一 Kafka的介绍

1.kafka是一个高吞吐的分布式消息系统，是一个消息队列。

2.生产者负责生产数据 ，消费者负责消费数据

3.特点：

生存者消费者模型，FIFO

高性能：单节点支持上千个客户端，百MB/s吞吐

持久性：消息直接持久化在普通磁盘上且性能好

分布式：数据副本冗余、流量负载均衡、可扩展

很灵活：消息长时间持久化+Client维护消费状态

4.性能好的原因

kafka写磁盘是顺序的，所以不断的往前产生，不断的往后写

kafka还用了sendFile的0拷贝技术，提高速度

而且还用到了批量读写，一批批往里写，64K为单位

二 Kafka的搭建

2.1 上传解压修改环境变量

# 解压
tar -zxvf kafka_2.11-1.0.0.tgz -C ../
mv kafka_2.11-1.0.0 kafka-1.0.0


# 配置环境变量
vim /etc/profile

export KAFKA_HOME=/usr/local/soft/kafka-1.0.0
export PATH=$PATH:$KAFKA_HOME/bin

source /etc/profile

2.2 修改配置文件

1.修改config目录下的server.properties文件

broker.id=0 每一个节点broker.id 要不一样
zookeeper.connect=master:2181,node1:2181,node2:2181/kafka
log.dirs=/usr/local/soft/kafka-1.0.0/data   数据存放的位置

2.3 同步

# 同步kafka文件
scp -r kafka-1.0.0/ node1:`pwd`
scp -r kafka-1.0.0/ node2:`pwd`

# 将master中的而环境变量同步到node1和node2中
scp /etc/profile node1:/etc/
scp /etc/profile node2:/etc/

#  在ndoe1和node2中执行source
source /etc/profile

2.4 修改其他节点的文件

# node1
broker.id=1
# node2
broker.id=2

2.5 启动kafka

 1、需要启动zookeeper,  kafka使用zk保存元数据
 需要在每隔节点中执行启动的命令
 zkServer.sh start

2.每个节点中都要启动（去中心化的架构）
# -daemon后台启动

/usr/local/soft/kafka-1.0.0/config/server.properties：配置文件的路径要写全
kafka-server-start.sh -daemon /usr/local/soft/kafka-1.0.0/config/server.properties

3.测试 

任意一个节点输入

kafka-console-producer.sh –broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 –topic shujia

topic shujia：只是名字而已可以随便取

另一个节点输入

kafka-console-consumer.sh –bootstrap-server  master:9092,node1:9092,node2:9092 –from-beginning –topic shujia

但是主要最后这个节点后面的取名也跟前面的一样

4.数据存放在data目录下 但是不知道是哪个节点下的 

5.默认生产者产生的数据可以保存7天，消费者可以在这7天内使用这些数据，7天一过，数据自动销毁

三 Kafka的架构

3.1 基本概念

1.producer：消息生存者

2.consumer：消息消费者

3.broker：kafka集群的server：负责处理消息读、写请求，存储消息

4.topic：消息队列/分类

5.broker就是代理，在kafka cluster这一层这里，其实里面是有很多个broker

6.topic就相当于queue

3.2 消息存储和生产消费模型

1.一个topic分成多个partition。一个topic可以看成一张表，被分成多个分区。一个partition可以看作一个并行度。

2.每个partition内部消息强有序，其中的每个消息都有一个序号叫offset。每个分区内部的数据有有序的，先进先出，但是不同的partition里面的数据出来的顺序是随机的。

