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标题: 【kafka实战】05 Kafka消费者消费消息过程源码分析 [打印本页]

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作者: 滴水恩情    时间: 2025-3-18 00:52
标题: 【kafka实战】05 Kafka消费者消费消息过程源码分析
1. 概述

Kafka消费者（Consumer）是Kafka系统中负责从Kafka集群中拉取消息的客户端组件。消费者消费消息的过程涉及多个步调，包括消费者组的协调、分区分配、消息拉取、消息处置惩罚等。本文将深入分析Kafka消费者消费消息的源码，并结合相干原理图进行解说。
以下是一个使用 Java 编写的 KafkaConsumer 的示例。在这个示例中，我们将创建一个简朴的 Kafka 消费者，连接到 Kafka 集群，订阅一个主题，并消费该主题中的消息。
1.1 消费者代码使用示例

• 已经安装并启动了 Kafka 集群。
  
• 你已经添加了 Kafka 客户端依赖到你的项目中。如果你使用 Maven，可以在 pom.xml 中添加以下依赖：
  

1. <dependency>
2.     <groupId>org.apache.kafka</groupId>
3.     <artifactId>kafka-clients</artifactId>
4.     <version>3.6.0</version>
5. </dependency>

复制代码

示例代码

1. import org.apache.kafka.clients.consumer.*;
2. import org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer;
4. import java.time.Duration;
5. import java.util.Collections;
6. import java.util.Properties;
8. public class KafkaConsumerExample {
9.     private static final String TOPIC_NAME = "test-topic";
10.     private static final String BOOTSTRAP_SERVERS = "localhost:9092";
11.     private static final String GROUP_ID = "test-group";
13.     public static void main(String[] args) {
14.         // 配置消费者属性
15.         Properties props = new Properties();
16.         props.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, BOOTSTRAP_SERVERS);
17.         props.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG, GROUP_ID);
18.         // 自动提交偏移量
19.         props.put(ConsumerConfig.ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG, "true");
20.         props.put(ConsumerConfig.AUTO_COMMIT_INTERVAL_MS_CONFIG, "1000");
21.         // 键和值的反序列化器
22.         props.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
23.         props.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
25.         // 创建 Kafka 消费者实例
26.         KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
28.         try {
29.             // 订阅主题
30.             consumer.subscribe(Collections.singletonList(TOPIC_NAME));
32.             // 持续消费消息
33.             while (true) {
34.                 // 从 Kafka 拉取消息
35.                 ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
36.                 for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
37.                     System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
38.                 }
39.             }
40.         } catch (Exception e) {
41.             e.printStackTrace();
42.         } finally {
43.             // 关闭消费者
44.             consumer.close();
45.         }
46.     }
47. }

复制代码

代码解释

• 配置消费者属性：
  
  
  
  • BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG：指定 Kafka 集群的地址。
    
  • GROUP_ID_CONFIG：指定消费者所属的消费组。
    
  • ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG：设置是否自动提交偏移量。
    
  • AUTO_COMMIT_INTERVAL_MS_CONFIG：设置自动提交偏移量的时间间隔。
    
  • KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG 和 VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG：指定键和值的反序列化器。
    
  
  
• 创建 Kafka 消费者实例：使用配置好的属性创建 KafkaConsumer 实例。
  
• 订阅主题：使用 subscribe 方法订阅指定的主题。
  
• 连续消费消息：使用 poll 方法从 Kafka 拉取消息，并遍历消费记录，打印消息的偏移量、键和值。
  
• 关闭消费者：在消费完成后，使用 close 方法关闭消费者。
  

注意事项

• 确保 Kafka 集群的地址和主题名称精确。
  
• 如果需要手动提交偏移量，可以将 ENABLE_AUTO_COMMIT_CONFIG 设置为 false，并使用 commitSync() 或 commitAsync() 方法手动提交偏移量。
  

2. Kafka消费者消费消息的核心流程

Kafka消费者消费消息的核心流程可以分为以下几个步调：

• 消费者组协调：消费者加入消费者组，并与组协调器（GroupCoordinator）进行协调。
  
• 分区分配：组协调器为消费者分配分区。
  
• 消息拉取：消费者从分配的分区中拉取消息。
  
• 消息处置惩罚：消费者处置惩罚拉取到的消息。
  
• 提交偏移量：消费者提交已处置惩罚消息的偏移量。
  

下面我们将结合源码具体分析每个步调。

3. 源码分析

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关键组件阐明

• ConsumerCoordinator：
  
  
  
  • 负责消费者组的协调和分区分配。
    
  • 管理消费者的心跳和重平衡。
    
  
  
• Fetcher：
  
  
  
  • 负责从 Kafka Broker 拉取消息。
    
  • 管理拉取哀求和相应的处置惩罚。
    
  
  
• SubscriptionState：
  
  
  
  • 管理消费者订阅的主题和分区。
    
  • 记录消费者的消费偏移量。
    
  
  
• PartitionAssignor：
  
  
  
  • 负责分区分配计谋的实现。
    
  
  
• OffsetCommitCallback：
  
  
  
  • 处置惩罚偏移量提交的回调逻辑。
    
  
  

