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章节内容

上节我们完成的内容：

• Kafka 核心概念介绍

• Producer

• Consumer

• Topic

• Partition

• 等等

• 

简单介绍

Kafka 在 3 版本以下都是需要 ZooKeeper 来做协调器的，在 3 版本以上，Kafka 实现了自己的协议去做高可用，但是大家也没有都切换到这个新的方案上，还是比较保守的（如果在生产环境上 ）。

Kafka 2.X 深度解析

Kafka 2.X 是 Apache Kafka 的一个重要版本系列，包含了从 2.0.0 到 2.8.0 等多个子版本。这一系列版本为 Kafka 引入了许多革命性的新特性和改进，使 Kafka 在大规模数据处理、实时流处理和企业级应用方面更加强大和可靠。

Core 新特性详解

Kafka Streams 全面升级

Kafka 2.X 对 Kafka Streams 进行了重大增强，使其成为更强大的流处理框架：

1. KStream-KTable 外连接：支持左外连接(LEFT JOIN)和全外连接(FULL OUTER JOIN)，例如可以轻松实现用户行为事件流与用户资料表的关联分析

2. 全局表(Global Tables)：允许将参考数据完整复制到所有应用实例，特别适合维表关联场景

3. 交互式查询(Interactive Queries)：可直接从本地状态存储查询实时处理结果，无需额外数据库

4. 改进的 Exactly-Once 语义：提供了更可靠的端到端精确一次处理保证

性能优化突破

1. Broker 性能提升：

2. 日志管理系统重构，写入吞吐量提升 30%

3. 改进的内存管理，减少 GC 停顿时间

4. 零拷贝优化，网络吞吐提升 20%

5. Producer 增强：

6. 批量发送大小自动调节

7. 更智能的压缩算法选择

8. 减少元数据请求频率

动态配置革命

1. 实时配置更新：

2. Broker 参数：如log.retention.ms、max.connections等

3. Topic 配置：如retention.ms、max.message.bytes
   

4. 客户端配额：可动态调整生产/消费速率限制

5. 配置方式：

6. 通过 Kafka AdminClient API

7. 使用 kafka-configs.sh 命令行工具

8. 示例：bin/kafka-configs.sh --alter --entity-type topics --entity-name test --add-config retention.ms=86400000
   

Kafka Connect 企业级增强

REST API 全面升级

1. 新增端点：

2. /connectors/{name}/status 获取连接器详细状态

3. /connectors/{name}/config/validate 配置验证

4. /connector-plugins/{name}/config/validate 插件配置验证

5. 改进的监控指标：

6. 任务级吞吐量统计

7. 详细的错误计数和分类

跨数据中心复制优化

1. 增量镜像任务(MirrorMaker 2.0)：

2. 基于消费位移的增量复制

3. 自动 topic 创建和配置同步

4. 支持双向复制场景下的防循环

5. 典型配置示例：

   clusters=primary,secondary   primary.bootstrap.servers=broker1:9092   secondary.bootstrap.servers=broker2:9092   primary->secondary.enabled=true   primary->secondary.topics=.*

企业级安全增强

Kerberos 深度集成

1. 多域支持：

2. 单个集群支持多个 Kerberos 域

3. 跨域信任配置简化

4. 组件级认证：

5. Broker 间通信 SASL/GSSAPI

6. 客户端认证可单独配置

7. ZooKeeper 连接安全加固

ACL 精细化控制

1. 新增权限类型：

2. DESCRIBE_CONFIGS：查看配置

3. ALTER_CONFIGS：修改配置

4. IDEMPOTENT_WRITE：幂等生产

5. 权限管理示例：

   # 授予用户Alice对test-topic的管理权限   bin/kafka-acls.sh --add --allow-principal User:Alice \   --operation ALL --topic test-topic

智能日志管理

基于时间的日志保留策略

1. 新增功能：

2. 支持按小时/天/周保留日志

3. 可配置多个时间段的保留策略

4. 与大小限制策略协同工作

5. 配置示例：

   log.retention.hours=168 # 保留7天   log.segment.bytes=1073741824 # 1GB/段   log.cleanup.policy=delete,compact # 混合策略

3. 运维优势：

4. 更可预测的磁盘使用

5. 简化容量规划

6. 符合数据保留法规要求

Kafka 2.X 系列通过这些重大改进，使 Kafka 在企业关键业务场景中的适用性大幅提升，为后续 3.0 版本的创新奠定了坚实基础。

Kafka 3.X 深度解析

Kafka 3.X 是 Apache Kafka 发展历程中的一个重要里程碑版本系列，代表了分布式消息系统的重大演进。随着 Kafka 进入 3.X 时代，系统在稳定性、性能和功能特性方面都实现了显著提升，同时引入了一些革命性的架构变革。

KRaft (Kafka Raft) 元数据管理

KRaft 模式详解

Kafka 3.X 首次正式引入了 KRaft（Kafka Raft）模式，这是一项革命性的控制平面架构创新。KRaft 使用 Raft 共识算法来管理集群元数据，完全取代了原先依赖 ZooKeeper 的设计。在实际部署中，KRaft 模式通过以下方式工作：