3.一个partition只对应一个broker，一个broker可以管多个partition。

4.消息不经过内存缓冲，直接写入文件。

5.根据时间策略删除，而不是消费完就删除

6.producer自己决定往哪个partition写消息，可以是轮询的负载均衡，或者是基于hash的partition策略

7.consumer自己维护消费到哪个offset

8.每个consumer都有对应的group

9.group内是queue消费模型 ：

        各个consumer消费不同的partition

        因此一个消息在group内只消费一次

10.group间是publish-subscribe消费模型

        各个group各自独立消费，互不影响

        因此一个消息在被每个group消费一次

3.3 使用kafka

3.3.1  创建topic

1.输入命令

kafka-topics.sh –create –zookeeper master:2181,node1:2181,node2:2181/kafka –replication-factor 2 –partitions 3 –topic bigdata

–replication-factor  —每一个分区的副本数量, 同一个分区的副本不能放在同一个节点，副本的数量不能大于kafak集群节点的数量
–partition   –分区数，  根据数据量设置
–zookeeper zk的地址，将topic的元数据保存在zookeeper中

2.在生产和消费数据时，如果topic不存在会自动创建一个分区为1，副本为1的topic

3.3.2 查看topic描述信息

1.输入命令

kafka-topics.sh –describe  –zookeeper master:2181,node1:2181,node2:2181/kafka –topic bigdata

partition的数字是分区编号，leader后面的数字是节点，后面是存储的分区编号，但是不是匹配的，这里的leader0的分区编号是0与1，leader1的分区编号是1与2，leader2的分区是0与2.

3.3.3 获取所有topic

kafka-topics.sh –list  –zookeeper  master:2181,node1:2181,node2:2181/kafka

2.__consumer_offsetsL kafka用于保存消费便宜量的topic

3.3.4 创建控制台生产者

kafka-console-producer.sh –broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 –topic bigdata

3.3.5 创建控制台消费者

kafka-console-consumer.sh –bootstrap-server  master:9092,node1:9092,node2:9092 –from-beginning –topic bigdata

3.3.6 数据保存的方式

# 1、保存的文件
/usr/local/soft/kafka_2.11-1.0.0/data

# 2，每一个分区每一个副本对应一个目录

# 3、每一个分区目录中可以有多个文件， 文件时滚动生成的
00000000000000000000.log
00000000000000000001.log
00000000000000000002.log

# 4、滚动生成文件的策略
log.segment.bytes=1073741824
log.retention.check.interval.ms=300000

# 5、文件删除的策略，默认时7天，以文件为单位删除
log.retention.hours=168

3.3.7 删除topic

1.先在配置文件vim config/server.properties加一行代码delete.topic.enable=true

再执行命令：

kafka-topics.sh --delete --topic students_hash --zookeeper master:2181,node1:2181,node2:2181/kafka

 四 JavaAPI

4.1 producer

1.先需要创建Properties对象，并设置broker列表以及kv的数据类型

Properties properties = new Properties();

        //指定broker列表
        properties.setProperty("bootstrap.servers", "master:9092,node2:9092,node2:9092");

        //指定key和value的数据格式
        properties.setProperty("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
        properties.setProperty("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

2.创建KafkaProducer对象，泛型是上面kv的数据类型，里面传入Properties的对象

 Producer producer = new KafkaProducer(properties);

3.生产数据：使用KafkaProducer对象中的send方法，里面传入ProducerRecord的对象。前面是topic，后面是数据

producer.send(new ProducerRecord("words","java"));

4.刷新并关闭

5.查看去命令行查看，相关命令去看使用Kafka

6.全部代码

package com.shujia.kafka;

import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.util.Properties;

public class Demo2StudentToKafka {
    public static void main(String[] args)throws Exception {

        Properties properties = new Properties();

        //指定broker列表
        properties.setProperty("bootstrap.servers", "master:9092,node2:9092,node2:9092");

        //指定key和value的数据格式
        properties.setProperty("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
        properties.setProperty("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

        Producer producer = new KafkaProducer(properties);

        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("flink/data/students.csv"));
        String line =null;
        while ((line=br.readLine())!=null){
            producer.send(new ProducerRecord("students",line));
            producer.flush();
        }

        br.close();
        producer.close();

