kafka问题总结
- 【1】Kafka 都有哪些特点？
- 【2】为什么要使用 kafka，为什么要使用消息队列？
- 【2】kafka的使用场景
- 【3】Kafka 的设计架构
- 【4】kafka分区的目的
- 【5】Kafka 是如何做到消息的有序性？
- 【6】Kafka 的高可靠性是怎么实现的？
- 【7】Kafka 数据一致性原理？
- 【8】ISR、OSR、AR 是什么？
- 【9】LEO、HW、LSO、LW等分别代表什么？
- 【10】Kafka 在什么情况下会出现消息丢失？
- 【11】怎么尽可能保证 Kafka 的可靠性？
- 【12】消费者和消费者组有什么关系？
- 【13】Kafka 的每个分区只能被一个消费者线程，如何做到多个线程同时消费一个分区？
- 【14】数据传输的事务有几种？
- 【15】Kafka 消费者是否可以消费指定分区消息？
- 【16】Kafka消息是采用Pull模式，还是Push模式？
- 【17】Kafka创建Topic时如何将分区放置到不同的Broker中
- 【18】Kafka新建的分区会在哪个目录下创建
- 【19】Kafka 是如何实现高吞吐率的？
- 【20】如何为Kafka集群选择合适的Topics/Partitions数量
- 【21】谈谈你对 Kafka 事务的了解？
- 【22】谈谈你对 Kafka 幂等的了解？
- 【23】Kafka 缺点？
- 【24】Kafka 分区数可以增加或减少吗？为什么？
- 【25】zookeeper对于kafka的作用是什么?
- 【26】kafka判断一个节点还活着的有那两个条件？
- 【27】kafka 的 ack 的三种机制
- 【28】kafka 如何不消费重复数据？比如扣款，我们不能重复的扣。（kafka如何保证消息的幂等性）
- 【29】partition的数据文件（offset，MessageSize，data）
- 【30】kafka如何实现数据的高效读取？（顺序读写、分段命令、二分查找）
- 【31】Kafka 消费者端的 Rebalance 操作什么时候发生？
- 【32】Kafka为什么不支持读写分离？
- 【33】kafka follower如何与leader同步数据
- 【34】
【1】Kafka 都有哪些特点？
（1）高吞吐量、低延迟：kafka每秒可以处理几十万条消息，它的延迟最低只有几毫秒，每个topic可以分多个partition, consumer group 对partition进行consume操作。
（2）可扩展性：kafka集群支持热扩展
（3）持久性、可靠性：消息被持久化到本地磁盘，并且支持数据备份防止数据丢失
（4）容错性：允许集群中节点失败（若副本数量为n,则允许n-1个节点失败）
（5）高并发：支持数千个客户端同时读写
【2】为什么要使用 kafka，为什么要使用消息队列？
（1）缓冲和削峰
上游数据时有突发流量，下游可能扛不住，或者下游没有足够多的机器来保证冗余，kafka在中间可以起到一个缓冲的作用，把消息暂存在kafka中，下游服务就可以按照自己的节奏进行慢慢处理。
（2）解耦和扩展性
项目开始的时候，并不能确定具体需求。消息队列可以作为一个接口层，解耦重要的业务流程。只需要遵守约定，针对数据编程即可获取扩展能力。
（3）冗余
可以采用一对多的方式，一个生产者发布消息，可以被多个订阅topic的服务消费到，供多个毫无关联的业务使用。
（4）健壮性
消息队列可以堆积请求，所以消费端业务即使短时间死掉，也不会影响主要业务的正常进行。
（5）异步通信
很多时候，用户不想也不需要立即处理消息。消息队列提供了异步处理机制，允许用户把一个消息放入队列，但并不立即处理它。想向队列中放入多少消息就放多少，然后在需要的时候再去处理它们。
【2】kafka的使用场景
（1）日志收集：一个公司可以用Kafka可以收集各种服务的log，通过kafka以统一接口服务的方式开放给各种consumer，例如hadoop、HBase、Solr等。
（2）消息系统：解耦和生产者和消费者、缓存消息等。
（3）用户活动跟踪：Kafka经常被用来记录web用户或者app用户的各种活动，如浏览网页、搜索、点击等活动，这些活动信息被各个服务器发布到kafka的topic中，然后订阅者通过订阅这些topic来做实时的监控分析，或者装载到hadoop、数据仓库中做离线分析和挖掘。
（4）运营指标：Kafka也经常用来记录运营监控数据。包括收集各种分布式应用的数据，生产各种操作的集中反馈，比如报警和报告。
（5）流式处理：比如spark streaming和 Flink
【3】Kafka 的设计架构
Kafka 架构分为以下几个部分
（1）Producer ：消息生产者，就是向 kafka broker 发消息的客户端。
（2）Consumer ：消息消费者，向 kafka broker 取消息的客户端。