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3.1 消费者组协调

消费者在启动时，起首需要加入消费者组，并与组协调器进行协调。组协调器负责管理消费者组的成员和分区分配。

1. // org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer#subscribe
2. public void subscribe(Collection<String> topics, ConsumerRebalanceListener listener) {
3.     // 1. 订阅主题
4.     this.subscriptions.subscribe(new HashSet<>(topics), listener);
5.    
6.     // 2. 加入消费者组
7.     coordinator.subscribe(subscriptions);
8. }

复制代码

在subscribe方法中，消费者起首订阅指定的主题，然后通过coordinator.subscribe方法加入消费者组。组协调器会为消费者分配一个唯一的memberId，并将其加入到消费者组中。
3.2 分区分配

组协调器在消费者加入消费者组后，会为消费者分配分区。分区分配计谋由PartitionAssignor决定，Kafka提供了多种内置的分区分配计谋，如RangeAssignor、RoundRobinAssignor等。

1. // org.apache.kafka.clients.consumer.internals.AbstractCoordinator#ensurePartitionAssignment
2. private void ensurePartitionAssignment() {
3.     // 1. 获取分区分配结果
4.     Map<String, List<TopicPartition>> assignments = partitionAssignor.assign(metadata.fetch(), subscriptions.subscription());
5.    
6.     // 2. 更新消费者的分区分配
7.     subscriptions.assignFromSubscribed(assignments.get(consumerId));
8. }

复制代码

在ensurePartitionAssignment方法中，组协调器通过partitionAssignor.assign方法为消费者分配分区，并将分配结果更新到消费者的订阅信息中。
3.3 消息拉取

消费者在分配到分区后，会从分配的分区中拉取消息。Kafka消费者采用拉取模式（Pull Model），即消费者主动从Kafka集群中拉取消息。

1. // org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer#poll
2. public ConsumerRecords<K, V> poll(Duration timeout) {
3.     // 1. 拉取消息
4.     Map<TopicPartition, List<ConsumerRecord<K, V>>> records = fetcher.fetchRecords(timeout);
5.    
6.     // 2. 返回拉取到的消息
7.     return new ConsumerRecords<>(records);
8. }

复制代码

在poll方法中，消费者通过fetcher.fetchRecords方法从Kafka集群中拉取消息。fetcher是Kafka消费者中的一个重要组件，负责管理消息的拉取和偏移量的提交。
3.4 消息处置惩罚

消费者在拉取到消息后，会对消息进行处置惩罚。消息处置惩罚的具体逻辑由用户自定义，通常包括消息的反序列化、业务逻辑处置惩罚等。

1. // org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer#poll
2. public ConsumerRecords<K, V> poll(Duration timeout) {
3.     // 1. 拉取消息
4.     Map<TopicPartition, List<ConsumerRecord<K, V>>> records = fetcher.fetchRecords(timeout);
5.    
6.     // 2. 处理消息
7.     for (Map.Entry<TopicPartition, List<ConsumerRecord<K, V>>> entry : records.entrySet()) {
8.         for (ConsumerRecord<K, V> record : entry.getValue()) {
9.             // 用户自定义的消息处理逻辑
10.             processRecord(record);
11.         }
12.     }
13.    
14.     // 3. 返回拉取到的消息
15.     return new ConsumerRecords<>(records);
16. }

复制代码

在poll方法中，消费者通过processRecord方法处置惩罚每条消息。processRecord方法的具体实现由用户自定义。
3.5 提交偏移量

消费者在处置惩罚完消息后，需要提交已处置惩罚消息的偏移量。偏移量的提交可以手动或自动进行，Kafka提供了多种偏移量提交计谋，如自动提交、同步提交、异步提交等。

1. // org.apache.kafka.clients.consumer.KafkaConsumer#commitSync
2. public void commitSync() {
3.     // 1. 提交偏移量
4.     coordinator.commitOffsetsSync(subscriptions.allConsumed());
5. }

复制代码

在commitSync方法中，消费者通过coordinator.commitOffsetsSync方法同步提交偏移量。同步提交会阻塞当前线程，直到偏移量提交乐成。
4. 原理图

以下是Kafka消费者消费消息的核心流程表现图：

1. +-------------------+       +-------------------+       +-------------------+
2. |                   |       |                   |       |                   |
3. |  消费者组协调      | ----> |     分区分配       | ----> |     消息拉取       |
4. |                   |       |                   |       |                   |
5. +-------------------+       +-------------------+       +-------------------+
6.                                                                       |
7.                                                                       v
8. +-------------------+       +-------------------+       +-------------------+
9. |                   |       |                   |       |                   |
10. |     消息处理       | <---- |     提交偏移量     | <---- |     网络传输       |
11. |                   |       |                   |       |                   |
12. +-------------------+       +-------------------+       +-------------------+

复制代码

5. 总结

Kafka消费者消费消息的过程涉及多个步调，包括消费者组的协调、分区分配、消息拉取、消息处置惩罚和偏移量提交。通过源码分析，我们可以更深入地理解Kafka消费者的工作原理。希望本文可以或许帮助你更好地理解Kafka消费者的内部机制。
6. 参考

• Kafka官方文档
  
• Kafka源码
  

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