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零复制
Kafka 使用零复制技术向客户端发送消息——也就是说Kafka 直接把消息从文件或者更确切地说是 Linux 文件系统缓存里发送到网络通道而不需要经过任何中间缓冲区。这是 Kafka 与其他大部分数据库系统不一样的地方其他数据库在将数据发送给客户端之前会先把它们保存在本地缓存里。这项技术避免了字节复制也不需要管理内存缓冲区从而获得更好的性能。
如何选定分区数量
为主题选定分区数量并不是一件可有可无的事情在进行数量选择时需要考虑如下几个因素。 主题需要达到多大的吞吐量例如是希望每秒钟写入 100KB 还是 1GB 从单个分区读取数据的最大吞吐量是多少每个分区一般都会有一个消费者如果你知道消费者将数据写入数据库的速度不会超过每秒 50MB那么你也该知道从一个分区读取数据的吞吐量不需要超过每秒 50MB。 可以通过类似的方法估算生产者向单个分区写入数据的吞吐量不过生产者的速度一般比消费者快得多所以最好为生产者多估算一些吞吐量。 每个 broker 包含的分区个数、可用的磁盘空间和网络带宽。 如果消息是按照不同的键来写入分区的那么为已有的主题新增分区就会很困难。 单个 broker 对分区个数是有限制的因为分区越多占用的内存越多完成首领选举需要的时间也越长。
消费者数量
我们有必要为主题创建大量的分区在负载增长时可以加入更多的消费者。不过要注意不要让消费者的数量超过主题分区的数量多余的消费者只会被闲置。
跟随者副本
首领以外的副本都是跟随者副本。跟随者副本不处理来自客户端的请求它们唯一的任务就是从首领那里复制消息保持与首领一致的状态。如果首领发生崩溃其中的一个跟随者会被提升为新首领。
Kafka 可以在哪些方面作出保证呢
Kafka 可以保证分区消息的顺序。如果使用同一个生产者往同一个分区写入消息而且消息 B 在消息 A 之后写入那么 Kafka 可以保证消息 B 的偏移量比消息 A 的偏移量大而且消费者会先读取消息 A 再读取消息 B。只有当消息被写入分区的所有同步副本时但不一定要写入磁盘它才被认为是“已提交”的。生产者可以选择接收不同类型的确认比如在消息被完全提交时的确认或者在消息被写入首领副本时的确认或者在消息被发送到网络时的确认。只要还有一个副本是活跃的那么已经提交的消息就不会丢失。消费者只能读取已经提交的消息。
复制机制和分区的多副本架构
Kafka 的复制机制和分区的多副本架构是 Kafka 可靠性保证的核心。把消息写入多个副本可以使 Kafka 在发生崩溃时仍能保证消息的持久性。
使用 Kafka 构建数据管道
在使用 Kafka 构建数据管道时通常有两种使用场景第一种把 Kafka 作为数据管道的两个端点之一例如把 Kafka 里的数据移动到 S3 上或者把 MongoDB 里的数据移动到 Kafka 里第二种把 Kafka 作为数据管道两个端点的中间媒介例如为了把 Twitter 的数据移动到 ElasticSearch 上需要先把它们移动到 Kafka 里再将它们从 Kafka 移动到 ElasticSearch 上。
Kafka 为数据管道带来的主要价值
Kafka 为数据管道带来的主要价值在于它可以作为数据管道各个数据段之间的大型缓冲区有效地解耦管道数据的生产者和消费者。Kafka 的解耦能力以及在安全和效率方面的可靠性使它成为构建数据管道的最佳选择。
ETL 和 ELT
数据管道的构建可以分为两大阵营即 ETL 和 ELT。 ETL 表示提取—转换—加载Extract-Transform-Load也就是说当数据流经数据管道时数据管道会负责处理它们。这种方式为我们节省了时间和存储空间因为不需要经过保存数据、修改数据、再保存数据这样的过程。不过这种好处也要视情况而定。有时候这种方式会给我们带来实实在在的好处但也有可能给数据管道造成不适当的计算和存储负担。这种方式“有一个明显不足就是数据的转换会给数据管道下游的应用造成一些限制特别是当下游的应用希望对数据进行进一步处理的时候。假设有人在 MongoDB 和 MySQL 之间建立了数据管道并且过滤掉了一些事件记录或者移除了一些字段那么下游应用从 MySQL 中访问到的数据是不完整的。如果它们想要访问被移除的字段只能重新构建管道并重新处理历史数据如果可能的话。 ELT 表示提取—加载—转换Extract-Load-Transform。在这种模式下数据管道只做少量的转换主要是数据类型转换确保到达数据池的数据尽可能地与数据源保持一致。这种情况也被称为高保真high fidelity数据管道或数据湖data lake架构。目标系统收集“原始数据”并负责处理它们。这种方式为目标系统的用户提供了最大的灵活性因为它们可以访问到完整的数据。在这些系统里诊断问题也变得更加容易“因为数据被集中在同一个系统里进行处理而不是分散在数据管道和其他应用里。这种方式的不足在于数据的转换占用了目标系统太多的 CPU 和存储资源。有时候目标系统造价高昂如果有可能人们希望能够将计算任务移出这些系统。
数据管道
数据管道最重要的作用之一是解耦数据源和数据池。
留待实战内容
连接器示例——从MySQL到ElasticSearch
broker最重要的度量指标
如果说 broker 只有一个可监控的度量指标那么它一定是指非同步分区的数量。该度量指明了作为首领的 broker 有多少个分区处于非同步状态。这个度量可以反映 Kafka 的很多内部问题从 broker 的崩溃到资源的过度消耗。
集群问题
集群问题一般分为以下两类
不均衡的负载。资源过度消耗。
流入和流出速率
流出速率也包括副本流量也就是说如果所有主题都设置了复制系数 2那么在没有消费者客户端的情况下流出速率与流入速率是一样的。
流式处理
流式处理是指实时地处理一个或多个事件流。流式处理是一种编程范式就像请求与响应范式和批处理范式那样。
只要持续地从一个无边界的数据集读取数据然后对它们进行处理并生成结果那就是在进行流式处理。重点是整个处理过程必须是持续的。
表与流
在将表与流进行对比时可以这么想流包含了变更——流是一系列事件每个事件就是一个变更。表包含了当前的状态是多个变更所产生的结果。所以说表和流是同一个硬币的两面——世界总是在发生变化用户有时候关注变更事件有时候则关注世界的当前状态。如果一个系统允许使用这两种方式来查看数据那么它就比只支持一种方式的系统强大。
时间窗口
如果“移动间隔”与窗口大小相等这种情况被称为“滚动窗口tumbling window”。如果窗口随着每一条记录移动这种情况被称为“滑动窗口sliding window”。
变更数据捕捉Change Data Capture
如果能够捕捉数据库的变更事件并形成事件流流式处理作业就可以监听事件流并及时更新缓存。捕捉数据库的变更事件并形成事件流这个过程被称为 CDC——变更数据捕捉Change Data Capture。
基于时间窗口的连接windowed-join
如果要连接两个流那么就是在连接所有的历史事件——将两个流里具有相同键和发生在相同时间窗口内的事件匹配起来。这就是为什么流和流的连接也叫作基于时间窗口的连接windowed-join。
