介紹

今天主要分享一下 kafka 的 rebalance，在 kafka 中，rebalance 是一個(gè)十分重要的概念，很多時(shí)候引發(fā)的一些問題可能都是由于 rebalance 引起的，rebalance 也就是再均衡，顧名思義，再均衡就是再次負(fù)載均衡，下面會(huì)對(duì)再均衡進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的描述。

負(fù)載均衡

說再均衡之前，先說一說負(fù)載均衡，負(fù)載均衡就是將請求分發(fā)到不同的操作單元上，我們通俗一點(diǎn)來說，就是將請求分發(fā)到不同的服務(wù)器上，以減輕單臺(tái)服務(wù)器的壓力，提高吞吐量，負(fù)載均衡的方式有很多，下面是 nginx 的負(fù)載均衡，當(dāng)客戶端請求到 nginx 時(shí)，nginx 根據(jù)一定的負(fù)載均衡算法將請求轉(zhuǎn)發(fā)到不同的服務(wù)器。

請求應(yīng)該落到那一臺(tái)機(jī)器上，這取決于我們使用的負(fù)載均衡策略，負(fù)載均衡策略有很多，比如隨機(jī)，輪詢，LFU，LRU 等等，這取決于我們的選擇。

rebalance圖示

上面說了負(fù)載均衡，其實(shí)再均衡也是一樣，再 kafka 中，一個(gè)消費(fèi)者群組怎么去消費(fèi)一個(gè)主題下面的分區(qū)，該以什么方式去消費(fèi)這些分區(qū)，是我們值得去考慮的，kafka 提供了一個(gè)分區(qū)分配器，他能協(xié)調(diào)哪些消費(fèi)者應(yīng)該去消費(fèi)那些分區(qū)。

如下圖所示，一個(gè)消費(fèi)者群組中有兩個(gè)消費(fèi)者，他們各自消費(fèi)兩個(gè)分區(qū)。

此時(shí)加入一個(gè)消費(fèi)者，那么就觸發(fā)了再均衡操作，kafka 就會(huì)重新進(jìn)行分配，分配后的樣子可能是下面的這樣，c2 從原來的消費(fèi)兩個(gè)分區(qū) partition-3，partition-4 變?yōu)橹幌M(fèi) partition-2，partition-4 讓 c3 去消費(fèi)。

從上面我們看出，kafka 的再均衡其實(shí)就是協(xié)調(diào)消費(fèi)者和分區(qū)的消費(fèi)對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們一般是希望消費(fèi)者和分區(qū)之間的消費(fèi)關(guān)系盡量做到平衡，別出現(xiàn)某個(gè)消費(fèi)者的負(fù)載很高，某個(gè)消費(fèi)者的負(fù)載很低，資源不能進(jìn)行合理的利用。

再均衡產(chǎn)生的條件

再均衡產(chǎn)生的條件就是有消費(fèi)者加入或者退出，加入和退出的方式有很多，有一些是主動(dòng)因素，有一些是被動(dòng)因素，比如我們主動(dòng)增加一個(gè)消費(fèi)者，這時(shí)候就會(huì)發(fā)生再均衡，我們停掉一個(gè)消費(fèi)者，那么這時(shí)候也發(fā)生再均衡，還有當(dāng)消費(fèi)者和 broker 之間由于長時(shí)間沒有心跳，那么消費(fèi)者就被提出，這時(shí)候也會(huì)發(fā)生再均衡，某個(gè)主題下的分區(qū)數(shù)量發(fā)生變化，也會(huì)發(fā)生再均衡，還有其他的一些因素，就不展開了，不過我們應(yīng)該盡量避免再均衡。

再均衡期間消費(fèi)者是讀取不了任何消息，因?yàn)檫@段時(shí)間會(huì)對(duì)分區(qū)進(jìn)行重新分配，所以 之前消費(fèi)者與分區(qū)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系已經(jīng)不存在，需要進(jìn)行重新分配，所以會(huì)出現(xiàn)短暫不可用現(xiàn)象。

主動(dòng)因素導(dǎo)致消費(fèi)者的加入和離開是無法避免的，當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，可能需要增加消費(fèi)者來分擔(dān)壓力，提高吞吐量，所以這時(shí)候就需要人為去添加消費(fèi)者了，這時(shí)候發(fā)生再均衡是可預(yù)見的，但是被動(dòng)導(dǎo)致再均衡就不可預(yù)見了，下面我們從一些參數(shù)和原理來說明一下，盡量避免再均衡。

相關(guān)參數(shù)

在 kafka 中，分區(qū)的分配和分區(qū)分配器PartitionAssignor有關(guān)，在底層實(shí)現(xiàn)中，是通過協(xié)調(diào)器Coordinator來協(xié)調(diào)消費(fèi)者和分區(qū)的，分為消費(fèi)者端的消費(fèi)者協(xié)調(diào)器ConsumerCoordinator和 Broker 端的組協(xié)調(diào)器GroupCoordinator。

Broker 端參數(shù)

• group.max.session.timeout.ms：消費(fèi)者會(huì)話的最大超時(shí)時(shí)間。如果消費(fèi)者在這個(gè)時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)送心跳 GroupCoordinator，那么它會(huì)被認(rèn)為已經(jīng)失效，會(huì)被踢出消費(fèi)組。
• group.min.session.timeout.ms：消費(fèi)者會(huì)話的最小超時(shí)時(shí)間。如果消費(fèi)者在這個(gè)時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)送心跳 GroupCoordinator，那么它會(huì)被認(rèn)為已經(jīng)失效，會(huì)被踢出消費(fèi)組。
• group.initial.rebalance.delay.ms：消費(fèi)者組啟動(dòng)時(shí)，等待多長時(shí)間再進(jìn)行 rebalance。這個(gè)參數(shù)可以讓消費(fèi)者有時(shí)間加入消費(fèi)者組。

consumer 端參數(shù)

