Имя автора：От лета до холода Об авторе：сосредоточиться наJavaибольшие данныеполе,Стремление исследовать границы технологий,Поделитесь передовыми практикамии Понимание Колонка статей: Колонка Ся Чжиихань-Кафка Введение в столбец：Эта колонка призвана в доступной для понимания форме представитьKafkaосновные понятия、основные компонентыи Сценарии использования,Стройте шаг за шагомочередь сообщенийи Система знаний потоковой обработки,Интересуетесь ли распределенной системой,Все еще готовлюсь в большом Делая первый шаг в области данных, эта колонка содержит все необходимые ресурсы, рекомендации и вопросы для собеседований. Подпишитесь бесплатно прямо сейчас и начните свой путь обучения Kafka!

Каталог статей

• Идемпотентность Кафки: почему каждое сообщение уникально?
  • 01 Введение
  • 02 Что такое идемпотентность?
  • 03 Принцип реализации идемпотентности Кафки
  • • 3.1 Идентификатор производителя и серийный номер
    • 3.2 Механизм кэширования
    • 3.3 Поддержка транзакций
  • 04Сценарии идемпотентных приложений Kafka
  • • 4.1 Финансовые операции
    • 4.2 Обработка заказа
    • 4.3 Сбор журналов
  • 05 Что следует отметить об идемпотентном механизме Кафки
  • • 5.1 Обеспечьте поддержку версии Kafka
    • 5.2 Правильно настройте параметры производителя
    • 5.3 Накладные расходы на использование транзакций
    • 5.4 Мониторинг и регистрация
  • 06 Резюме

Идемпотентность Кафки: почему каждое сообщение уникально?

01 Введение

В распределенных системах очереди сообщений играют жизненно важную роль. Они обеспечивают ключевые функции, такие как асинхронная связь, развязка и буферизация для системы. Апач Kafka作为一款高性能的分布式очередь сообщений,Широко используется в различных бизнес-сценариях. Однако,При использовании Кафки,Мы часто сталкиваемся с проблемой повторной отправки и повторной обработки сообщений. Чтобы решить эти проблемы,Кафка вводит механизм идемпотентности.

02 Что такое идемпотентность?

Идемпотентность — это математическая концепция, означающая, что при одних и тех же входных условиях результаты одинаковы независимо от того, сколько операций выполняется. В Kafka идемпотентность в основном относится к тому факту, что одно и то же содержимое сообщения, отправленное производителем, будет обработано Kafka только один раз, чтобы избежать дублирования данных. Важность идемпотентности очевидна. Она может обеспечить точность и согласованность данных, особенно в ключевых бизнес-сценариях, таких как финансовые транзакции и обработка заказов. Если сообщения обрабатываются неоднократно, это может привести к дублированию транзакций и статусов заказов. другие проблемы приводят к потерям для бизнеса и пользователей

03 Принцип реализации идемпотентности Кафки

Механизм идемпотентности Кафки в основном опирается на реализацию стороны производителя. В частности, Кафка достигает идемпотентности следующими способами:

3.1 Идентификатор производителя и серийный номер

1. Producer ID（PID） Kafka назначает глобально уникальный PID каждому экземпляру производителя. Этот PID уникален во всем кластере Kafka и используется для идентификации конкретного экземпляра производителя. PID назначается, когда экземпляр производителя впервые подключается к кластеру Kafka, и этот идентификатор остается неизменным до тех пор, пока экземпляр производителя не будет выключен или отключен.
2. Порядковый номер В дополнение к PID производитель присваивает увеличивающийся порядковый номер каждому сообщению, которое он отправляет. Этот порядковый номер монотонно увеличивается в течение жизни экземпляра производителя, гарантируя, что каждое сообщение имеет уникальный порядковый номер. Даже если два сообщения имеют одинаковое содержание, они считаются разными сообщениями, если их порядковые номера различаются.
3. Комбинация PID и серийного номера PID и порядковый номер вместе образуют уникальную комбинацию, которую можно использовать в качестве уникального идентификатора для каждого сообщения. Кафка Брокер использует эту комбинацию, чтобы определить, было ли обработано сообщение. Когда брокер получает сообщение, он проверяет, существуют ли уже внутри него PID и порядковый номер.