    }
}

 7.hash分区代码

这个分区是先在命令行中已经分好的，然后通过某一个字段的哈希值值分组

kafka-topics.sh –create –zookeeper master:2181,node1:2181,node2:2181/kafka –replication-factor 2 –partitions 3 –topic students_hash

package com.shujia.kafka;

import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.util.Properties;

public class Demo4StudentToKafka {
    public static void main(String[] args)throws Exception {

        Properties properties = new Properties();

        //指定broker列表
        properties.setProperty("bootstrap.servers", "master:9092,node2:9092,node2:9092");

        //指定key和value的数据格式
        properties.setProperty("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
        properties.setProperty("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

        Producer producer = new KafkaProducer(properties);

        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("flink/data/students.csv"));
        String line =null;
        while ((line=br.readLine())!=null){

            //通过hash分区,hash分区就是将那个字段的hash值对分区数取余
            String clazz = line.split(",")[4];
            int partition = Math.abs(clazz.hashCode()) % 3;
            //kafka-topics.sh --create --zookeeper master:2181,node1:2181,node2:2181/kafka --replication-factor 2 --partitions 3 --topic students_hash


            //ProducerRecord(String topic, Integer partition, K key, V value)
            producer.send(new ProducerRecord("students_hash",partition,null,line));
            producer.flush();
        }

        br.close();
        producer.close();

    }
}

4.2 consume

1. 先需要创建Properties对象，并设置broker列表，kv的数据类型，读取的方式，以及指定消费者组

其中的earliest是全局消费，latest是提交一次offset消费一次，如果不指定，默认是latest

Properties properties = new Properties();
        //kafka 集群列表
        properties.setProperty("bootstrap.servers", "master:9092,node2:9092,node2:9092");

        //读取数据的格式
        properties.setProperty("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
        properties.setProperty("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");

        /*
         * earliest
         * 当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，从头开始消费
         * latest  默认
         * 当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，消费新产认值生的该分区下的数据
         * none
         * topic各分区都存在已提交的offset时，从offset后开始消费；只要有一个分区不存在已提交的offset，则抛出异常
         *
         */
        properties.setProperty("auto.offset.reset", "earliest");
        //指定消费者组，一条数据在一个组内只消费一次
        properties.setProperty("group.id", "asdsada");

2.创建KafkaConsume对象，泛型是上面kv的数据类型，里面传入Properties的对象

KafkaConsumer consumer = new KafkaConsumer(properties);

3.订阅topic，封装成一个集合。再使用KafkaConsume对象的subscribe方法，里面传入的是集合

        //订阅topic
        ArrayList topics = new ArrayList();
        topics.add("students");
        //subscribe方法里面传的是一个集合，所以要把topic封装成一个集合对象
        consumer.subscribe(topics);

4.设置消费的间隔时间，获取一个迭代器

        ConsumerRecords consumerRecords = consumer.poll(1000);

5.遍历迭代器获取里面的元素，包括topic，partition，offset，value，timestamp等等

 for (ConsumerRecord consumerRecord : consumerRecords) {
            String topic = consumerRecord.topic();
            int partition = consumerRecord.partition();
            long offset = consumerRecord.offset();
            String value = consumerRecord.value();
            long timestamp = consumerRecord.timestamp();
            System.out.println(topic + "	" + offset + "	" + partition + "	" + value + "	" + timestamp);

        }

6.一般一组只能取500个，想获取完要么改分组名，要么改成死循环，让他一直消费，只要有数据产生，就能一直消费

7.一直取的代码

package com.shujia.kafka;

import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecords;
import org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Properties;

public class Demo3Consumer {
    public static void main(String[] args) {
        Properties properties = new Properties();
        //kafka 集群列表
        properties.setProperty("bootstrap.servers", "master:9092,node2:9092,node2:9092");

        //读取数据的格式
        properties.setProperty("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
        properties.setProperty("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");