（3）Topic ：可以理解为一个队列，一个 Topic 又分为一个或多个分区，
（4）Consumer Group：这是 kafka 用来实现一个 topic 消息的广播（发给所有的 consumer）和单播（发给任意一个 consumer）的手段。一个 topic 可以有多个 Consumer Group。
（5）Broker ：一台 kafka 服务器就是一个 broker。一个集群由多个 broker 组成。一个 broker 可以容纳多个 topic。
broker 是消息的代理，Producers往Brokers里面的指定Topic中写消息，Consumers从Brokers里面拉取指定Topic的消息，然后进行业务处理，broker在中间起到一个代理保存消息的中转站。
（6）Partition：为了实现扩展性，一个非常大的 topic 可以分布到多个 broker上，每个 partition 是一个有序的队列。partition 中的每条消息都会被分配一个有序的id（offset）。将消息发给 consumer，kafka 只保证按一个 partition 中的消息的顺序，不保证一个 topic 的整体（多个 partition 间）的顺序。
（7）Offset：kafka 的存储文件都是按照 offset.kafka 来命名，用 offset 做名字的好处是方便查找。例如你想找位于 2049 的位置，只要找到 2048.kafka 的文件即可。当然 the first offset 就是 00000000000.kafka。
Kafka中的Topic 被分成了若干分区，每个分区在同一时间只被一个 consumer 消费。然后再通过offset进行消息位置标记，通过位置偏移来跟踪消费状态。相比其他一些消息队列使用“一个消息被分发到consumer 后 broker 就马上进行标记或者等待 customer 的通知后进行标记”的优点是，避免了通信消息发送后，可能出现的程序奔溃而出现消息丢失或者重复消费的情况。同时也无需维护消息的状态，不用加锁，提高了吞吐量。
【4】kafka分区的目的
分区对于 Kafka 集群的好处是：实现负载均衡。分区对于消费者来说，可以提高并发度，提高效率。
【5】Kafka 是如何做到消息的有序性？
【kafka 中的每个 partition 中的消息在写入时都是有序的，而且单独一个 partition 只能由一个消费者去消费，可以在里面保证消息的顺序性。但是分区之间的消息是不保证有序的。】
Kafka 中发送 1 条消息的时候，可以指定(topic, partition, key) 3 个参数，partiton 和 key 是可选的。
Kafka 分布式的单位是 partition，同一个 partition 用一个 write ahead log 组织，所以可以保证FIFO 的顺序。不同 partition 之间不能保证顺序。因此你可以指定 partition，将相应的消息发往同 1个 partition，并且在消费端，Kafka 保证1 个 partition 只能被1 个 consumer 消费，就可以实现这些消息的顺序消费。
另外，你也可以指定 key（比如 order id），具有同 1 个 key 的所有消息，会发往同 1 个partition，那这样也实现了消息的顺序消息。
【6】Kafka 的高可靠性是怎么实现的？
【7】Kafka 数据一致性原理？
一致性就是说不论是老的 Leader 还是新选举的 Leader，Consumer 都能读到一样的数据。
假设分区的副本为3，其中副本0是 Leader，副本1和副本2是 follower，并且在 ISR 列表里面。虽然副本0已经写入了 Message4，但是 Consumer 只能读取到 Message2。因为所有的 ISR 都同步了 Message2，只有 High Water Mark 以上的消息才支持 Consumer 读取，而 High Water Mark 取决于 ISR 列表里面偏移量最小的分区，对应于上图的副本2，这个很类似于木桶原理。
这样做的原因是还没有被足够多副本复制的消息被认为是“不安全”的，如果 Leader 发生崩溃，另一个副本成为新 Leader，那么这些消息很可能丢失了。如果我们允许消费者读取这些消息，可能就会破坏一致性。试想，一个消费者从当前 Leader（副本0） 读取并处理了 Message4，这个时候 Leader 挂掉了，选举了副本1为新的 Leader，这时候另一个消费者再去从新的 Leader 读取消息，发现这个消息其实并不存在，这就导致了数据不一致性问题。
当然，引入了 High Water Mark 机制，会导致 Broker 间的消息复制因为某些原因变慢，那么消息到达消费者的时间也会随之变长（因为我们会先等待消息复制完毕）。延迟时间可以通过参数 replica.lag.time.max.ms 参数配置，它指定了副本在复制消息时可被允许的最大延迟时间。