3.2 Механизм кэширования

1. Роль области кэша Kafka Brokerдля каждогоPIDподдерживатькэшобласть,В основном используется для хранения порядковых номеров сообщений, полученных за последний период.。этоткэштерритория представляет собойструктура данных（Например, хеш-таблица или упорядоченный набор.）,Это позволяет Брокеру быстро проверить, было ли сообщение обработано, на основе PID и порядкового номера. Размер и политику срока действия кэш-зоны можно настроить по мере необходимости.,Чтобы сбалансировать использование памяти и точность дедупликации сообщений.
2. Проверьте, существует ли серийный номер когдаBrokerКогда получено новое сообщение,Сначала он найдет соответствующую область кэша на основе PID. Затем,Брокер проверит, существует ли уже порядковый номер сообщения в кэше. Этот процесс проверки обычно эффективен.,Потому что кэш-зона предназначена для быстрого поиска.
3. Обработка существующих серийных номеров Если порядковый номер сообщения уже существует в кэше,Это означает, что сообщение с тем же PID и порядковым номером уже обрабатывалось ранее. поэтому,Это новое сообщение на самом деле является дубликатом сообщения. Во избежание дублирования обработки,Брокер отклонит запрос на запись этого сообщения.,То есть, оно не будет добавлено в бревно.
4. Обработка новых серийных номеров Если порядковый номер сообщения не существует в кэше,Тогда это сообщение является новым, необработанным сообщением. Брокер добавит порядковый номер сообщения в область кэша.,и продолжить обработку сообщения,В том числе добавление его в бревно, обновление индекса и т.д.
5. Обновления и сроки действия кэша через некоторое время,Серийные номера в кэш-зоне будут постепенно увеличиваться. В целях поддержания эффективности и точности кэширования,Kafka может применить некоторые стратегии для управления кэшем,Например, регулярно очищайте серийные номера с истекшим сроком действия (то есть серийные номера, которые давно не используются) или ограничивайте размер кэша.

3.3 Поддержка транзакций

1. Обзор поддержки транзакций Kafka представил механизм обработки дел, начиная с версии 0.11, позволяющий производителям объединять несколько операций в единую единицу. Этот механизм гарантирует, что эти операции либо будут успешно отправлены, либо отменены в случае сбоя, тем самым повышая согласованность и надежность данных.
2. Идентификатор транзакции В режиме дела продюсер отправит данные в Кафку. Брокер отправляет Идентификатор расследование для выявления всех дел. Этот Идентификатор Трансляция уникальна в кластере Kafka и используется для отслеживания и идентификации конкретных дел. Когда производитель отправляет сообщение, он отправляет сообщение Сообщение отправляется Брокеру вместе с сообщением. Таким образом, Брокер может Трансляция правильно добавляет сообщение в соответствующие дела.
3. Процесс транзакции Когда производитель начинает новую транзакцию, он сообщает об этом Кафке. Брокер отправляет запрос «Начать дела» и указывает Идентификатор. передача. Этот запрос сообщит Брокеру начать новое дело и подготовиться к получению сообщений, принадлежащих этому делу. Затем производитель объединит сообщение с Идентификатором. Передача отправляется Брокеру вместе. После того как Брокер получит эти сообщения, он временно сохранит их в памяти и пометит как принадлежащие данному делу. Когда производитель завершит все сообщения, которые необходимо отправить, он отправит брокеру запрос «отправить дела». В этом запросе Брокеру будет предложено записать все сообщения, относящиеся к делам, в бревно в Kafka, а также обновить соответствующее потребительское возмещение и другую информацию. Если все операции в делах завершены успешно, сообщения навсегда записываются в Kafka и потребляются потребителем. Это называется «все успешные отправки». Однако если во время обработки дел возникает ошибка или тайм-аут, производитель может откатить все дела. В это время продюсер отправит Брокеру запрос на «откат дела». Этот запрос сообщит Брокеру отбросить все сообщения, принадлежащие этому делу, как если бы эти сообщения никогда не отправлялись. Это называется «откат всех неудач».

04Сценарии идемпотентных приложений Kafka

4.1 Финансовые операции

В финансовых торговых системах крайне важно обеспечить идемпотентность транзакций. Идемпотентность — важное свойство системы, гарантирующее, что независимо от того, сколько раз будет выполнена операция или транзакция, результат будет таким же, как если бы она была выполнена один раз. В контексте финансовых транзакций идемпотентность играет ключевую роль в предотвращении двойных вычетов, дублирования заказов, избежании дисбаланса средств и обеспечении точности записей транзакций.

Финансовые транзакции часто связаны с большими объемами потоков капитала и операциями с конфиденциальными данными, и любая небольшая ошибка может привести к серьезным последствиям. Если в торговой системе отсутствуют гарантии идемпотентности, при столкновении с аномальными ситуациями, такими как сбои сети, сбои системы и повторные попытки, могут возникнуть такие проблемы, как повторные вычеты или повторные заказы. Это не только нанесет огромные финансовые потери финансовым учреждениям, но и нанесет ущерб их репутации и доверию клиентов.

