时间，以减少对消息处理的影响。

  6. 监控和调整消费者的健康状态：及时监控消费者的健康状态，例如消费者的心跳、消费者组的成员变化情况等，发现异常情况及时采取措施进行调整和修复，以保证消费者组的稳定运行。

? ? 综合利用这些措施和策略，可以有效地降低 rebalance 过程对 Kafka 系统的影响，提高系统的稳定性和性能。在实际应用中，需要根据具体的业务需求和系统架构，灵活选择和组合这些解决方案，以达到最优的效果。

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七十一、一次reblance大概要多久

Kafka的rebalance时间主要取决于以下因素：

  1. Topic的数量和Partition的数量：Kafka集群中的每个Consumer都会消费一个或多个Topic的Partition。当Consumer的数量发生变化时，Kafka会进行rebalance，重新分配Topic的Partition到Consumer。如果Topic的数量和Partition的数量很大，那么rebalance的时间可能会更长。
  2. 网络延迟：Kafka集群中的Consumer和Broker之间的网络延迟也会影响rebalance的时间。如果网络延迟很高，那么Consumer与Broker之间的通信时间会增加，进而增加rebalance的时间。
  3. 负载均衡器的配置：Kafka的负载均衡器配置也会影响rebalance的时间。如果Broker之间的负载不均衡，那么Kafka需要进行更多的调整来确保负载均衡，这会增加rebalance的时间。

? ? 一般来说，Kafka的rebalance时间在几十毫秒到几秒钟之间。如果Kafka集群很大或者网络延迟很高，那么rebalance的时间可能会更长。

? ? 总之，Kafka 中一次 rebalance 的时间由各种因素影响，包括消费者组的大小、主题的分区数量、消费者的处理能力、网络延迟等。因此很难给出确切的时间，一次 rebalance 的时间可能会有所不同。

? ? 一般来说，如果消费者组规模较小、主题的分区数量不是特别多，而且网络延迟较低，那么一次 rebalance 的时间可能只需要几秒钟到几十秒钟。这种情况下，Kafka 可以相对快速地重新分配分区，并使得消费者能够尽快地恢复消息的处理。

? ? 然而，如果消费者组规模较大、主题的分区数量很多，或者网络延迟较高，那么一次 rebalance 的时间可能会延长到数分钟甚至更长的时间。在这种情况下，Kafka 需要耗费更多的时间来重新计算分区的分配方案，并使得大量的消费者恢复到正常的消息处理状态。

? ? 需要注意的是，尽管一次 rebalance 的时间可能会有所不同，但是在实际生产环境中，我们通常会尽量减少 rebalance 的频率和影响，以确保系统的稳定性和性能。因此，合理的消费者组设计、合适的分区分配、健康的集群状态都是提高 Kafka 系统稳定性的重要因素，可以有效减少 rebalance 的时间和影响。

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七十二、Kafka为何这么快

Kafka 之所以能够实现如此高的性能和吞吐量，主要归功于以下几个设计特点和优化措施：

  1. 日志存储模型：Kafka 使用基于日志的存储模型，它将消息持久化到磁盘上的分区日志中。这种顺序写入的方式降低了磁盘的随机访问，提高了写入性能。同时，这也使得消息按顺序存储，便于批量读取和分段复制，从而提高了读取和复制的效率。

  2. 零拷贝：Kafka 在消息传输过程中尽量减少数据的拷贝次数，提高了数据传输的效率。它利用操作系统提供的零拷贝技术，通过直接内存访问（DMA）和发送方缓冲区共享，避免了数据在用户空间和内核空间之间的多次拷贝，降低了数据传输的开销。

  3. 批量处理：Kafka 在处理消息时倾向于采用批量处理的方式。生产者可以将消息批量发送到 Kafka，消费者也可以批量拉取消息进行处理，这样可以减少网络和磁盘 I/O 的开销，提高了数据处理的效率。

  4. 分区和并行处理：Kafka 将主题分成多个分区，并允许多个消费者并行处理不同分区的消息。这种分区和并行处理的设计允许 Kafka 在集群中实现水平扩展，提高了整体的处理能力。

  5. 缓存和索引：Kafka 使用内存来维护消息的索引和缓存，这样在消息的读取和查找过程中可以更快地定位和获取消息，提高了读取性能。同时，Kafka 的消息存储设计也允许消息数据在磁盘上进行快速查找，降低了磁盘 I/O 的开销。