【8】ISR、OSR、AR 是什么？
ISR：In-Sync Replicas 副本同步队列
OSR：Out-of-Sync Replicas
AR：Assigned Replicas 所有副本
ISR是由leader维护，follower从leader同步数据有一些延迟，超过相应的阈值会把 follower 剔除出 ISR, 存入OSR（Out-of-Sync Replicas ）列表，新加入的follower也会先存放在OSR中。AR=ISR+OSR。
【9】LEO、HW、LSO、LW等分别代表什么？
（1）LEO：是 LogEndOffset 的简称，代表当前日志文件中下一条
（2）HW：水位或水印（watermark）一词，也可称为高水位(high watermark)，通常被用在流式处理领域（比如Apache Flink、Apache Spark等），以表征元素或事件在基于时间层面上的进度。在Kafka中，水位的概念反而与时间无关，而是与位置信息相关。严格来说，它表示的就是位置信息，即位移（offset）。取 partition 对应的 ISR中 最小的 LEO 作为 HW，consumer 最多只能消费到 HW 所在的位置上一条信息。
（3）LSO：是 LastStableOffset 的简称，对未完成的事务而言，LSO 的值等于事务中第一条消息的位置(firstUnstableOffset)，对已完成的事务而言，它的值同 HW 相同
（4）LW：Low Watermark 低水位, 代表 AR 集合中最小的 logStartOffset 值。
【10】Kafka 在什么情况下会出现消息丢失？
【11】怎么尽可能保证 Kafka 的可靠性？
【12】消费者和消费者组有什么关系？
每个消费者从属于消费组。具体关系如下：
【13】Kafka 的每个分区只能被一个消费者线程，如何做到多个线程同时消费一个分区？
【14】数据传输的事务有几种？
数据传输的事务定义通常有以下三种级别：
（1）最多一次: 消息不会被重复发送，最多被传输一次，但也有可能一次不传输
（2）最少一次: 消息不会被漏发送，最少被传输一次，但也有可能被重复传输.
（3）精确的一次（Exactly once）: 不会漏传输也不会重复传输,每个消息都传输被
【15】Kafka 消费者是否可以消费指定分区消息？
Kafka consumer消费消息时，向broker发出fetch请求去消费特定分区的消息，consumer指定消息在日志中的偏移量（offset），就可以消费从这个位置开始的消息，customer拥有了offset的控制权，可以向后回滚去重新消费之前的消息，这是很有意义的
【16】Kafka消息是采用Pull模式，还是Push模式？
Kafka最初考虑的问题是，customer应该从brokes拉取消息还是brokers将消息推送到consumer，也就是pull还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。
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。
Pull模式的另外一个好处是consumer可以自主决定是否批量的从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送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。
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，直到新消息到t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量这样就可以批量发
【17】Kafka创建Topic时如何将分区放置到不同的Broker中
（1）副本因子不能大于 Broker 的个数；
（2）第一个分区（编号为0）的第一个副本放置位置是随机从 brokerList 选择的；
（3）其他分区的第一个副本放置位置相对于第0个分区依次往后移。也就是如果我们有5个 Broker，5个分区，假设第一个分区放在第四个 Broker 上，那么第二个分区将会放在第五个 Broker 上；第三个分区将会放在第一个 Broker 上；第四个分区将会放在第二个 Broker 上，依次类推；
（4）剩余的副本相对于第一个副本放置位置其实是由 nextReplicaShift 决定的，而这个数也是随机产生的
【18】Kafka新建的分区会在哪个目录下创建
在启动 Kafka 集群之前，我们需要配置好 log.dirs 参数，其值是 Kafka 数据的存放目录，这个参数可以配置多个目录，目录之间使用逗号分隔，通常这些目录是分布在不同的磁盘上用于提高读写性能。