• session.timeout.ms：消費(fèi)者會(huì)話的超時(shí)時(shí)間。如果一個(gè)消費(fèi)者在這個(gè)時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)送心跳到組協(xié)調(diào)器 GroupCoordinator，那么被認(rèn)為它已經(jīng)失效了，就會(huì)將其踢出消費(fèi)者組。如果這個(gè)值設(shè)置過小，那么就會(huì)比較消耗資源，但是能夠快速的發(fā)現(xiàn) ConsumerCoordinator 是否還“存活”，然后進(jìn)行 rebalance，如果設(shè)置過大，那么就會(huì)導(dǎo)致長時(shí)間沒有收到心跳，可能 ConsumerCoordinator 已經(jīng)“掛了”一段時(shí)間，沒有及時(shí)進(jìn)行 rebalance。
• heartbeat.interval.ms：消費(fèi)者發(fā)送心跳的時(shí)間間隔。心跳是消費(fèi)者與 GroupCoordinator 之間維持會(huì)話的機(jī)制，如果一個(gè)消費(fèi)者在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)沒有發(fā)送心跳，那么 GroupCoordinator 認(rèn)為它已經(jīng)失效，然后將其踢出，如果這個(gè)值設(shè)置過大，那么一個(gè)消費(fèi)者失效時(shí)，可能需要等待很長時(shí)間才能觸發(fā) rebalance，如果過小那么就會(huì)比較消耗資源。
• max.poll.interval.ms：消費(fèi)者處理消息的最大時(shí)間間隔。如果消費(fèi)者在這個(gè)時(shí)間內(nèi)沒有消費(fèi)完消息導(dǎo)致不能 poll 消息，那么它將被認(rèn)為已經(jīng)失效，將被踢出消費(fèi)者組，這個(gè)值默認(rèn)為 5 分鐘。

heartbeat.interval.ms 的值一定要比 session.timeout.ms 小，官網(wǎng)建議是 1/3，比如 heartbeat.interval.ms 為 5s，那么 session.timeout.ms 為 15s，這樣的話在這個(gè)時(shí)間會(huì)話內(nèi)能收到三次心跳，不過這兩個(gè)的值也要在 Broker 端 group.max.session.timeout.ms(5min)和 group.min.session.timeout.ms(6s)的區(qū)間之間。

分配器

消費(fèi)者和分區(qū)之間進(jìn)行分配是由分配器來完成的，當(dāng)消費(fèi)者加入和離開時(shí)觸發(fā) reabalance，然后會(huì)使用分配器從新對(duì)分區(qū)和消費(fèi)者進(jìn)行分配，kafka 有一個(gè)分配器接口ConsumerPartitionAssignor，它的下面有一個(gè)抽象類AbstractPartitionAssignor，如果我們需要自定義分配器，那么集成抽象類AbstractPartitionAssignor即可，kafka 默認(rèn)提供了好幾種分配器，如 RoundRobinAssignor，RangeAssignor，StickyAssignor，CooperativeStickyAssignor，kafka 默認(rèn)使用 RangeAssignor。

如下，我創(chuàng)建了一個(gè)名稱為 musk 的主題，分區(qū)數(shù)為 4，然后創(chuàng)建一個(gè)消費(fèi)者，那么這時(shí)因?yàn)橹挥幸粋€(gè)消費(fèi)者，所以四個(gè)分區(qū)都劃給了它。

此時(shí)我又加入一個(gè)消費(fèi)者，因?yàn)榧尤胂M(fèi)者后會(huì)觸發(fā) rebalance，所以這時(shí)候就會(huì)對(duì)分區(qū)重新進(jìn)行分配，分配后如下，每個(gè)消費(fèi)者劃分了兩個(gè)分區(qū)。

對(duì)于分配器，kafka 自帶的已經(jīng)能夠滿足我們大多時(shí)候的需求，因?yàn)槲覀冊谑褂枚鄠€(gè)消費(fèi)者的時(shí)候，其實(shí)就是為了讓分區(qū)被均分給消費(fèi)組內(nèi)的消費(fèi)者，以達(dá)到壓力的分擔(dān)。

總結(jié)

從上面我們對(duì) rebalance 進(jìn)行一些介紹，對(duì) rebalance 產(chǎn)生的原因進(jìn)行說明，對(duì)消費(fèi)者協(xié)調(diào)器和組協(xié)調(diào)器進(jìn)行了解，對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行詳解，還有通過測試 rebalance 來更加直觀說明 rebalance，rebalance 的觸發(fā)有很多方式，不過我們應(yīng)該盡量去避免它的發(fā)生，對(duì)于分區(qū)的修改，應(yīng)該盡量在一開始規(guī)劃好，不要后續(xù)去修改分區(qū)，對(duì)于其他引起 rebalance 的因素，也應(yīng)該將其概率降到最低。

今天的分享就到這里，感謝你的觀看，我們下期見，如果文中有說得不合理或者不正確的地方，希望你能進(jìn)行指點(diǎn)，更多關(guān)于kafka rebalance負(fù)載均衡的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！