Kafka常见面试问题(一)

本文涉及的产品
云数据库 Redis 版,社区版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
服务治理 MSE Sentinel/OpenSergo,Agent数量 不受限
简介: Kafka常见面试问题

Kafka 常见面试题


1.Kafka 消息数据积压,消费能力不足怎么处理? ☆☆☆☆☆

1)可以考虑增加Topic的分区数,并且同时提升消费组的消费者数量,消费者数=分区数。(两者缺一不可)

2)如果是下游的数据处理不及时:提高每批次拉取的数量。批次拉取数据过少(拉取数据/处理时间<生产速度),使处理的数据小于生产的数据,也会造成数据积压。


2.Kafka 消息重复消费和消息丢包的解决办法 ☆☆☆☆☆

消费者 (offset手动提交,业务逻辑成功处理后,提交offset)

保证不重复消费:落表(主键或者唯一索引的方式,避免重复数据)

业务逻辑处理(选择唯一主键存储到Redis或者mongdb中,先查询是否存在,若存在则不处理;若不存在,先插入Redis或Mongdb,再进行业务逻辑处理)

自主维护 offset 判断不存在才插入值

采用kafka分区策略

第一种分区策略:给定了分区号,直接将数据发送到指定的分区里面去

第二种分区策略:没有给定分区号,给定数据的key值,通过key取上hashCode进行分区

第三种分区策略:既没有给定分区号,也没有给定key值,直接轮循进行分区

第四种分区策略:自定义分区

详细配置:

Flume 1.9.0 User Guide — Apache Flume

Kafka 如何体现消息有序性的 每个分区内,每条消息都有一个offset,故只能保证分区内有序。 如果为了保证topic整个有序,那么将partition调整为1.

1.Kafka中的分区器、序列化器、拦截器是否了解?它们之间的处理顺序是什么?☆☆☆

拦截器 -> 序列化器 -> 分区器


3.当你使用kafka-topics.sh创建(删除)了一个topic之后,Kafka背后会执行什么逻辑? ☆☆☆

1)会在zookeeper中的/brokers/topics节点下创建一个新的topic节点,如:/brokers/topics/first

2)触发Controller的监听程序

3)kafka Controller 负责topic的创建工作,并更新metadata cache

3.Kafka有什么优缺点?


4.topic的分区数可不可以增加?如果可以怎么增加?如果不可以,那又是为什么?☆☆☆☆☆

    可以增加分区数 bin/kafka-topics.sh --zookeeper localhost:2181/kafka --alter --topic topic-config --partitions 3


5.topic的分区数可不可以减少?如果可以怎么减少?如果不可以,那又是为什么?☆☆☆☆☆

    不可以减少,被删除的分区数据难以处理。


6.Kafka有内部的topic吗?如果有是什么?有什么所用? ☆☆☆☆

__consumer_offsets,保存消费者offset


7.Kafka分区分配的概念? ☆☆☆☆☆

       一个topic多个分区,一个消费者组多个消费者,故需要将分区分配个消费者(roundrobin、range)


8.Kafka如何保证不丢失消息?☆☆☆☆☆

复制因子:创建topic的时候指定复制因子大于1时,一个分区被分配到一个broker上,同时会在其他broker上维护一个分区副本;

isr列表:分区及其副本分别为leader和follower,leader对外提供读写服务,follower会向leader发送同步请求,拉取最新的数据,如果follower和leader的消息差距保持在一定范围之内,那么这个follower在isr列表内;当分区leader所在broker宕机,会从isr列表中选举一个follower作为新的leader提供服务 通过kafka的acks参数可以控制消息的发送行为,acks可选的值有0、1、all;

当设置为0时,生产者消息发送成功即为成功,不关心是否写入到磁盘及后续操作;

当设置为1时,消息发送到分区leader后写入磁盘即为成功;

当设置为all时,消息发送到分区leader并写入磁盘后,同步给isr列表中的所有分区副本后即为成功


9.Kafka中有那些地方需要选举?这些地方的选举策略又有哪些?☆☆☆☆☆

         partition leader(ISR),controller(先到先得)