Интеграция Kafka в систему финансовых транзакций и использование предоставляемого им идемпотентного гарантийного механизма может эффективно предотвратить такие проблемы, как повторные вычеты и повторные заказы, а также обеспечить точность и согласованность транзакций. В то же время высокая производительность и масштабируемость Kafka также позволяют системе финансовых транзакций справляться с проблемами высокого параллелизма и большого объема данных, а также предоставлять более стабильные и надежные услуги для финансовых учреждений.

4.2 Обработка заказа

В системах обработки заказов обеспечение идемпотентности является важнейшим требованием. Идемпотентность означает, что независимо от того, сколько раз одна и та же операция выполняется в системе, результат будет таким же, как если бы она была выполнена один раз. В сценарии обработки заказов идемпотентность может гарантировать, что один и тот же запрос заказа будет обработан только один раз, что позволяет эффективно избежать повторных заказов, повторных поставок и связанных с ними финансовых и логистических проблем.

Когда пользователь размещает заказ на платформе электронной коммерции, запрос заказа может отправляться повторно из-за колебаний сети, системных ошибок или неправильных действий пользователя. Если система обработки заказов не идемпотентна, эти повторяющиеся запросы могут привести к многократному созданию одного и того же заказа, что приведет к ряду последующих проблем, таких как перепроданность запасов, повторные поставки, хаотичная финансовая сверка и т. д.

После внедрения механизма гарантии идемпотентности система обработки заказов может выявлять и отказываться от обработки повторяющихся запросов на заказы. В конкретной реализации система может присваивать уникальный идентификатор (например, номер заказа) каждому запросу заказа и проверять, существует ли этот идентификатор в системе, перед обработкой запроса. Если идентификатор уже существует, это означает, что заказ обработан, и система напрямую отклонит запрос, если идентификатор не существует, система обработает запрос в обычном режиме и сформирует новый заказ;

Кроме того, в сочетании с использованием систем очередей сообщений, таких как Kafka, система обработки заказов может еще больше повысить гарантию идемпотентности. Kafka обеспечивает уникальность сообщений с помощью таких механизмов, как PID и порядковые номера, тем самым избегая повторной обработки сообщений. Когда запросы на заказ отправляются в Kafka, система может использовать эти механизмы, чтобы гарантировать, что один и тот же запрос на заказ будет обработан только один раз.

4.3 Сбор журналов

В системах сбора журналов идемпотентность является важнейшей функцией, которая позволяет эффективно избежать таких проблем, как повторная запись журналов или повторный анализ, тем самым значительно повышая эффективность и точность обработки журналов.

Бревно система сбора данных обычно отвечает за сбор данных из различных источников.、хранилищеи Проанализируйте большое количествоДанные журнала,Эти данные имеют решающее значение для мониторинга состояния, диагностики проблем и проведения бизнес-анализа. Однако,потому чтозадержка сети、системакрах、Повторная отправка и другие причины,Данные журнал может быть дублирован. Если система сбора бревно не идемпотентна, то эти дубликаты данных журнал будет повторно записываться в систему хранения,Даже анализировал много раз,Это приводит к напрасной трате ресурсов, неэффективной обработке и неточным результатам анализа.

Внедряя идемпотентный гарантийный механизм, система сбора журналов может гарантировать, что каждая часть данных журнала обрабатывается только один раз. Обычно это достигается путем присвоения каждому фрагменту данных журнала уникального идентификатора (например, метки времени, порядкового номера и т. д.). При получении данных журнала система сначала проверяет, существует ли уже идентификатор в системе хранения. Если идентификатор уже существует, это означает, что данные журнала обработаны, и система напрямую пропустит данные, если идентификатор не существует, система запишет данные в систему хранения и пометит их как обработанные;

Кроме того, идемпотентность также может помочь системе сбора журналов оптимизировать процесс обработки. Например, когда система обнаруживает большое количество повторяющихся данных журнала, она может выборочно игнорировать повторяющиеся данные и обрабатывать только новые и ценные данные. Это не только снижает использование дискового пространства, но также повышает скорость обработки и эффективность анализа.

