淘宝内部的交易系统使用了淘宝自主研发的Notify消息中间件,使用Mysql作为消息存储媒介,可完全水平扩容,为了进一步降低成本,我们认为存储部分可以进一步优化,2011年初,Linkin开源了Kafka这个优秀的消息中间件,淘宝中间件团队在对Kafka做过充分Review之后,Kafka无限消息堆积,高效的持久化速度吸引了我们,但是同时发现这个消息系统主要定位于日志传输,对于使用在淘宝交易、订单、充值等场景下还有诸多特性不满足,为此我们重新用Java语言编写了RocketMQ,定位于非日志的可靠消息传输(日志场景也OK),目前RocketMQ在阿里集团被广泛应用在订单,交易,充值,流计算,消息推送,日志流式处理,binglog分发等场景。
架构
在Kafka中,是1个topic有多个partition,每个partition有1个master + 多个slave。对应如下图所示:
这里只有3台机器(b0,b1,b2),每台机器既是Master,也是Slave。具体来说,比如机器b0,对于partition0来说,它可能是Master;对应partition1来说,它可能又是Slave。
RocketMQ的架构拓扑图
不同于Kafka里面,一台机器同时是Master和Slave。在RocketMQ里面,1台机器只能要么是Master,要么是Slave。这个在初始的机器配置里面,就定死了。其架构拓扑图如下:
在这里,RocketMQ里面queue这个概念,就对应Kafka里面partition。
有3个Master, 6个Slave,那对应到物理上面,就是3+6,得9台机器!!!而不是上面像Kafka一样,3台机器。
Master/Slave/Broker概念
Master/Slave概念:
Kafka: Master/Slave是个逻辑概念,1台机器,同时具有Master角色和Slave角色。
RocketMQ: Master/Slave是个物理概念,1台机器,只能是Master或者Slave。在集群初始配置的时候,指定死的。其中Master的broker id = 0,Slave的broker id > 0。
Broker概念:
Kafka: Broker是个物理概念,1个broker就对应1台机器。
RocketMQ:Broker是个逻辑概念,1个broker = 1个master + 多个slave。所以才有master broker, slave broker这样的概念。
那这里,master和slave是如何配对的呢? 答案是通过broker name。具有同1个broker name的master和slave进行配对。
具体到配置里面,如下:
//机器1 brokerClusterName=DefaultCluster brokerName=broker-a brokerId=0 deleteWhen=04 fileReservedTime=48 brokerRole=ASYNC_MASTER flushDiskType=ASYNC_FLUSH
1 2 3 4 5 6 7 8 9
//机器2 brokerClusterName=DefaultCluster brokerName=broker-a brokerId=1 deleteWhen=04 fileReservedTime=48 brokerRole=SLAVE flushDiskType=ASYNC_FLUSH
1 2 3 4 5 6 7 8
//机器3 brokerClusterName=DefaultCluster brokerName=broker-a brokerId=2 deleteWhen=04 fileReservedTime=48 brokerRole=SLAVE flushDiskType=ASYNC_FLUSH
12 3 4 5 6 7 8
这里机器1和机器2,机器3具有相同的brokerName(broker-a),一个brokerId = 0,另2个brokerId > 0。所以机器1是Master,机器2, 3是Slave。
所以这里可以看出:RokcetMQ和Kafka关于这2对概念的定义,刚好是反过来的!Kafka是先有Broker,然后产生出Master/Slave;RokcetMQ是先定义Master/Slave,然后组合出Broker。
Master/Slave/Broker特性
在Kafka里面,Maser/Slave是选举出来的!RocketMQ不需要选举!