10.Kafka的那些设计让它有如此高的性能?☆☆☆☆☆

分区,顺序写磁盘,0-copy 零拷贝、利用操作系统页缓存、磁盘顺序写

kafka零拷贝原理 分区、分段、建立索引 生产者、消费者批处理

Kafka常见面试题

1 什么是kafka

Kafka是分布式发布-订阅消息系统,它最初是由LinkedIn公司开发的,之后成为Apache项目的一部分,Kafka是一个分布式,可划分的,冗余备份的持久性的日志服务,它主要用于处理流式数据。

2 为什么要使用 kafka,为什么要使用消息队列

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。

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。

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。

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。

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。

3.Kafka中的ISR、AR又代表什么?ISR的伸缩又指什么

ISR:In-Sync Replicas 副本同步队列

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(包括延迟时间replica.lag.time.max.ms和延迟条数replica.lag.max.messages两个维度, 当前最新的版本0.10.x中只支持replica.lag.time.max.ms这个维度),任意一个超过阈值都会把follower剔除出ISR, 存入OSR(Outof-Sync Replicas)列表,新加入的follower也会先存放在OSR中。AR=ISR+OSR。

4.kafka中的broker 是干什么的

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。

5.kafka中的 zookeeper 起到什么作用,可以不用zookeeper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。

6.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。

7.什么情况下一个 broker 会从 isr中踢出去

leader会维护一个与其基本保持同步的Replica列表,该列表称为ISR(in-sync Replica),每个Partition都会有一个ISR,而且是由leader动态维护 ,如果一个follower比一个leader落后太多,或者超过一定时间未发起数据复制请求,则leader将其重ISR中移除 。

8.kafka 为什么那么快

Cache Filesystem Cache PageCache缓存

顺序写 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。

Zero-copy 零拷技术减少拷贝次数

Batching of Messages 批量量处理。合并小的请求,然后以流的方式进行交互,直顶网络上限。

Pull 拉模式 使用拉模式进行消息的获取消费,与消费端处理能力相符。

9.kafka producer如何优化打入速度

增加线程

提高 batch.size

增加更多 producer 实例

增加 partition 数

设置 acks=-1 时,如果延迟增大:可以增大 num.replica.fetchers(follower 同步数据的线程数)来调解;

跨数据中心的传输:增加 socket 缓冲区设置以及 OS tcp 缓冲区设置。


10.kafka producer 打数据,ack  为 0, 1, -1 的时候代表啥, 设置 -1 的时候,什么情况下,leader 会认为一条消息 commit了

1(默认)  数据发送到Kafka后,经过leader成功接收消息的的确认,就算是发送成功了。在这种情况下,如果leader宕机了,则会丢失数据。

0 生产者将数据发送出去就不管了,不去等待任何返回。这种情况下数据传输效率最高,但是数据可靠性确是最低的。

-1 producer需要等待ISR中的所有follower都确认接收到数据后才算一次发送完成,可靠性最高。当ISR中所有Replica都向Leader发送ACK时,leader才commit,这时候producer才能认为一个请求中的消息都commit了。


11.kafka  unclean 配置代表啥,会对 spark streaming 消费有什么影响

unclean.leader.election.enable 为true的话,意味着非ISR集合的broker 也可以参与选举,这样有可能就会丢数据,spark streaming在消费过程中拿到的 end offset 会突然变小,导致 spark streaming job挂掉。如果unclean.leader.election.enable参数设置为true,就有可能发生数据丢失和数据不一致的情况,Kafka的可靠性就会降低;而如果unclean.leader.election.enable参数设置为false,Kafka的可用性就会降低。


12.如果leader crash时,ISR为空怎么办

kafka在Broker端提供了一个配置参数:unclean.leader.election,这个参数有两个值:

true(默认):允许不同步副本成为leader,由于不同步副本的消息较为滞后,此时成为leader,可能会出现消息不一致的情况。

false:不允许不同步副本成为leader,此时如果发生ISR列表为空,会一直等待旧leader恢复,降低了可用性。


13.kafka的message格式是什么样的

一个Kafka的Message由一个固定长度的header和一个变长的消息体body组成

header部分由一个字节的magic(文件格式)和四个字节的CRC32(用于判断body消息体是否正常)构成。

当magic的值为1的时候,会在magic和crc32之间多一个字节的数据:attributes(保存一些相关属性,

比如是否压缩、压缩格式等等);如果magic的值为0,那么不存在attributes属性

body是由N个字节构成的一个消息体,包含了具体的key/value消息


14.kafka中consumer group 是什么概念

同样是逻辑上的概念,是Kafka实现单播和广播两种消息模型的手段。同一个topic的数据,会广播给不同的group;同一个group中的worker,只有一个worker能拿到这个数据。换句话说,对于同一个topic,每个group都可以拿到同样的所有数据,但是数据进入group后只能被其中的一个worker消费。group内的worker可以使用多线程或多进程来实现,也可以将进程分散在多台机器上,worker的数量通常不超过partition的数量,且二者最好保持整数倍关系,因为Kafka在设计时假定了一个partition只能被一个worker消费(同一group内)。


15.Kafka中的消息是否会丢失和重复消费?

