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扩展方案 - 通过kafka传输

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2023-12-01

本节作者：jingbli

Kafka 是一个高吞吐量的分布式发布订阅日志服务，具有高可用、高性能、分布式、高扩展、持久性等特性。目前已经在各大公司中广泛使用。和之前采用 Redis 做轻量级消息队列不同，Kafka 利用磁盘作队列，所以也就无所谓消息缓冲时的磁盘问题。此外，如果公司内部已有 Kafka 服务在运行，logstash 也可以快速接入，免去重复建设的麻烦。

如果打算新建 Kafka 系统的，请参考 Kafka 官方入门文档：http://kafka.apache.org/documentation.html

kafka 基本概念

以下仅对相关基本概念说明，更多概念见官方文档：

  • Topic
    主题，声明一个主题，producer指定该主题发布消息，订阅该主题的consumer对该主题进行消费
  • Partition
    每个主题可以分为多个分区，每个分区对应磁盘上一个目录，分区可以分布在不同broker上，producer在发布消息时，可以通过指定partition key映射到对应分区，然后向该分区发布消息，在无partition key情况下，随机选取分区，一段时间内触发一次(比如10分钟)，这样就保证了同一个producer向同一partition发布的消息是顺序的。
    消费者消费时，可以指定partition进行消费，也可以使用high-level-consumer api,自动进行负载均衡，并将partition分给consumer，一个partition只能被一个consumer进行消费。

  • Consumer
    消费者，可以多实例部署，可以批量拉取，有两类API可供选择：一个simpleConsumer，暴露所有的操作给用户，可以提交offset、fetch offset、指定partition fetch message；另外一个high-level-consumer(ZookeeperConsumerConnector)，帮助用户做基于partition自动分配的负载均衡，定期提交offset，建立消费队列等。simpleConsumer相当于手动挡，high-level-consumer相当于自动挡。

    simpleConsumer：无需像high-level-consumer那样向zk注册brokerid、owner，甚至不需要提交offset到zk，可以将offset提交到任意地方比如(mysql,本地文件等)。

    high-level-consumer：一个进程中可以启多个消费线程，一个消费线程即是一个consumer，假设A进程里有2个线程(consumerid分别为1，2)，B进程有2个线程(consumerid分别为1，2)，topic1的partition有5个，那么partition分配是这样的：

  1.     partition1 ---> A进程consumerid1
  2.     partition2 ---> A进程consumerid1
  3.     partition3 ---> A进程consumerid2
  4.     partition4 ---> B进程consumer1
  5.     partition5 ---> B进程consumer2

  • Group
    High-level-consumer可以声明group，每个group可以有多个consumer，每group各自管理各自的消费offset，各个不同group之间互不关联影响。

    由于目前版本消费的offset、owner、group都是consumer自己通过zk管理，所以group对于broker和producer并不关心，一些监控工具需要通过group来监控，simpleComsumer无需声明group。

小提示

以上概念是 logstash 的 kafka 插件的必要参数，请理解阅读，对后续使用 kafka 插件有重要作用。logstash-kafka-input 插件使用的是 High-level-consumer API。

插件安装

logstash-1.4 安装

如果你使用的还是 1.4 版本，需要自己单独安装 logstash-kafka 插件。插件地址见：https://github.com/joekiller/logstash-kafka。

插件本身内容非常简单，其主要依赖同一作者写的 jruby-kafka 模块。需要注意的是：该模块仅支持 Kafka-0.8 版本。如果是使用 0.7 版本 kafka 的，将无法直接使 jruby-kafka 该模块和 logstash-kafka 插件。