1. 集群元数据（如主题配置、分区分配等）通过 Raft 协议进行复制

2. 选举机制确保集群控制器的自动故障转移

3. 元数据存储在 Kafka 内部，不再需要外部依赖

Zookeeper 逐步废弃路线图

Kafka 3.X 版本标志着从 Zookeeper 依赖到 KRaft 模式的过渡期：

• 3.0.x 版本：引入 KRaft 作为实验性功能

• 3.3.x 版本：KRaft 进入生产就绪状态

• 3.5.x 版本：ZooKeeper 模式被标记为"已弃用"

• 预计 4.0 版本：完全移除 ZooKeeper 支持

性能与可扩展性增强

延迟优化实现

Kafka 3.X 引入了多项底层优化来提升性能：

• 批量处理改进：优化了消息批处理机制，减少网络往返

• 零拷贝增强：改进了数据传输路径，降低 CPU 开销

• 日志压缩优化：减少了压缩操作对生产性能的影响

分区管理革新

• 分区数量上限提升：单个集群支持的分区数从 20 万提升到 200 万

• 智能分区再平衡：引入优化算法减少分区迁移时的资源消耗

• 动态分区分配：支持运行时分区再分配而不需要重启 Broker

流式处理能力升级

Kafka Streams 2.0

Kafka 3.X 配套的 Streams API 带来重大改进：

• 新增 flatTransform 操作符支持复杂事件处理

• 优化的时间窗口计算，减少状态存储开销

• 改进的交互式查询性能，查询延迟降低 40%

大规模流处理支持

• 状态存储引擎重构，支持 TB 级状态数据

• 改进的任务调度算法，提升资源利用率

• 增强的容错机制，故障恢复时间缩短 50%

兼容性与升级策略

向后兼容性保障

Kafka 3.X 保持以下兼容性：

• 协议兼容：支持 2.8+ 版本的所有客户端协议

• API 兼容：所有公共 API 保持向后兼容

• 配置兼容：核心配置项保持相同语义

滚动升级最佳实践

推荐的升级步骤：

1. 先升级所有 Broker 到 3.X 版本

2. 然后逐步升级 Connect 集群

3. 最后更新客户端库版本

4. 建议在非高峰期执行，监控关键指标

Kafka Connect 增强

错误处理机制改进

• 死信队列增强：支持消息级错误处理策略

• 自动重试策略：可配置的指数退避重试机制

• 错误隔离：单个任务失败不会影响其他任务

监控与管理提升

• 新增 30+ 监控指标，包括：

• 任务级延迟指标

• 连接器状态变化历史

• 资源使用详情

• 增强的 REST API 支持：

• 批量操作接口

• 配置验证端点

• 连接器健康检查

这些改进使得 Kafka 3.X 成为构建现代化数据流平台的首选，特别适合需要高吞吐、低延迟和强一致性的场景。

ZooKeeper

环境变量

# 我们要确保有ZooKeeper环境，之前已经安装过了。最好确认一下你的ZooKeeper环境是正确的。vim /etc/profile

检查你的环境变量是否配置完毕，我这里是 3 台云服务器都配置好了。

# zookeeperexport ZOOKEEPER_HOME=/opt/servers/apache-zookeeper-3.8.4-binexport PATH=$PATH:$ZOOKEEPER_HOME/bin

配置的结果大致如下：

记得刷新环境变量

source /etc/profile

验证环境

如果你已经启动了 ZooKeeper，那么进行下面的服务测试：

zkServer.sh status

如果你出现下图的样子，你的 ZK 是没有问题的。可以从下图中看到，我这台是 Follower 节点。主节点好像是 h122 节点。

Kafka

下载项目

我这里选择的是 2.7 的版本，你可以到 GitHub 或者 官方下载

https://github.com/apache/kafka/releases/tag/2.7.2https://kafka.apache.org/downloads

GitHub 是源码，需要自己编译！！！

官方下载地址是编译的：

解压配置

下载好之后，上传到服务器上，或者直接在服务器上 wget 进行下载。

tar -zxvf kafka_2.12-2.7.2.tgz

按照之前的规范，我们需要进行移动处理：

mv kafka_2.12-2.7.2 ../servers

环境变量

vim /etc/profile

写入如下的环境变量内容

# kafkaexport KAFKA_HOME=/opt/servers/kafka_2.12-2.7.2export PATH=$PATH:$KAFKA_HOME/bin

记得刷新环境变量

启动配置

Kafka 是需要连接 ZooKeeper 的，所以我们需要修改 Kafka 的配置。

vim /opt/servers/kafka_2.12-2.7.2/config/server.properties

ZK 配置

修改 zookeeper.connet 这一行：

log 配置

这里注意修改一下，同时记得把文件夹创建出来

启动服务

kafka-server-start.sh /opt/servers/kafka_2.12-2.7.2/config/server.properties