05 Что следует отметить об идемпотентном механизме Кафки

При использовании механизма идемпотентности Кафки необходимо обратить внимание на следующие моменты:

5.1 Обеспечьте поддержку версии Kafka

Механизм идемпотентности представлен в Kafke версии 0.11.0.0 и выше.,этоKafkaпроизводителей обеспечивают важныесогласованность данныхГарантировать。Обработка критически важных бизнес-данных,нравитьсяфинансовые операцииили Обработка заказачас,Крайне важно обеспечить, чтобы каждое сообщение обрабатывалось только один раз. поэтому,Прежде чем использовать механизм идемпотентности Кафки,Сначала вы должны подтвердить, соответствует ли ваша версия кластера Kafka требованиям. Если версия вашего кластера Kafka ниже 0.11.0.0,Вы не сможете воспользоваться преимуществами идемпотентного механизма.,Это может увеличить риск дублирования данных.,Влияет на стабильность и точность бизнес-системы. так,Обеспечение обновления версии кластера Kafka до версии, поддерживающей идемпотентность, является обязательным условием для применения этого механизма.

5.2 Правильно настройте параметры производителя

Чтобы задействовать механизм идемпотентности Кафки,Обязательно установите его в конфигурации производителя.enable.idempotence=trueимеет решающее значение。Идемпотентный механизм позволяет производителю отправлять сообщения.час,Убедитесь, что каждое сообщение записывается в бревно Кафки только один раз.,Даже в случае сбоя сети или повторных попыток производителя,Это не вызовет повторного написания сообщений.

Однако простого включения идемпотентности недостаточно. Другие связанные параметры также необходимо правильно настроить, чтобы обеспечить надежную передачу сообщений и гарантии идемпотентности.

acksПараметры определяют, как производительчас Считайте, что сообщение успешно написано。когдаacks=allчас,Производитель будет ждать успешной записи всех реплик, прежде чем считать сообщение успешно отправленным. Эта установка обеспечивает более высокие гарантии долговечности.,Но это также снизит скорость записи.。иacks=1тогда просто подождиleaderПросто напишите копию,Это компромисс между производительностью и долговечностью.

retriesПараметры определяют, когда производитель сталкивается с повторной ошибкой.час Количество повторных попыток отправки сообщения。С включенной идемпотентностью,Разумное количество повторений может помочь гарантировать успешную запись сообщений в случае сбоя. но,Если количество повторов установлено слишком велико,Может привести к тому, что сообщения останутся в Kafka слишком долго.,Это может даже вызвать другие проблемы.

поэтому,Когда идемпотентность включена,Должны быть основаны на конкретных потребностях бизнеса.исистемасреду для правильной настройки этих параметров。корректируяacks、retriesи другие параметры,Это может обеспечить надежную передачу сообщений и гарантию идемпотентности.,Достигните наилучшего баланса производительности и долговечности.

5.3 Накладные расходы на использование транзакций

Хотя поддержка транзакций Kafka может значительно повысить гарантию идемпотентности и обеспечить атомарное выполнение нескольких операций, она также приводит к дополнительным накладным расходам и сложности. Введение транзакций требует дополнительной координации и связи между кластером Kafka, производителями и потребителями, что может увеличить задержку и нагрузку на систему. Кроме того, использование транзакций также может привести к пустой трате ресурсов, поскольку системе необходимо сохранять больше информации о состоянии для поддержки отката и восстановления транзакций.

Поэтому, решая, использовать ли функцию транзакций Kafka, вам необходимо пойти на компромисс и сделать выбор, основанный на реальных потребностях бизнеса. Транзакции могут быть хорошим выбором для критически важных бизнес-сценариев, требующих строгой согласованности и точности данных. Однако в сценариях с более высокими требованиями к реальному времени и производительности вам может потребоваться рассмотреть возможность использования других механизмов или стратегий оптимизации для обеспечения идемпотентности сообщений. Короче говоря, при использовании Kafka вам следует выбрать наиболее подходящую стратегию гарантии, исходя из потребностей бизнеса и системной среды.

5.4 Мониторинг и регистрация

Чтобы обеспечить нормальную работу и устранение неисправностей идемпотентного механизма, необходимо установить полный механизм мониторинга и регистрации. Отслеживая количество сообщений, отправленных производителем, количество сообщений, полученных брокером, а также состояние области кэша, можно обнаружить и своевременно устранить потенциальные проблемы.

06 Резюме

Механизм идемпотентности Kafka обеспечивает идемпотентность сообщений через PID и порядковый номер на стороне производителя, механизм кэширования на стороне брокера и поддержку транзакций. При использовании Kafka мы можем выбирать, включать ли механизм идемпотентности в соответствии с фактическими потребностями, и разумно настраивать соответствующие параметры, чтобы обеспечить точность и согласованность сообщений.