要确定Kafka的消息是否丢失或重复,从两个方面分析入手:消息发送和消息消费。

1、消息发送

        Kafka消息发送有两种方式:同步(sync)和异步(async),默认是同步方式,可通过producer.type属性进行配置。Kafka通过配置request.required.acks属性来确认消息的生产:

0---表示不进行消息接收是否成功的确认;

1---表示当Leader接收成功时确认;

-1---表示Leader和Follower都接收成功时确认;

综上所述,有6种消息生产的情况,下面分情况来分析消息丢失的场景:

(1)acks=0,不和Kafka集群进行消息接收确认,则当网络异常、缓冲区满了等情况时,消息可能丢失;

(2)acks=1、同步模式下,只有Leader确认接收成功后但挂掉了,副本没有同步,数据可能丢失;

2、消息消费

Kafka消息消费有两个consumer接口,Low-level API和High-level API:

Low-level API:消费者自己维护offset等值,可以实现对Kafka的完全控制;

High-level API:封装了对parition和offset的管理,使用简单;

如果使用高级接口High-level API,可能存在一个问题就是当消息消费者从集群中把消息取出来、并提交了新的消息offset值后,还没来得及消费就挂掉了,那么下次再消费时之前没消费成功的消息就“ 诡异”的消失了;

解决办法:

       针对消息丢失:同步模式下,确认机制设置为-1,即让消息写入Leader和Follower之后再确认消息发送成功;异步模式下,为防止缓冲区满,可以在配置文件设置不限制阻塞超时时间,当缓冲区满时让生产者一直处于阻塞状态;

       针对消息重复:将消息的唯一标识保存到外部介质中,每次消费时判断是否处理过即可。

消息重复消费及解决参考: 如何保证消息不被重复消费?(如何保证消息消费时的幂等性)-Java知音


16.为什么Kafka不支持读写分离?

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。


17.Kafka中是怎么体现消息顺序性的?

kafka每个partition中的消息在写入时都是有序的,消费时,每个partition只能被每一个group中的一个消费者消费,保证了消费时也是有序的。

整个topic不保证有序。如果为了保证topic整个有序,那么将partition调整为1.


18.消费者提交消费位移时提交的是当前消费到的最新消息的offset还是offset+1?

offset+1


19.kafka如何实现延迟队列?

Kafka并没有使用JDK自带的Timer或者DelayQueue来实现延迟的功能,而是基于时间轮自定义了一个用于实现延迟功能的定时器(SystemTimer)。JDK的Timer和DelayQueue插入和删除操作的平均时间复杂度为O(nlog(n)),并不能满足Kafka的高性能要求,而基于时间轮可以将插入和删除操作的时间复杂度都降为O(1)。时间轮的应用并非Kafka独有,其应用场景还有很多,在Netty、Akka、Quartz、Zookeeper等组件中都存在时间轮的踪影。

底层使用数组实现,数组中的每个元素可以存放一个TimerTaskList对象。TimerTaskList是一个环形双向链表,在其中的链表项TimerTaskEntry中封装了真正的定时任务TimerTask.

Kafka中到底是怎么推进时间的呢?Kafka中的定时器借助了JDK中的DelayQueue来协助推进时间轮。具体做法是对于每个使用到的TimerTaskList都会加入到DelayQueue中。Kafka中的TimingWheel专门用来执行插入和删除TimerTaskEntry的操作,而DelayQueue专门负责时间推进的任务。再试想一下,DelayQueue中的第一个超时任务列表的expiration为200ms,第二个超时任务为840ms,这里获取DelayQueue的队头只需要O(1)的时间复杂度。如果采用每秒定时推进,那么获取到第一个超时的任务列表时执行的200次推进中有199次属于“空推进”,而获取到第二个超时任务时有需要执行639次“空推进”,这样会无故空耗机器的性能资源,这里采用DelayQueue来辅助以少量空间换时间,从而做到了“精准推进”。Kafka中的定时器真可谓是“知人善用”,用TimingWheel做最擅长的任务添加和删除操作,而用DelayQueue做最擅长的时间推进工作,相辅相成。

参考: Kafka解惑之时间轮(TimingWheel)_朱小厮的博客-CSDN博客_kafka timingwheel


20.Kafka中的事务是怎么实现的?