具体来说,在Kafka里面,Master/Slave的选举,有2步:第1步,先通过ZK在所有机器中,选举出一个KafkaController;第2步,再由这个Controller,决定每个partition的Master是谁,Slave是谁。这里的Master/Slave是动态的,也就是说:当Master挂了之后,会有1个Slave切换成Master。
而在RocketMQ中,不需要选举,Master/Slave的角色也是固定的。当一个Master挂了之后,你可以写到其他Master上,但不会说一个Slave切换成Master。这种简化,使得RocketMQ可以不依赖ZK就很好的管理Topic/queue和物理机器的映射关系了,也实现了高可用。
在Kafka里面,一个partition必须与1个Master有严格映射关系,这个Master挂了,就要从其他Slave里面选举出一个Master;而在RocketMQ里面,这个限制放开了,一个queue对应的Master挂了,它会切到其他Master,而不是选举出来一个。
总结,RocketMQ不需要像Kafka那样有很重的选举逻辑,它把这个问题简化了。剩下的就是topic/queue的路由信息,那用个简单的NameServer就搞定了,很轻量,还无状态,可靠性也能得到很好保证。
创建Topic机制
RocketMQ 创建topic的命令
下面代码来自UpdateTopicSubCommand这个类,也就是RocketMq创建topic时,调用的类。这里有几个关键参数,其他参数我省略了:
b:
c: //b和c2选1,b是指定topic所在的机器,c是指定topic所在的cluster
topic: //这个是基本参数,没什么好讲的
readQueueNums/writeQueueNums: //队列个数。缺省2者相等,是8。关于这个readQueueNums/writeQueueNums,是RocketMQ特有的概念,后面再来详细分析。此处就认为他们2者相等,是同1个。
Option opt = new Option("b", "brokerAddr", true, "create topic to which broker"); opt.setRequired(false); options.addOption(opt); opt = new Option("c", "clusterName", true, "create topic to which cluster"); opt.setRequired(false); options.addOption(opt); opt = new Option("t", "topic", true, "topic name"); opt.setRequired(true); options.addOption(opt); opt = new Option("r", "readQueueNums", true, "set read queue nums"); opt.setRequired(false); options.addOption(opt); opt = new Option("w", "writeQueueNums", true, "set write queue nums"); opt.setRequired(false); options.addOption(opt); 。。。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Kafka创建topic的命令
跟RocketMQ相比,有2个同样的参数:1个是topic,一个是队列数目,也就是这里的–partitions。
bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper localhost:2181 --replication-factor 3 --partitions 1 --topic my-replicated-topic 1
2者在创建topic时一个显著的不同
Kafka有一个参数replication-factor,也就是指定给1个Master配几个Slave?
RocketMQ有一个参数c,也就是clusterName,来指定这个cluster里面,所有的Master和Slave的配对(多个master, 多个slave) 对应同1个topic!!!
缺省情况下,所有的Master和Slave属于同1个集群,也就是上面的3台机器配置中的第1个参数:brokerClusterName=DefaultCluster。
总结,对于kafka来说,你指定topic,它的partition个数,它的master/slave配比,然后系统自动从所有机器中,为每个topic_partition分配1个master + 多个slave;
对于RokcetMQ来说,你指定topic,它的queue个数,它对应的cluster。然后系统自动建立这个cluster(多个master + 多个slave) 和你的topic之间的映射关系。
数据可靠性
RocketMQ支持异步实时刷盘,同步刷盘,同步Replication,异步Replication
Kafka使用异步刷盘方式,异步Replication/同步Replication
总结:RocketMQ的同步刷盘在单机可靠性上比Kafka更高,不会因为操作系统Crash,导致数据丢失。
Kafka同步Replication理论上性能低于RocketMQ的同步Replication,原因是Kafka的数据以分区为单位组织,意味着一个Kafka实例上会有几百个数据分区,RocketMQ一个实例上只有一个数据分区,RocketMQ可以充分利用IO Group Commit机制,批量传输数据,配置同步Replication与异步Replication相比,性能损耗约20%~30%,Kafka没有亲自测试过,但是个人认为理论上会低于RocketMQ。
性能对比
Kafka单机写入TPS约在百万条/秒,消息大小10个字节
RocketMQ单机写入TPS单实例约7万条/秒,单机部署3个Broker,可以跑到最高12万条/秒,消息大小10个字节
总结:Kafka的TPS跑到单机百万,主要是由于Producer端将多个小消息合并,批量发向Broker。
RocketMQ为什么没有这么做?
