一、Kafka基本架构介绍

1、生产者API

允许应用程序发布记录流至一个或者多个kafka的主题（topics）。

2、消费者API

允许应用程序订阅一个或者多个主题，并处理这些主题接收到的记录流。

3、StreamsAPI

允许应用程序充当流处理器（stream processor），从一个或者多个主题获取输入流，并生产一个输出流到一个或 者多个主题，能够有效的变化输入流为输出流。

4、ConnectAPI

允许构建和运行可重用的生产者或者消费者，能够把kafka主题连接到现有的应用程序或数据系统。例如：一个连 接到关系数据库的连接器可能会获取每个表的变化。

二、Kafka架构内部细节剖析

说明：kafka支持消息持久化，消费端为拉模型来拉取数据，消费状态和订阅关系有客户端负责维护，消息消费完 后，不会立即删除，会保留历史消息。因此支持多订阅时，消息只会存储一份就可以了。

Broker：kafka集群中包含一个或者多个服务实例，这种服务实例被称为Broker。
Topic：每条发布到kafka集群的消息都有一个类别，这个类别就 叫做Topic 。
Partition：Partition是一个物理上的概念，每个Topic包含一个或者多个Partition 。
segment：一个partition当中存在多个segment文件段，每个segment分为两部分，.log文件和.index文件，其中.index文件是索引文件，主要用于快速查询.log文件当中数据的偏移量位置。
Producer：负责发布消息到kafka的Broker中。
Consumer：消息消费者,向kafka的broker中读取消息的客户端。
Consumer Group：每一个Consumer属于一个特定的Consumer Group（可以为每个Consumer指定 groupName）。
.log：存放数据文件。
.index：存放.log文件的索引数据。

三、Kafka主要组件说明

1. kafka当中的producer说明

producer主要是用于生产消息，是kafka当中的消息生产者，生产的消息通过topic进行归类，保存到kafka的broker里面去

2. kafka当中的topic说明

1、kafka将消息以topic为单位进行归类
2、topic特指kafka处理的消息源（feeds of messages）的不同分类。
3、topic是一种分类或者发布的一些列记录的名义上的名字。kafka主题始终是支持多用户订阅的；也就是说，一 个主题可以有零个，一个或者多个消费者订阅写入的数据。
4、在kafka集群中，可以有无数的主题。
5生产者和消费者消费数据一般以主题为单位。更细粒度可以到分区级别。

3. kafka当中的partition说明

kafka当中，topic是消息的归类，一个topic可以有多个分区，每个分区保存部分topic的数据，所有的partition当中的数据全部合并起来，就是一个topic当中的所有的数据，
一个broker服务下，是否可以创建多个分区？
可以的，broker数与分区数没有关系； 在kafka中，每一个分区会有一个编号：编号从0开始
每一个分区的数据是有序的
说明-数据是有序 如何保证一个主题下的数据是有序的？（生产是什么样的顺序，那么消费的时候也是什么样的顺序）

说明-数据是有序 如何保证一个主题下的数据是有序的？（生产是什么样的顺序，那么消费的时候也是什么样的顺序）

topic的Partition数量在创建topic时配置。

Partition数量决定了每个Consumer group中并发消费者的最大数量。

Consumer group A 有两个消费者来读取4个partition中数据；Consumer group B有四个消费者来读取4个 partition中的数据

4. kafka当中partition的副本数说明

kafka分区副本数（kafka Partition Replicas)

副本数（replication-factor）

副本数（replication-factor）：控制消息保存在几个broker（服务器）上，一般情况下等于broker的个数

一个broker服务下，是否可以创建多个副本因子？
不可以；创建主题时，副本因子应该小于等于可用的broker数。 副本因子过程图

副本因子操作以分区为单位的。每个分区都有各自的主副本和从副本；
主副本叫做leader，从副本叫做 follower（在有多个副本的情况下，kafka会为同一个分区下的所有分区，设定角色关系：一个leader和N个 follower），处于同步状态的副本叫做in-sync-replicas(ISR);
follower通过拉的方式从leader同步数据。
消费 者和生产者都是从leader读写数据，不与follower交互。

副本因子的作用：让kafka读取数据和写入数据时的可靠性。

副本因子是包含本身，同一个副本因子不能放在同一个Broker中。

如果某一个分区有三个副本因子，就算其中一个挂掉，那么只会剩下的两个中，选择一个leader，但不会在其 他的broker中，另启动一个副本（因为在另一台启动的话，存在数据传递，只要在机器之间有数据传递，就 会长时间占用网络IO，kafka是一个高吞吐量的消息系统，这个情况不允许发生）所以不会在零个broker中启动。

如果所有的副本都挂了，生产者如果生产数据到指定分区的话，将写入不成功。

lsr表示：当前可用的副本

5. kafka当中的segment说明

一个partition当中由多个segment文件组成，每个segment文件，包含两部分，一个是.log文件，另外一个是.index文件，其中.log文件包含了我们发送的数据存储，.index文件，记录的是我们.log文件的数据索引值，以便于我们加快数据的查询速度

索引文件与数据文件的关系

既然它们是一一对应成对出现，必然有关系。索引文件中元数据指向对应数据文件中message的物理偏移地址
比如索引文件中3,497代表：数据文件中的第三个message,它的偏移地址为497。再来看数据文件中，Message 368772表示：在全局partiton中是第368772个message。
注：segment index file采取稀疏索引存储方式，它减少索引文件大小，通过map可以直接内存操作，稀疏索引为数据文件的每个对应message设置一个元数据指针,它比稠密索引节省了更多的存储空间，但查找起来需要消耗更多的时间。

6. kafka当中的partition的offset

任何发布到此partition的消息都会被直接追加到log文件的尾部，每条消息在文件中的位置称为offset（偏移量），
offset是一个long类型数字，它唯一标识了一条消息，消费者通过（offset，partition，topic）跟踪记录。

7. kafka分区与消费组的关系

消费组： 由一个或者多个消费者组成，同一个组中的消费者对于同一条消息只消费一次。
某一个主题下的分区数，对于消费组来说，应该小于等于该主题下的分区数。如下所示：

如：某一个主题有4个分区，那么消费组中的消费者应该小于4，而且最好与分区数成整数倍
1 2 4
同一个分区下的数据，在同一时刻，不能同一个消费组的不同消费者消费

总结：分区数越多，同一时间可以有越多的消费者来进行消费，消费数据的速度就会越快，提高消费的性能

8. kafka当中的consumer

consumer是kafka当中的消费者，主要用于消费kafka当中的数据，任何一个消费者都必定需要属于某一个消费组当中，任意时刻，一个分区当中的数据，只能被kafka当中同一个消费组下面的一个线程消费