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Kafka分区分配策略(Partition Assignment Strategy)

2018-05-09 08:57 过往记忆

问题

用过 Kafka 的同学用过都知道,每个 Topic 一般会有很多个 partitions。为了使得我们能够及时消费消息,我们也可能会启动多个 Consumer 去消费,而每个 Consumer 又会启动一个或多个streams去分别消费 Topic 里面的数据。我们又知道,Kafka 存在 Consumer Group 的概念,也就是 group.id 一样的 Consumer,这些 Consumer 属于同一个Consumer Group,组内的所有消费者协调在一起来消费订阅主题(subscribed topics)的所有分区(partition)。当然,每个分区只能由同一个消费组内的一个consumer来消费。那么问题来了,同一个 Consumer Group 里面的 Consumer 是如何知道该消费哪些分区里面的数据呢?

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如上图,Consumer1 为啥消费的是 Partition0 和 Partition2,而不是 Partition0 和 Partition3?这就涉及到 Kafka 内部分区分配策略(Partition Assignment Strategy)了。

在 Kafka 内部存在两种默认的分区分配策略:Range 和 RoundRobin。当以下事件发生时,Kafka 将会进行一次分区分配:

  • 同一个 Consumer Group 内新增消费者

  • 消费者离开当前所属的Consumer Group,包括shuts down 或 crashes

  • 订阅的主题新增分区

将分区的所有权从一个消费者移到另一个消费者称为重新平衡(rebalance),如何rebalance就涉及到本文提到的分区分配策略。下面我们将详细介绍 Kafka 内置的两种分区分配策略。本文假设我们有个名为 T1 的主题,其包含了10个分区,然后我们有两个消费者(C1,C2)来消费这10个分区里面的数据,而且 C1 的 num.streams = 1,C2 的 num.streams = 2。

Range strategy

Range策略是对每个主题而言的,首先对同一个主题里面的分区按照序号进行排序,并对消费者按照字母顺序进行排序。在我们的例子里面,排完序的分区将会是0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9;消费者线程排完序将会是C1-0, C2-0, C2-1。然后将partitions的个数除于消费者线程的总数来决定每个消费者线程消费几个分区。如果除不尽,那么前面几个消费者线程将会多消费一个分区。在我们的例子里面,我们有10个分区,3个消费者线程, 10 / 3 = 3,而且除不尽,那么消费者线程 C1-0 将会多消费一个分区,所以最后分区分配的结果看起来是这样的:

C1-0 将消费 0, 1, 2, 3 分区
C2-0 将消费 4, 5, 6 分区
C2-1 将消费 7, 8, 9 分区

假如我们有11个分区,那么最后分区分配的结果看起来是这样的:

C1-0 将消费 0, 1, 2, 3 分区
C2-0 将消费 4, 5, 6, 7 分区
C2-1 将消费 8, 9, 10 分区

假如我们有2个主题(T1和T2),分别有10个分区,那么最后分区分配的结果看起来是这样的:

C1-0 将消费 T1主题的 0, 1, 2, 3 分区以及 T2主题的 0, 1, 2, 3分区
C2-0 将消费 T1主题的 4, 5, 6 分区以及 T2主题的 4, 5, 6分区
C2-1 将消费 T1主题的 7, 8, 9 分区以及 T2主题的 7, 8, 9分区

可以看出,C1-0 消费者线程比其他消费者线程多消费了2个分区,这就是Range strategy的一个很明显的弊端。

RoundRobin strategy

使用RoundRobin策略有两个前提条件必须满足:

  • 同一个Consumer Group里面的所有消费者的num.streams必须相等;

  • 每个消费者订阅的主题必须相同。

所以这里假设前面提到的2个消费者的num.streams = 2。RoundRobin策略的工作原理:将所有主题的分区组成 TopicAndPartition 列表,然后对 TopicAndPartition 列表按照 hashCode 进行排序,这里文字可能说不清,看下面的代码应该会明白:

val allTopicPartitions = ctx.partitionsForTopic.flatMap { case(topic, partitions) =>
 info("Consumer %s rebalancing the following partitions for topic %s: %s"
      .format(ctx.consumerId, topic, partitions))
 partitions.map(partition => {
   TopicAndPartition(topic, partition)
 })
}.toSeq.sortWith((topicPartition1, topicPartition2) => {
 /*
  * Randomize the order by taking the hashcode to reduce the likelihood of all partitions of a given topic ending
  * up on one consumer (if it has a high enough stream count).
  */

 topicPartition1.toString.hashCode < topicPartition2.toString.hashCode
})

最后按照round-robin风格将分区分别分配给不同的消费者线程。

在我们的例子里面,加入按照 hashCode 排序完的topic-partitions组依次为T1-5, T1-3, T1-0, T1-8, T1-2, T1-1, T1-4, T1-7, T1-6, T1-9,我们的消费者线程排序为C1-0, C1-1, C2-0, C2-1,最后分区分配的结果为:

C1-0 将消费 T1-5, T1-2, T1-6 分区;
C1-1 将消费 T1-3, T1-1, T1-9 分区;
C2-0 将消费 T1-0, T1-4 分区;
C2-1 将消费 T1-8, T1-7 分区;

多个主题的分区分配和单个主题类似,这里就不在介绍了。

根据上面的详细介绍相信大家已经对Kafka的分区分配策略原理很清楚了。不过遗憾的是,目前我们还不能自定义分区分配策略,只能通过partition.assignment.strategy参数选择 range 或 roundrobin。partition.assignment.strategy参数默认的值是range。


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