当然我们也可以配置 log.dir 参数，含义一样。只需要设置其中一个即可。
如果 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。
但是如果 log.dirs 参数配置了多个目录，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。
【19】Kafka 是如何实现高吞吐率的？
Kafka是分布式消息系统，需要处理海量的消息，Kafka的设计是把所有的消息都写入速度低容量大的硬盘，以此来换取更强的存储能力，但实际上，使用硬盘并没有带来过多的性能损失。kafka主要使用了以下几个方式实现了超高的吞吐率：
（1）顺序读写：由于现代的操作系统提供了预读和写技术，磁盘的顺序写大多数情况下比随机写内存还要快。
（2）零拷贝：在os系统就完成了读写操做，零拷技术减少拷贝次数
（3）文件分段
（4）批量发送：合并小的请求，然后以流的方式进行交互，直顶网络上限。
（5）数据压缩。
【20】如何为Kafka集群选择合适的Topics/Partitions数量
【21】谈谈你对 Kafka 事务的了解？
【22】谈谈你对 Kafka 幂等的了解？
【23】Kafka 缺点？
（1）由于是批量发送，数据并非真正的实时；
（2）对于mqtt协议不支持；
（3）不支持物联网传感数据直接接入；
（4）仅支持统一分区内消息有序，无法实现全局消息有序；
（5）监控不完善，需要安装插件；
（6）依赖zookeeper进行元数据管理；
【24】Kafka 分区数可以增加或减少吗？为什么？
我们可以使用 bin/kafka-topics.sh 命令对 Kafka 增加 Kafka 的分区数据，但是 Kafka 不支持减少分区数。
Kafka 分区数据不支持减少是由很多原因的，比如减少的分区其数据放到哪里去？是删除，还是保留？删除的话，那么这些没消费的消息不就丢了。如果保留这些消息如何放到其他分区里面？追加到其他分区后面的话那么就破坏了 Kafka 单个分区的有序性。如果要保证删除分区数据插入到其他分区保证有序性，那么实现起来逻辑就会非常复杂。
【25】zookeeper对于kafka的作用是什么?
zookeeper 是一个分布式的协调组件，早期版本的kafka用zk做meta信息存储，consumer的消费状态，group的管理以及 offset的值。考虑到zk本身的一些因素以及整个架构较大概率存在单点问题，新版本中逐渐弱化了zookeeper的作用。新的consumer使用了kafka内部的group coordination协议，也减少了对zookeeper的依赖，
但是broker依然依赖于ZK，zookeeper 在kafka中还用来选举controller 和 检测broker是否存活等等。
Zookeeper 主要用于在集群中不同节点之间进行通信，在 Kafka 中，它被用于提交偏移量，因此如果节点在任何情况下都失败了，它都可以从之前提交的偏移量中获取，除此之外，它还执行其他活动，如: leader 检测、分布式同步、配置管理、识别新节点何时离开或连接、集群、节点实时状态等等。
【26】kafka判断一个节点还活着的有那两个条件？
（1）节点必须维护和 ZooKeeper 的连接，Zookeeper 通过心跳机制检查每个节点的连接
（2）如果节点是个 follower,他必须能及时的同步 leader 的写操作，延时不能太久
【27】kafka 的 ack 的三种机制
request.required.acks 有三个值 0 1 -1(all)，具体如下：
0：生产者不会等待 broker 的 ack，这个延迟最低但是存储的保证最弱当 server 挂掉的时候就会丢数据。
1：服务端会等待 ack 值 leader 副本确认接收到消息后发送 ack 但是如果 leader挂掉后他不确保是否复制完成新 leader 也会导致数据丢失。
-1(all)：服务端会等所有的 follower 的副本受到数据后才会受到 leader 发出的ack，这样数据不会丢失。
【28】kafka 如何不消费重复数据？比如扣款，我们不能重复的扣。（kafka如何保证消息的幂等性）
对于消息队列来说，出现重复消息的概率还是挺大的，不能完全依赖消息队列，而是应该在业务层进行数据的一致性幂等校验。
比如你处理的数据要写库（mysql，redis等），你先根据主键查一下，如果这数据都有了，你就别插入了，进行一些消息登记或者update等其他操作。另外，数据库层面也可以设置唯一健，确保数据不要重复插入等 。一般这里要求生产者在发送消息的时候，携带全局的唯一id。
【29】partition的数据文件（offset，MessageSize，data）