        /*
         * earliest
         * 当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，从头开始消费
         * latest  默认
         * 当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，消费新产认值生的该分区下的数据
         * none
         * topic各分区都存在已提交的offset时，从offset后开始消费；只要有一个分区不存在已提交的offset，则抛出异常
         *
         */
        properties.setProperty("auto.offset.reset", "earliest");
        //指定消费者组，一条数据在一个组内只消费一次
        properties.setProperty("group.id", "asdsada");

        //创建消费者
        KafkaConsumer consumer = new KafkaConsumer(properties);

        //订阅topic
        ArrayList topics = new ArrayList();
        topics.add("students");
        //subscribe方法里面传的是一个集合，所以要把topic封装成一个集合对象
        consumer.subscribe(topics);


      while (true){
          ConsumerRecords consumerRecords = consumer.poll(1000);
          for (ConsumerRecord consumerRecord : consumerRecords) {
              String topic = consumerRecord.topic();
              int partition = consumerRecord.partition();
              long offset = consumerRecord.offset();
              String value = consumerRecord.value();
              long timestamp = consumerRecord.timestamp();
              System.out.println(topic + "	" + offset + "	" + partition + "	" + value + "	" + timestamp);

          }
      }




    }
}

五 Flink On Kafka

5.1 kafka source

1.见代码

package com.shujia.flink.kafka;

import org.apache.flink.api.common.eventtime.WatermarkStrategy;
import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.connector.kafka.source.KafkaSource;
import org.apache.flink.connector.kafka.source.enumerator.initializer.OffsetsInitializer;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;

public class Demo1KafkaSource {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        //创建kafka source
        KafkaSource source = KafkaSource.builder()
                .setBootstrapServers("master:9092,node1:9092,node2:9092")//kafka集群列表
                .setTopics("students")//指定消费的topic
                // 从消费组提交的位点开始消费，如果提交位点不存在，使用最早位点
                //.setStartingOffsets(OffsetsInitializer.committedOffsets(OffsetResetStrategy.EARLIEST))
                // 从最早位点开始消费
                //.setStartingOffsets(OffsetsInitializer.earliest())
                // 从最末尾位点开始消费
//                .setStartingOffsets(OffsetsInitializer.latest())
                .setStartingOffsets(OffsetsInitializer.earliest())
                .setValueOnlyDeserializer(new SimpleStringSchema())//指定读取数据的格式
                .build();

        //使用kafka source
        DataStreamSource studentsDS = env
                .fromSource(source, WatermarkStrategy.noWatermarks(), "Kafka Source");

        studentsDS.print();

        env.execute();
    }
}

5.2 kafka sink

package com.shujia.flink.kafka;

import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.connector.base.DeliveryGuarantee;
import org.apache.flink.connector.kafka.sink.KafkaRecordSerializationSchema;
import org.apache.flink.connector.kafka.sink.KafkaSink;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;

public class Demo2KafkaSink {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataStream carsDS = env.readTextFile("flink/data/cars_sample.json");

        //创建kafka sink
        KafkaSink sink = KafkaSink.builder()
                .setBootstrapServers("master:9092,node1:9092,node2:9092")//kafka集群列表
                .setRecordSerializer(KafkaRecordSerializationSchema.builder()
                        .setTopic("cars")//指定topic
                        .setValueSerializationSchema(new SimpleStringSchema())//指定数据格式
                        .build()
                )
                //指定数据处理的语义
                .setDeliverGuarantee(DeliveryGuarantee.AT_LEAST_ONCE)
                .build();

        //使用kafka sink
        carsDS.sinkTo(sink);

        env.execute();
    }
}

5.3 代码打包到服务器运行

1.导入依赖，将flink-sql-connector-kafka-1.15.2.jar放到flink/lib目录下

2.执行命令随便选一个

flink run-application -t yarn-application -c com.shujia.flink.kafka.Demo3Cars flink-1.0.jar