  6. 分布式架构：Kafka 的分布式架构使得它可以充分利用集群中的多台机器进行并行处理，同时具备容错和高可用的能力，提高了整体的稳定性和可靠性。

? ? Kafka 之所以能够表现出高性能，主要是因为其采用了基于日志的存储模型、零拷贝技术、批量处理策略、分区和并行处理、缓存和索引优化，以及分布式架构等一系列的设计和优化措施，这些措施使得 Kafka 在处理大规模数据时能够保持出色的性能表现。

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七十三、Kafka系统工具有哪些类型

? ? Kafka 提供了一系列系统工具，用于管理、监控和操作 Kafka 集群。下面介绍 Kafka 系统工具的几种常见类型：

? 1. 管理工具：管理工具用于配置、管理和监控 Kafka 集群的各个组件和资源。其中包括：

  • kafka-topics.sh：用于创建、修改和查询 Kafka 主题的命令行工具。
  • kafka-configs.sh：用于修改和查询 Kafka 配置的命令行工具。
  • kafka-preferred-replica-election.sh：用于执行首选副本选举的命令行工具，用于修复副本领导者分配不均衡的情况。
  • kafka-consumer-groups.sh：用于管理和查询消费者组的偏移量信息的命令行工具。
  • kafka-acls.sh：用于管理和查询 Kafka 安全访问控制（ACL）的命令行工具。

? 2. 性能测试工具：性能测试工具用于测试和评估 Kafka 集群的性能、吞吐量和延迟等指标。其中包括：

  • kafka-producer-perf-test.sh：用于生产者性能测试的命令行工具。
  • kafka-consumer-perf-test.sh：用于消费者性能测试的命令行工具。

? 3. 监控工具：监控工具用于实时监控 Kafka 集群的运行状态、指标和性能等信息。其中包括：

  • kafka-consumer-offset-checker.sh：用于监控和查询消费者组消费偏移量的命令行工具。
  • kafka-producer-rate.sh：用于监控和计算生产者产生消息的速率的命令行工具。
  • kafka-log-dirs.sh：用于查询 Kafka Broker 中日志目录使用情况的命令行工具。

? 4. 工具库和客户端：Kafka 还提供了各种编程语言的客户端和工具库，用于开发和集成 Kafka 功能到应用程序中。主要的客户端包括 Java、Python、Go、Ruby 等，用于生产和消费 Kafka 消息，以及管理 Kafka 集群。

? ? 这些系统工具和库有助于简化 Kafka 集群的管理和运维工作，以及实现对 Kafka 集群的配置、监控和性能评估。可以根据需求选择和使用适合的工具来管理和操作 Kafka 集群。

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七十四、Kafka 存在那些局限性

Kafka 是一个功能强大的分布式流处理平台，但仍然存在一些局限性，包括以下几点：

  1. 磁盘空间和吞吐量成本：虽然 Kafka 能够存储大量数据并提供高吞吐量，但这也意味着需要相应的磁盘空间和硬件资源来支持。在面对海量数据的存储和传输时，需要仔细规划硬件资源和成本。

  2. 复杂性：Kafka 是一个分布式系统，部署和维护它需要非常好的理解和对分布式系统的熟悉，这也意味着有一定的学习成本。

  3. 数据一致性：尽管 Kafka 提供了高可靠性的消息传递机制，但在某些情况下，消息的顺序传递和一致性仍可能受到影响。特别是在某些故障情况下，可能需要额外的工作来确保数据一致性。

  4. 复杂的管理和运维：Kafka 集群需要一定的管理和运维工作，包括监控、故障处理、扩展性管理等，对于一些中小型的应用来说，这可能是一个额外的负担。

  5. 实时性：虽然 Kafka 具有高吞吐量和低延迟的特性，但并不是所有的使用场景都适合实时处理，对于一些对实时性要求极高的场景可能需要额外的优化和设计。

  6. 复杂的部署和配置：Kafka 的部署和配置相对复杂，需要维护各种配置文件和参数，需要仔细考虑硬件和网络的性能。

? ? 尽管存在这些局限性，但 Kafka 作为一个高性能、高可靠性的分布式消息系统，仍然具有广泛的应用场景，并且不断在发展中解决和缓解这些问题。

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七十五、kafka与flume的区别

Kafka 和 Flume 都是用于实时数据流处理的工具，它们有一些重要区别：

  1. 架构和设计思想：Kafka 是一个分布式流处理平台，以分布式日志的形式持久化数据，并通过分区和复制等机制保证高可靠性和高吞吐量。Flume 是一个分布式数据采集、聚合和传输系统，它专注于数据的采集和发送，并提供了丰富的源和目的地插件，允许从各种数据源采集数据并发送到不同的目的地。

