kafka java Consumer 设计原理

谈到 Java Consumer API，最重要的当属它的入口类 KafkaConsumer 了。我们说 KafkaConsumer 是单线程的设计，严格来说这是不准确的。因为，从 Kafka 0.10.1.0 版本 开始，KafkaConsumer 就变为了双线程的设计，即用户主线程和心跳线程。

所谓用户主线程，就是启动Consumer 应用程序main 方法的那个线程，而新引入的心跳线程只负责定期给对应的Broker机器发送心跳请求，以标识消费者应用的存活性。引入这个心跳线程还有一个目的，那就是期望它能将心跳 频率与主线程调用 KafkaConsumer.poll 方法的频率分开，从而解耦真实的消息处理逻辑 与消费者组成员存活性管理。

多线程方案

首先，我们要明确的是，KafkaConsumer 类不是线程安全的 (thread-safe)。所有的网络 I/O 处理都是发生在用户主线程中，因此，你在使用过程中必须要确保线程安全。简单来 说，就是你不能在多个线程中共享同一个 KafkaConsumer 实例，否则程序会抛出 ConcurrentModificationException 异常。

鉴于kafkaConsumer 不是线程安全的事实，有两种多线程方案

1 消费者程序启动多个线程，每个线程维护专属的KafkaConsumer实例，负责完整的消息获取，消息处理流程。

2 消费者程序使用单或多线程获取消息，同时创建多个消费线程执行消息处理逻辑。获取 消息的线程可以是一个，也可以多个，每个线程维护专属的KafkaConsumer 实例， 处理消息则交由特定的线程池来做，从而实现消息获取与消息处理的真正解耦。具体架 构如下图所示：

先看方案一：

  1. 实现起来简单，因为它比较符合目前我们使用 Consumer API 的习惯。我们在写代码的 时候，使用多个线程并在每个线程中创建专属的 KafkaConsumer 实例就可以了。
  2. 多个线程之间彼此没有任何交互，省去了很多保障线程安全方面的开销。
  3. 由于每个线程使用专属的 KafkaConsumer 实例来执行消息获取和消息处理逻辑，因 此，Kafka 主题中的每个分区都能保证只被一个线程处理，这样就很容易实现分区内的 消息消费顺序。这对在乎事件先后顺序的应用场景来说，是非常重要的优势。

不足在于

  1. 每个线程都维护自己的 KafkaConsumer 实例，必然会占用更多的系统资源，比如内 存、TCP 连接等。在资源紧张的系统环境中，方案 1 的这个劣势会表现得更加明显。
  2. 这个方案能使用的线程数受限于 Consumer 订阅主题的总分区数。我们知道，在一个消 费者组中，每个订阅分区都只能被组内的一个消费者实例所消费。假设一个消费者组订阅了 100 个分区，那么方案 1 最多只能扩展到 100 个线程，多余的线程无法分配到任 何分区，只会白白消耗系统资源。当然了，这种扩展性方面的局限可以被多机架构所缓 解。除了在一台机器上启用 100 个线程消费数据，我们也可以选择在 100 台机器上分别 创建 1 个线程，效果是一样的。因此，如果你的机器资源很丰富，这个劣势就不足为虑 了。
  3. 每个线程完整地执行消息获取和消息处理逻辑。一旦消息处理逻辑很重，造成消息处理 速度慢，就很容易出现不必要的 Rebalance，从而引发整个消费者组的消费停滞。这个 劣势你一定要注意。

方案二：

与方案 1 的粗粒度不同，方案 2 将任务切分成了消息获取和消息处理两个部分，分别由不 同的线程处理它们。比起方案 1，方案 2 的最大优势就在于它的高伸缩性，就是说我们可 以独立地调节消息获取的线程数，以及消息处理的线程数，而不必考虑两者之间是否相互影 响。如果你的消费获取速度慢，那么增加消费获取的线程数即可；如果是消息的处理速度 慢，那么增加 Worker 线程池线程数即可。

不足在于

  1. 它的实现难度要比方案 1 大得多，毕竟它有两组线程，你需要分别管理它们。

  2. 因为该方案将消息获取和消息处理分开了，也就是说获取某条消息的线程不是处理该消 息的线程，因此无法保证分区内的消费顺序。举个例子，比如在某个分区中，消息 1 在 消息 2 之前被保存，那么 Consumer 获取消息的顺序必然是消息 1 在前，消息 2 在 后，但是，后面的 Worker 线程却有可能先处理消息 2，再处理消息 1，这就破坏了消 息在分区中的顺序。还是那句话，如果你在意 Kafka 中消息的先后顺序，方案 2 的这个 劣势是致命的。

  3. 方案 2 引入了多组线程，使得整个消息消费链路被拉长，最终导致正确位移提交会变得 异常困难，结果就是可能会出现消息的重复消费。如果你在意这一点，那么我不推荐你 使用方案 2。