安装按照官方文档完全自动化的安装。或是可以通过以下方式手动自己安装插件，不过重点注意的是 kafka 的版本，上面已经指出了。

  1. 下载 logstash 并解压重命名为 ./logstash-1.4.0 文件目录。
  2. 下载 kafka 相关组件，以下示例选的为 kafka_2.8.0-0.8.1.1-src，并解压重命名为 ./kafka_2.8.0-0.8.1.1。
  3. 从 releases 页下载 logstash-kafka v0.4.2 版，并解压重命名为 ./logstash-kafka-0.4.2。
  4. 从 ./kafka_2.8.0-0.8.1.1/libs 目录下复制所有的 jar 文件拷贝到 ./logstash-1.4.0/vendor/jar/kafka_2.8.0-0.8.1.1/libs 下，其中你需要创建 kafka_2.8.0-0.8.1.1/libs 相关文件夹及目录。
  5. 分别复制 ./logstash-kafka-0.4.2/logstash 里的 inputs 和 outputs 下的 kafka.rb，拷贝到对应的 ./logstash-1.4.0/lib/logstash 里的 inputs 和 outputs 对应目录下。
  6. 切换到 ./logstash-1.4.0 目录下，现在需要运行 logstash-kafka 的 gembag.rb 脚本去安装 jruby-kafka 库，执行以下命令： GEM_HOME=vendor/bundle/jruby/1.9 GEM_PATH= java -jar vendor/jar/jruby-complete-1.7.11.jar --1.9 ../logstash-kafka-0.4.2/gembag.rb ../logstash-kafka-0.4.2/logstash-kafka.gemspec。
  7. 现在可以使用 logstash-kafka 插件运行 logstash 了。

logstash-1.5 安装

logstash 从 1.5 版本开始才集成了 Kafka 支持。1.5 版本开始所有插件的目录和命名都发生了改变，插件发布地址见：https://github.com/logstash-plugins。
安装和更新插件都可以使用官方提供的方式：

  1. $bin/plugin install OR $bin/plugin update

小贴士

对于插件的安装和更新，默认走的Gem源为 https://rubygems.org,对于咱们国内网络来说是出奇的慢或是根本无法访问（爬梯子除外），在安装或是更新插件是，可以尝试修改目录下 Gemfile 文件中的 source 为淘宝源https://ruby.taobao.org，这样会使你的安装或是更新顺畅很多。

插件配置

Input 配置示例

以下配置可以实现对 kafka 读取端(consumer)的基本使用。

消费端更多详细的配置请查看 http://kafka.apache.org/documentation.html kafka 官方文档的消费者部分配置文档。

  1. input {
  2.     kafka {
  3.         zk_connect => "localhost:2181"
  4.         group_id => "logstash"
  5.         topic_id => "test"
  6.         codec => plain
  7.         reset_beginning => false # boolean (optional)， default: false
  8.         consumer_threads => 5  # number (optional)， default: 1
  9.         decorate_events => true # boolean (optional)， default: false
  10.     }
  11. }

Input 解释

作为 Consumer 端,插件使用的是 High-level-consumer API，请结合上述 kafka 基本概念进行设置：

  • group_id

消费者分组，可以通过组 ID 去指定，不同的组之间消费是相互不受影响的，相互隔离。

  • topic_id

指定消费话题，也是必填项目，指定消费某个 topic ，这个其实就是订阅某个主题，然后去消费。

  • reset_beginning

logstash 启动后从什么位置开始读取数据，默认是结束位置，也就是说 logstash 进程会以从上次读取结束时的偏移量开始继续读取，如果之前没有消费过，那么就开始从头读取.如果你是要导入原有数据，把这个设定改成 “true”， logstash 进程就从头开始读取.有点类似 cat ，但是读到最后一行不会终止，而是变成 tail -F ，继续监听相应数据。

  • decorate_events

在输出消息的时候会输出自身的信息包括:消费消息的大小， topic 来源以及 consumer 的 group 信息。

  • rebalance_max_retries

当有新的 consumer(logstash) 加入到同一 group 时，将会 reblance ，此后将会有 partitions 的消费端迁移到新的 consumer 上，如果一个 consumer 获得了某个 partition 的消费权限，那么它将会向 zookeeper 注册， Partition Owner registry 节点信息，但是有可能此时旧的 consumer 尚没有释放此节点，此值用于控制，注册节点的重试次数。

  • consumer_timeout_ms

指定时间内没有消息到达就抛出异常，一般不需要改。

以上是相对重要参数的使用示例，更多参数可以选项可以跟据 https://github.com/joekiller/logstash-kafka/blob/master/README.md 查看 input 默认参数。

注意

1.想要使用多个 logstash 端协同消费同一个 topic 的话，那么需要把两个或是多个 logstash 消费端配置成相同的 group_id 和 topic_id， 但是前提是要把相应的 topic 分多个 partitions (区)，多个消费者消费是无法保证消息的消费顺序性的。

这里解释下，为什么要分多个 partitions(区)， kafka 的消息模型是对 topic 分区以达到分布式效果。每个 topic 下的不同的 partitions (区)只能有一个 Owner 去消费。所以只有多个分区后才能启动多个消费者，对应不同的区去消费。其中协调消费部分是由 server 端协调而成。不必使用者考虑太多。只是消息的消费则是无序的。

