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Kafka分区机制介绍与示例

Kafka lxw1234@qq.com 10533℃ 2评论

关键字:Kafka分区、Partition

Kafka中可以将Topic从物理上划分成一个或多个分区(Partition),每个分区在物理上对应一个文件夹,以”topicName_partitionIndex”的命名方式命名,该文件夹下存储这个分区的所有消息(.log)和索引文件(.index),这使得Kafka的吞吐率可以水平扩展。

生产者在生产数据的时候,可以为每条消息指定Key,这样消息被发送到broker时,会根据分区规则选择被存储到哪一个分区中,如果分区规则设置的合理,那么所有的消息将会被均匀的分布到不同的分区中,这样就实现了负载均衡和水平扩展。另外,在消费者端,同一个消费组可以多线程并发的从多个分区中同时消费数据(后续将介绍这块)。

上面所说的分区规则,是实现了kafka.producer.Partitioner接口的类,可以自定义。比如,下面的代码SimplePartitioner中,将消息的key做了hashcode,然后和分区数(numPartitions)做模运算,使得每一个key都可以分布到一个分区中:

package com.lxw1234.kafka;

import kafka.producer.Partitioner;
import kafka.utils.VerifiableProperties;

public class SimplePartitioner implements Partitioner {
	
	public SimplePartitioner (VerifiableProperties props) {
	}
	
	@Override
	public int partition(Object key, int numPartitions) {
		int partition = 0;
		String k = (String)key;
		partition = Math.abs(k.hashCode()) % numPartitions;
		return partition;
	}
	
}

在创建Topic时候可以使用–partitions <numPartitions>指定分区数。也可以在server.properties配置文件中配置参数num.partitions来指定默认的分区数。

但有一点需要注意,为Topic创建分区时,分区数最好是broker数量的整数倍,这样才能是一个Topic的分区均匀的分布在整个Kafka集群中,假设我的Kafka集群由4个broker组成,以下图为例:

kafka partition

创建带分区的Topic

现在创建一个topic “lxw1234”,为该topic指定4个分区,那么这4个分区将会在每个broker上各分布一个:

./kafka-topics.sh 
--create 
--zookeeper zk1:2181,zk2:2181,zk3:2181 
--replication-factor 1
--partitions 4 
--topic lxw1234

kafka partition

这样所有的分区就均匀分布在集群中,如果创建topic时候指定了3个分区,那么就有一个broker上没有该topic的分区。

带分区规则的生产者

现在用一个生产者示例(PartitionerProducer),向Topic lxw1234中发送消息。该生产者使用的分区规则,就是上面的SimplePartitioner。从0-10一共11条消息,每条消息的key为”key”+index,消息内容为”key”+index+”–value”+index。比如:key0–value0、key1–value1、、、key10–value10。

package com.lxw1234.kafka;

import java.util.Properties;

import kafka.javaapi.producer.Producer;
import kafka.producer.KeyedMessage;
import kafka.producer.ProducerConfig;

public class PartitionerProducer {
	public static void main(String[] args) {
		Properties props = new Properties();
		props.put("serializer.class", "kafka.serializer.StringEncoder");
		props.put("metadata.broker.list", "127.0.0.17:9091,127.0.0.17:9092,127.0.0.102:9091,127.0.0.102:9092");
		props.put("partitioner.class", "com.lxw1234.kafka.SimplePartitioner");
		Producer<String, String> producer = new Producer<String, String>(new ProducerConfig(props));
	    String topic = "lxw1234";
	    for(int i=0; i<=10; i++) {
	    	String k = "key" + i;
	    	String v = k + "--value" + i;
	    	producer.send(new KeyedMessage<String, String>(topic,k,v));
	    }
	    producer.close();
	}
}

理论上来说,生产者在发送消息的时候,会按照SimplePartitioner的规则,将key0做hashcode,然后和分区数(4)做模运算,得到分区索引:

hashcode(”key0”) % 4 = 1

hashcode(”key1”) % 4 = 2

hashcode(”key2”) % 4 = 3

hashcode(”key3”) % 4 = 0

         ……

对应的消息将会被发送至相应的分区中。

统计各分区消息的消费者

下面的消费者代码用来验证,在消费数据时,打印出消息所在的分区及消息内容:

package com.lxw1234.kafka;

import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Properties;

import kafka.consumer.Consumer;
import kafka.consumer.ConsumerConfig;
import kafka.consumer.ConsumerIterator;
import kafka.consumer.KafkaStream;
import kafka.javaapi.consumer.ConsumerConnector;
import kafka.message.MessageAndMetadata;

public class MyConsumer {
	public static void main(String[] args) {
		String topic = "lxw1234";
		ConsumerConnector consumer = Consumer.createJavaConsumerConnector(createConsumerConfig()); 
		Map<String, Integer> topicCountMap = new HashMap<String, Integer>();
		topicCountMap.put(topic, new Integer(1));
		Map<String, List<KafkaStream<byte[], byte[]>>> consumerMap = consumer.createMessageStreams(topicCountMap);
		KafkaStream<byte[], byte[]> stream =  consumerMap.get(topic).get(0);
		ConsumerIterator<byte[], byte[]> it = stream.iterator();
	    while(it.hasNext()) {
	    	MessageAndMetadata<byte[], byte[]> mam = it.next();
	    	System.out.println("consume: Partition [" + mam.partition() + "] Message: [" + new String(mam.message()) + "] ..");
	    }
	      
	}
	
	private static ConsumerConfig createConsumerConfig() {
	    Properties props = new Properties();
	    props.put("group.id","group1");
	    props.put("zookeeper.connect","127.0.0.132:2181,127.0.0.133:2182,127.0.0.134:2183");
	    props.put("zookeeper.session.timeout.ms", "400");
	    props.put("zookeeper.sync.time.ms", "200");
	    props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");
	    props.put("auto.offset.reset", "smallest");
	    return new ConsumerConfig(props);
	  }
}


运行程序验证结果

先启动消费者,再运行生产者。

之后在消费者的控制台可以看到如下输出:

kafka partition

结果和正常预期一致。

相关阅读:

Kafka架构和原理深度剖析
Kafka安装配置测试

接下来将学习使用Kafka的底层API(low-level API),指定分区和offset来消费数据。

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(2)个小伙伴在吐槽
  1. 这样写是可以实现负载均衡,但是如果通过算法指定key,假如该分区所在的节点挂掉,那么程序会继续往这个分区发送数据,就会发送失败,且数据丢失。
    zlur2017-02-27 14:35 回复
    • 你怎么规避这个问题的?
      the_tops2017-03-06 15:52 回复