partition中的每条Message包含了以下三个属性： offset，MessageSize，data，其中offset表示Message在这个partition中的偏移量，offset不是该Message在partition数据文件中的实际存储位置，而是逻辑上一个值，它唯一确定了partition中的一条Message，可以认为offset是partition中Message的 id； MessageSize表示消息内容data的大小；data为Message的具体内容。
【30】kafka如何实现数据的高效读取？（顺序读写、分段命令、二分查找）
Kafka为每个分段后的数据文件建立了索引文件，文件名与数据文件的名字是一样的，只是文件扩展名为index。 index文件中并没有为数据文件中的每条Message建立索引，而是采用了稀疏存储的方式，每隔一定字节的数据建立一条索引。这样避免了索引文件占用过多的空间，从而可以将索引文件保留在内存中。
【31】Kafka 消费者端的 Rebalance 操作什么时候发生？
（1）同一个 consumer 消费者组 group.id 中，新增了消费者进来，会执行 Rebalance 操作
（2）消费者离开当期所属的 consumer group组。比如宕机
（3）分区数量发生变化时(即 topic 的分区数量发生变化时)
（4）消费者主动取消订阅
Rebalance的过程如下：
（1）第一步：所有成员都向coordinator发送请求，请求入组。一旦所有成员都发送了请求，coordinator会从中选择一个consumer担任leader的角色，并把组成员信息以及订阅信息发给leader。
（2）第二步：leader开始分配消费方案，指明具体哪个consumer负责消费哪些topic的哪些partition。一旦完成分配，leader会将这个方案发给coordinator。coordinator接收到分配方案之后会把方案发给各个consumer，这样组内的所有成员就都知道自己应该消费哪些分区了。
所以对于Rebalance来说，Coordinator起着至关重要的作用
【32】Kafka为什么不支持读写分离？
（1）这其实是分布式场景下的通用问题，因为我们知道CAP理论下，我们只能保证C（一致性）和A（可用性）取其一，如果支持读写分离，那其实对于一致性的要求可能就会有一定折扣，因为通常的场景下，副本之间都是通过同步来实现副本数据一致的，那同步过程中肯定会有时间的消耗，如果支持了读写分离，就意味着可能的数据不一致，或数据滞后。
（2）Leader/Follower模型并没有规定Follower副本不可以对外提供读服务。很多框架都是允许这么做的，只是 Kafka最初为了避免不一致性的问题，而采用了让Leader统一提供服务的方式。
（3）不过，自Kafka 2.4之后，Kafka提供了有限度的读写分离，也就是说，Follower副本能够对外提供读服务。
在 Kafka 中，生产者写入消息、消费者读取消息的操作都是与 leader 副本进行交互的，从 而实现的是一种主写主读的生产消费模型。
Kafka 并不支持主写从读，因为主写从读有 2 个很明 显的缺点:
（1）数据一致性问题。数据从主节点转到从节点必然会有一个延时的时间窗口，这个时间 窗口会导致主从节点之间的数据不一致。某一时刻，在主节点和从节点中 A 数据的值都为 X， 之后将主节点中 A 的值修改为 Y，那么在这个变更通知到从节点之前，应用读取从节点中的 A 数据的值并不为最新的 Y，由此便产生了数据不一致的问题。
（2）延时问题。类似 Redis 这种组件，数据从写入主节点到同步至从节点中的过程需要经 历网络→主节点内存→网络→从节点内存这几个阶段，整个过程会耗费一定的时间。而在 Kafka 中，主从同步会比 Redis 更加耗时，它需要经历网络→主节点内存→主节点磁盘→网络→从节 点内存→从节点磁盘这几个阶段。对延时敏感的应用而言，主写从读的功能并不太适用。
【33】kafka follower如何与leader同步数据
Kafka的复制机制既不是完全的同步复制，也不是单纯的异步复制。完全同步复制要求All Alive Follower都复制完，这条消息才会被认为commit，这种复制方式极大的影响了吞吐率。而异步复制方式下，Follower异步的从Leader复制数据，数据只要被Leader写入log就被认为已经commit，这种情况下，如果leader挂掉，会丢失数据，kafka使用ISR的方式很好的均衡了确保数据不丢失以及吞吐率。Follower可以批量的从Leader复制数据，而且Leader充分利用磁盘顺序读以及send file(zero copy)机制，这样极大的提高复制性能，内部批量写磁盘，大幅减少了Follower与Leader的消息量差。
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