  2. 消费者模型：Kafka 使用发布-订阅模型，即消息被写入特定的主题，然后消费者可以通过订阅这些主题来消费消息。Flume 使用流水线模型，消息在一系列的代理（Agent）中流动，每个代理负责特定的转换或过滤操作，然后将消息传递给下一个代理或目的地。

  3. 可靠性和持久化：Kafka 通过将消息持久化到磁盘上的日志文件中，并复制到多个副本来确保数据的可靠性和持久性。Flume 默认情况下不保证消息的可靠性和持久化，但可以使用某些特定的通道和插件来实现持久化和可靠性要求。

  4. 数据处理能力：Kafka 主要关注数据的持久化和传输，提供了简单的数据处理能力，例如流的合并、过滤等。Flume 则提供了更多的数据处理和转换能力，例如数据映射、重命名、过滤、聚合等。

  5. 部署和配置复杂性：Kafka 的部署和配置相对复杂，需要维护各种配置文件和参数，需要考虑集群的规模和性能。Flume 的部署相对简单，通过代理的方式进行数据采集和传输，但在复杂的场景下也需要一定的配置和管理。

  6. 数据处理语义：Kafka 提供了分区和分布式日志存储的语义，并且允许消费者进行轻量级的数据处理，例如转换、筛选等，但它不提供复杂的数据转换和处理功能。相比之下，Flume 提供了更多的数据处理语义，例如日志解析、数据格式转换等，以支持更灵活的数据管道。

  7. 使用场景：由于其高吞吐量和持久性特性，Kafka 更适合用作大规模数据流式处理系统的基础设施，例如实时日志处理、事件驱动架构、指标收集等。而 Flume 更适合用于数据采集和传输，例如日志收集、数据导入等场景。

  8. 生态系统和整合：Kafka 作为 Apache 基金会的顶级项目，拥有丰富的生态系统和大量的第三方工具和库的支持，例如 Kafka Connect、Kafka Streams 等。Flume 也有一些插件和扩展，但其整体生态系统相对较小。

  9. 可扩展性和性能调优：Kafka 具有优秀的可扩展性，可以通过添加分区和增加节点来提高吞吐量和容量。同时，Kafka 也提供了丰富的性能调优选项，可以根据不同的场景进行灵活的性能调优。Flume 相对来说在可扩展性和性能调优方面可能没那么灵活，特别是对于特定类型的数据处理需求。

  10. 社区支持和更新维护：Kafka 作为 Apache 顶级项目，拥有庞大的社区支持和持续的更新维护，可以获得更多的技术支持和解决方案。Flume 作为 Apache 项目也有社区支持，但相比 Kafka 可能规模较小。

  11. 安全性和权限控制：Kafka 提供了丰富的安全特性，包括 SSL 加密传输、认证授权、访问控制等功能，以确保数据的安全性和隐私性。Flume 在安全性方面也有一些特性，但相比之下可能不如 Kafka 完备。

  12. 数据一致性和保证：Kafka 在分布式系统和消息传递方面有着成熟的设计和机制，可以保证数据的一致性和可靠性。Flume 也提供了一些可靠性的保证，但一些高级的一致性要求可能需要额外的工作来实现。

? ? Kafka 适用于需要高吞吐量和持久化存储的场景，例如日志收集、消息队列、流处理等；而 Flume 更适用于数据采集和传输场景，例如日志采集、数据管道等。

? ??Kafka 和 Flume 都是用于实时数据流处理的工具，有着不同的特点和适用场景。在实际应用中，可以根据具体的业务需求、数据流处理的复杂程度以及对可靠性、性能等方面的要求来选择合适的工具或者组合使用它们来构建数据处理系统。

? ? 最终选择 Kafka 还是 Flume，需要综合考虑以上方面的因素，并结合具体的业务场景和需求来进行权衡和决策。在一些情况下，甚至可以考虑将 Kafka 和 Flume 结合使用，例如使用 Flume 进行数据采集和初始处理，然后将数据传输到 Kafka 进行持久化和进一步的流处理等。因此，根据实际情况进行综合考量是非常重要的。

文章来源:https://blog.csdn.net/danci_/article/details/135725653
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