参考: Kafka科普系列 | Kafka中的事务是什么样子的?_朱小厮的博客-CSDN博客_kafka事务

21.Kafka中有那些地方需要选举?这些地方的选举策略又有哪些?

kafka leader选举机制原理_RangeYan2012的博客-CSDN博客_kafka leader选举机制

Kafka面试题参考

1.Kafka的设计是什么样的呢?

Kafka将消息以topic为单位进行归纳

将向Kafka topic发布消息的程序成为producers.

将预订topics并消费消息的程序成为consumer.

Kafka以集群的方式运行,可以由一个或多个服务组成,每个服务叫做一个broker.

producers通过网络将消息发送到Kafka集群,集群向消费者提供消息

2.数据传输的事物定义有哪三种?

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,每个消息都传输被一次而且仅仅被传输一次,这是大家所期望的

3.Kafka判断一个节点是否还活着有那两个条件?

(1)节点必须可以维护和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

4.producer是否直接将数据发送到broker的leader(主节点)?

producer直接将数据发送到broker的leader(主节点),不需要在多个节点进行分发,为了帮助producer做到这点,所有的Kafka节点都可以及时的告知:哪些节点是活动的,目标topic目标分区的leader在哪。这样producer就可以直接将消息发送到目的地了

5、Kafa consumer是否可以消费指定分区消息?

Kafa 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

6、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

7.Kafka存储在硬盘上的消息格式是什么?

消息由一个固定长度的头部和可变长度的字节数组组成。头部包含了一个版本号和CRC32校验码。

消息长度: 4 bytes (value: 1+4+n)

版本号: 1 byte

CRC校验码: 4 bytes

具体的消息: n bytes

8.Kafka高效文件存储设计特点:

(1).Kafka把topic中一个parition大文件分成多个小文件段,通过多个小文件段,就容易定期清除或删除已经消费完文件,减少磁盘占用。

(2).通过索引信息可以快速定位message和确定response的最大大小。

(3).通过index元数据全部映射到memory,可以避免segment file的IO磁盘操作。

(4).通过索引文件稀疏存储,可以大幅降低index文件元数据占用空间大小。

9.Kafka 与传统消息系统之间有三个关键区别

(1).Kafka 持久化日志,这些日志可以被重复读取和无限期保留

(2).Kafka 是一个分布式系统:它以集群的方式运行,可以灵活伸缩,在内部通过复制数据提升容错能力和高可用性

(3).Kafka 支持实时的流式处理

10.Kafka创建Topic时如何将分区放置到不同的Broker中

副本因子不能大于 Broker 的个数;

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;

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;

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

11.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。

12.partition的数据如何保存到硬盘

topic中的多个partition以文件夹的形式保存到broker,每个分区序号从0递增,

且消息有序

Partition文件下有多个segment(xxx.index,xxx.log)

segment 文件里的 大小和配置文件大小一致可以根据要求修改 默认为1g

如果大小大于1g时,会滚动一个新的segment并且以上一个segment最后一条消息的偏移量命名

13.kafka的ack机制

request.required.acks有三个值 0 1 -1

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:同样在1的基础上 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

14.Kafka的消费者如何消费数据

消费者每次消费数据的时候,消费者都会记录消费的物理偏移量(offset)的位置

等到下次消费时,他会接着上次位置继续消费

15.消费者负载均衡策略

一个消费者组中的一个分片对应一个消费者成员,他能保证每个消费者成员都能访问,如果组中成员太多会有空闲的成员

16.数据有序

一个消费者组里它的内部是有序的

消费者组与消费者组之间是无序的

17.kafaka生产数据时数据的分组策略

生产者决定数据产生到集群的哪个partition中

每一条消息都是以(key,value)格式

Key是由生产者发送数据传入

所以生产者(key)决定了数据产生到集群的哪个partition


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