Producer通常使用Java语言,缓存过多消息,GC是个很严重的问题
Producer调用发送消息接口,消息未发送到Broker,向业务返回成功,此时Producer宕机,会导致消息丢失,业务出错
Producer通常为分布式系统,且每台机器都是多线程发送,我们认为线上的系统单个Producer每秒产生的数据量有限,不可能上万。
缓存的功能完全可以由上层业务完成。
单机支持的队列数
Kafka单机超过64个队列/分区,Load会发生明显的飙高现象,队列越多,load越高,发送消息响应时间变长。Kafka分区数无法过多的问题
RocketMQ单机支持最高5万个队列,Load不会发生明显变化
队列多有什么好处?
单机可以创建更多Topic,因为每个Topic都是由一批队列组成
Consumer的集群规模和队列数成正比,队列越多,Consumer集群可以越大
消息投递实时性
Kafka使用短轮询方式,实时性取决于轮询间隔时间,0.8以后版本支持长轮询。
RocketMQ使用长轮询,同Push方式实时性一致,消息的投递延时通常在几个毫秒。
消费失败重试
Kafka消费失败不支持重试。
RocketMQ消费失败支持定时重试,每次重试间隔时间顺延
总结:例如充值类应用,当前时刻调用运营商网关,充值失败,可能是对方压力过多,稍后再调用就会成功,如支付宝到银行扣款也是类似需求。
这里的重试需要可靠的重试,即失败重试的消息不因为Consumer宕机导致丢失。
严格的消息顺序
Kafka支持消息顺序,但是一台Broker宕机后,就会产生消息乱序
RocketMQ支持严格的消息顺序,在顺序消息场景下,一台Broker宕机后,发送消息会失败,但是不会乱序
Mysql Binlog分发需要严格的消息顺序
定时消息
Kafka不支持定时消息
RocketMQ支持两类定时消息
开源版本RocketMQ仅支持定时Level,定时Level用户可定制
阿里云ONS支持定时Level,以及指定的毫秒级别的延时时间
分布式事务消息
Kafka不支持分布式事务消息
阿里云ONS支持分布式定时消息,未来开源版本的RocketMQ也有计划支持分布式事务消息
消息查询
Kafka不支持消息查询
RocketMQ支持根据Message Id查询消息,也支持根据消息内容查询消息(发送消息时指定一个Message Key,任意字符串,例如指定为订单Id)
总结:消息查询对于定位消息丢失问题非常有帮助,例如某个订单处理失败,是消息没收到还是收到处理出错了。
消息回溯
Kafka理论上可以按照Offset来回溯消息
RocketMQ支持按照时间来回溯消息,精度毫秒,例如从一天之前的某时某分某秒开始重新消费消息
总结:典型业务场景如consumer做订单分析,但是由于程序逻辑或者依赖的系统发生故障等原因,导致今天消费的消息全部无效,需要重新从昨天零点开始消费,那么以时间为起点的消息重放功能对于业务非常有帮助。
消费并行度
Kafka的消费并行度依赖Topic配置的分区数,如分区数为10,那么最多10台机器来并行消费(每台机器只能开启一个线程),或者一台机器消费(10个线程并行消费)。即消费并行度和分区数一致。
RocketMQ消费并行度分两种情况
顺序消费方式并行度同Kafka完全一致
乱序方式并行度取决于Consumer的线程数,如Topic配置10个队列,10台机器消费,每台机器100个线程,那么并行度为1000。
消息轨迹
Kafka不支持消息轨迹
阿里云ONS支持消息轨迹
开发语言友好性
Kafka采用Scala编写
RocketMQ采用Java语言编写
Broker端消息过滤
Kafka不支持Broker端的消息过滤
RocketMQ支持两种Broker端消息过滤方式
根据Message Tag来过滤,相当于子topic概念
向服务器上传一段Java代码,可以对消息做任意形式的过滤,甚至可以做Message Body的过滤拆分。
消息堆积能力
理论上Kafka要比RocketMQ的堆积能力更强,不过RocketMQ单机也可以支持亿级的消息堆积能力,我们认为这个堆积能力已经完全可以满足业务需求。
开源社区活跃度
Kafka社区更新较慢
RocketMQ的github社区有250个个人、公司用户登记了联系方式,QQ群超过1000人。
成熟度
Kafka在日志领域比较成熟
RocketMQ在阿里集团内部有大量的应用在使用,每天都产生海量的消息,并且顺利支持了多次天猫双十一海量消息考验,是数据削峰填谷的利器。
参考
RocketMQ与Kafka对比(18项差异)