总结:保证消息的顺序，那就用一个 partition。 kafka 的每个 partition 只能同时被同一个 group 中的一个 consumer 消费。

Output 配置

以下配置可以实现对 kafka 写入端 (producer) 的基本使用。

生产端更多详细的配置请查看 http://kafka.apache.org/documentation.html kafka 官方文档的生产者部分配置文档。

  1.  output {
  2.     kafka {
  3.         bootstrap_servers => "localhost:9092"
  4.         topic_id => "test"
  5.         compression_codec => "snappy" # string (optional)， one of ["none"， "gzip"， "snappy"]， default: "none"
  6.     }
  7. }

Output 解释

作为 Producer 端使用，以下仅为重要概念解释，请结合上述 kafka 基本概念进行设置：

  • compression_codec

消息的压缩模式，默认是 none，可以有 gzip 和 snappy (暂时还未测试开启压缩与不开启的性能，数据传输大小等对比)。

  • compressed_topics

可以针对特定的 topic 进行压缩，设置这个参数为 topic ，表示此 topic 进行压缩。

  • request_required_acks

消息的确认模式:

可以设置为 0: 生产者不等待 broker 的回应，只管发送.会有最低能的延迟和最差的保证性(在服务器失败后会导致信息丢失)
可以设置为 1: 生产者会收到 leader 的回应在 leader 写入之后.(在当前 leader 服务器为复制前失败可能会导致信息丢失)
可以设置为 -1: 生产者会收到 leader 的回应在全部拷贝完成之后。

  • partitioner_class

分区的策略，默认是 hash 取模

  • send_buffer_bytes

socket 的缓存大小设置，其实就是缓冲区的大小

消息模式相关

  • serializer_class

消息体的系列化处理类，转化为字节流进行传输，请注意 encoder 必须和下面的 key_serializer_class 使用相同的类型。

  • key_serializer_class

默认的是与 serializer_class 相同

  • producer_type

生产者的类型 async 异步执行消息的发送 sync 同步执行消息的发送

  • queue_buffering_max_ms

异步模式下，那么就会在设置的时间缓存消息，并一次性发送

  • queue_buffering_max_messages

异步的模式下，最长等待的消息数

  • queue_enqueue_timeout_ms

异步模式下，进入队列的等待时间，若是设置为0，那么要么进入队列，要么直接抛弃

  • batch_num_messages

异步模式下，每次发送的最大消息数，前提是触发了 queue_buffering_max_messages 或是 queue_enqueue_timeout_ms 的限制

以上是相对重要参数的使用示例，更多参数可以选项可以跟据 https://github.com/joekiller/logstash-kafka/blob/master/README.md 查看 output 默认参数。

小贴士

logstash-kafka 插件输入和输出默认 codec 为 json 格式。在输入和输出的时候注意下编码格式。消息传递过程中 logstash 默认会为消息编码内加入相应的时间戳和 hostname 等信息。如果不想要以上信息(一般做消息转发的情况下)，可以使用以下配置，例如:

  1.  output {
  2.     kafka {
  3.         codec => plain {
  4.             format => "%{message}"
  5.         }
  6.     }
  7. }

作为 Consumer 从kafka中读数据，如果为非 json 格式的话需要进行相关解码，例如：

  1. input {
  2.     kafka {
  3.         zk_connect => "xxx：xxx"
  4.         group_id => "test"
  5.         topic_id => "test-topic"
  6.         codec => "line"
  7.         ...........
  8.     }
  9. }

性能

队列监控

其实 logstash 的 kafka 插件性能并不是很突出，可以通过使用以下命令查看队列积压消费情况：

  1. $/bin/kafka-run-class.sh kafka.tools.ConsumerOffsetChecker --group test

队列积压严重，性能跟不上的情况下，结合实际服务器资源，可以适当增加 topic 的 partition 多实例化 Consumer 进行消费处理消息。

input-kafka 的 JSON 序列化性能

此外，跟 logstash-input-syslog 改在 filter 阶段 grok 的优化手段类似，也可以将 logstash-input-kafka 的默认 JSON 序列化操作从 codec 阶段后移到 filter 阶段。如下：

  1. input {
  2.     kafka {
  3.         codec => plain
  4.     }
  5. }
  6. filter {
  7.     json {
  8.         source => "message"
  9.     }
  10. }

然后通过 bin/logstash -w $num_cpus 运行，利用多核计算优势，可以获得大约一倍左右的性能提升。

其他方案

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