[Kafka 常见面试题]如何保证消息的不重复不丢失

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Kafka

1. Kafka如何保证不丢失消息？

生产者数据的不丢失

• 如果是同步模式：

ack机制能够保证数据的不丢失，如果ack设置为0，风险很大，一般不建议设置为0。即使设置为1，也会随着leader宕机丢失数据。

producer.type=sync 
request.required.acks=1

• 如果是异步模式：

也会考虑ack的状态，除此之外，异步模式下的有个buffer，通过buffer来进行控制数据的发送，有两个值来进行控制，时间阈值与消息的数量阈值，如果buffer满了数据还没有发送出去，有个选项是配置是否立即清空buffer。可以设置为-1，永久阻塞，也就数据不再生产。异步模式下，即使设置为-1。也可能因为程序员的不科学操作，操作数据丢失，比如kill -9，但这是特别的例外情况。

producer.type=async
request.required.acks=1
queue.buffering.max.ms=5000
queue.buffering.max.messages=10000 
queue.enqueue.timeout.ms = -1 
batch.num.messages=200

结论：producer有丢数据的可能，但是可以通过配置保证消息的不丢失。

消费者数据的不丢失

通过 offset commit 来保证数据的不丢失，Kafka自己记录了每次消费的offset数值，下次继续消费的时候，会接着上次的offset进行消费。

而offset的信息在Kafka0.8版本之前保存在Zookeeper中，在0.8版本之后保存到topic中，即使消费者在运行过程中挂掉了，再次启动的时候会找到offset的值，找到之前消费消息的位置，接着消费，由于 offset的信息写入的时候并不是每条消息消费完成后都写入的，所以这种情况有可能会造成重复消费，但是不会丢失消息。
唯一例外的情况是，我们在程序中给原本做不同功能的两个consumer组设置

Kafka SpoutConfig.bulider.setGroupid的时候设置成了一样的 groupid，这种情况会导致这两个组共享同一份数据，就会产生组A消费 partition1，partition2 中的消息，组B消费 partition3 的消息，这样每个组消费的消息都会丢失，都是不完整的。 为了保证每个组都独享一份消息数据，groupid一定不要重复才行。

Kafka集群中的broker的数据不丢失

每个broker中的partition我们一般都会设置有replication（副本）的个数，生产者写入的时候首先根据分发策略（有partition按partition，有key按key，都没有轮询）写入到leader中，follower（副本）再跟leader同步数据，这样有了备份，也可以保证消息数据的不丢失。

2. 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

消息的重复消费问题，需要考虑幂等性，如果消费类型天生幂等，那么就没有必要去考虑重复消费的问题。
但是一般上 MQ 的任务都是一些比较耗时的任务，比如说调用第三方服务，此时可以采用第三方记录（redis），保存消息的唯一 id，定义消息的唯一id 以及时间戳的消费类型（待处理，过程中，失败/完成），如果是消费过程丢失，会导致消息长时间处于待处理的状态，我们可以另起一个定时任务，轮询一定时间间隔的任务，将它生产到兜底服务，由兜底服务去判断是否需要再次消费（比如说，一个 sms 服务，可以去查询当前消息 id 的短信是否已经成功发出，如果成功发出，则标记当前任务成功消费。）

3. Kafka 的设计是什么样的呢？

Kafka 将消息以主题为单位进行归纳。

• 将向 Kafka 主题发布消息的程序称为生产者。
• 将预订主题并消费消息的程序成为消费者。
• 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（中间人）。
• 生产者通过网络将消息发送到 Kafka 集群，集群向消费者提供消息

4. 数据传输的事务定义有哪三种

• 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；
• 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；
• 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。

5. Kafka 怎么判断一个节点存活

主要有两个条件

1. 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。

6. 生产者是否直接将数据发送到 broker 的 leader (主节点)

生产者直接将数据发送到 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。

7. Kafka 消费者是否可以消费指定分区消息？

Kafka 消费消息时，向 broker 发出 “fetch” 请求去消费特定分区的消息，同时，consumer 还指定消息在日志中的偏移量（offset），这样就可以消费从这个位置开始的消息。
消费者拥有 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。

8. Kafka 消息是采用 Pull 模式，还是 Push 模式？

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 。

9. Kafka 存储在硬盘上的消息格式是什么？ （存疑）

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。

• 版本号: 1 byte
• CRC 校验码: 4 bytes
• 具体的消息: n bytes

10. 介绍一下kafka 的 ack 机制

在Kafka发送数据的时候，每次发送消息都会有一个确认反馈机制，确保消息正常被收到。
可以通过设置request.required.acks 决定 ack 策略。

• 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 。如果 leader 挂掉后，不确保是否复制完成，也就是说新 leader 可能会丢失数据；
• -1：同样在 1 的基础上，服务端会等所有的 follower 的副本收到数据后， leader 才会发出 的 ack，这样数据就不会丢失。

11. Kafka 的消费者如何消费数据

消费者每次消费数据的时候，都会记录消费的物理偏移量（offset）， 等到下次消费时，他会接着上次位置继续消费 。