精选Kafka面试题[45题]

2022-04-07 12:17:40 浏览数 (1)

什么是Kafka？

Kafka是分布式发布-订阅消息系统，它最初是由LinkedIn公司开发的，之后成为Apache项目的一部分，Kafka是一个分布式，可划分的，冗余备份的持久性的日志服务，它主要用于处理流式数据。

Kafka中有哪几个组件?
  • 主题(Topic)：Kafka主题是一堆或一组消息。
  • 生产者(Producer)：在Kafka，生产者发布通信以及向Kafka主题发布消息。
  • 消费者(Consumer)：Kafka消费者订阅了一个主题，并且还从主题中读取和处理消息。
  • 经纪人(Brokers)：在管理主题中的消息存储时，我们使用Kafka Brokers。
什么是消费者或用户？

Kafka消费者订阅一个主题，并读取和处理来自该主题的消息。此外，有了消费者组的名字，消费者就给自己贴上了标签。换句话说，在每个订阅使用者组中，发布到主题的每个记录都传递到一个使用者实例。确保使用者实例可能位于单独的进程或单独的计算机上。

Kafka中的 Broker 是干什么的？

broker 是消息的代理，Producers往Brokers里面的指定Topic中写消息，Consumers从Brokers里面拉取指定Topic的消息，然后进行业务处理，broker在中间起到一个代理保存消息的中转站。

什么是生产者？

生产者的主要作用是将数据发布到他们选择的主题上。基本上，它的职责是选择要分配给主题内分区的记录。

什么是消费者组？

消费者组的概念是Apache Kafka独有的。基本上，每个Kafka消费群体都由一个或多个共同消费一组订阅主题的消费者组成。

偏移的作用是什么？

给分区中的消息提供了一个顺序ID号，我们称之为偏移量。因此，为了唯一地识别分区中的每条消息，我们使用这些偏移量。

Kafka系统工具有哪些类型？
  1. Kafka迁移工具：它有助于将代理从一个版本迁移到另一个版本。
  2. Mirror Maker：Mirror Maker工具有助于将一个Kafka集群的镜像提供给另一个。
  3. 消费者检查:对于指定的主题集和消费者组，它显示主题，分区，所有者。
Kafka为什么那么快?
  • Cache Filesystem Cache PageCache缓存
  • 顺序写 由于现代的操作系统提供了预读和写技术，磁盘的顺序写大多数情况下比随机写内存还要快。
  • Zero-copy 零拷技术减少拷贝次数
  • Batching of Messages 批量量处理。合并小的请求，然后以流的方式进行交互，直顶网络上限。
  • Pull 拉模式 使用拉模式进行消息的获取消费，与消费端处理能力相符。
Kafka的message格式是什么？

一个Kafka的Message由一个固定长度的header和一个变长的消息体body组成

  • header部分 由一个字节的magic(文件格式)和四个字节的CRC32(用于判断body消息体是否正常)构成。
    • 当magic的值为1的时候，会在magic和crc32之间多一个字节的数据：attributes(保存一些相关属性，比如是否压缩、压缩格式等等);
    • 如果magic的值为0，那么不存在attributes属性
  • body部分 由N个字节构成的一个消息体，包含了具体的key/value消息
Kafka可以接收的消息最大为多少？

Kafka可以接收的最大消息大小约为1000000字节。

Kafka的优点有那些？
  • 高吞吐量：我们在Kafka中不需要任何大型硬件，因为它能够处理高速和大容量数据。此外，它还可以支持每秒数千条消息的消息吞吐量。
  • 低延迟：Kafka可以轻松处理这些消息，具有毫秒级的极低延迟，这是大多数新用例所要求的。
  • 容错：Kafka能够抵抗集群中的节点/机器故障。
  • 耐久性：由于Kafka支持消息复制，因此消息永远不会丢失。这是耐久性背后的原因之一。
  • 可扩展性：Kafka可以扩展，而不需要通过添加额外的节点而在运行中造成任何停机。
为什么要使用 Kafka？为什么要使用消息队列？
  • 缓冲和削峰：上游数据时有突发流量，下游可能扛不住，或者下游没有足够多的机器来保证冗余，kafka在中间可以起到一个缓冲的作用，把消息暂存在kafka中，下游服务就可以按照自己的节奏进行慢慢处理。
  • 解耦和扩展性：项目开始的时候，并不能确定具体需求。消息队列可以作为一个接口层，解耦重要的业务流程。只需要遵守约定，针对数据编程即可获取扩展能力。
  • 冗余：可以采用一对多的方式，一个生产者发布消息，可以被多个订阅topic的服务消费到，供多个毫无关联的业务使用。
  • 健壮性：消息队列可以堆积请求，所以消费端业务即使短时间死掉，也不会影响主要业务的正常进行。
  • 异步通信：很多时候，用户不想也不需要立即处理消息。消息队列提供了异步处理机制，允许用户把一个消息放入队列，但并不立即处理它。想向队列中放入多少消息就放多少，然后在需要的时候再去处理它们。
Kafka存在那些局限性？
  1. 没有完整的监控工具集
  2. 消息调整的问题
  3. 不支持通配符主题选择
  4. 速度问题
Leader和Follower的概念是什么？

在Kafka的每个分区中，都有一个服务器充当leader，0到多个服务器充当follower的角色。

为什么要使用Apache Kafka集群？

为了克服收集大量数据和分析收集数据的挑战，我们需要一个消息队列系统。因此Apache Kafka应运而生。其好处是：只需存储/发送事件以进行实时处理，就可以跟踪Web活动。通过这一点，我们可以发出警报并报告操作指标。此外，我们可以将数据转换为标准格式。此外，它允许对主题的流数据进行连续处理。由于它的广泛使用，它秒杀了竞品，如ActiveMQ，RabbitMQ等。

Kafka集群中保留期的目的是什么？

保留期限保留了Kafka群集中的所有已发布记录。它不会检查它们是否已被消耗。此外，可以通过使用保留期的配置设置来丢弃记录。而且，它可以释放一些空间。

Kafka和Flume之间的主要区别是什么？
  • 工具类型
    • Apache Kafka 是面向多个生产商和消费者的通用工具。
    • Apache Flume 是特定应用程序的专用工具。
  • 复制功能
    • Apache Kafka 可以复制事件；
    • Apache Flume 不复制事件。
Apache Kafka是分布式流处理平台吗？如果是，你能用它做什么？

Kafka是一个流处理平台。它可以完成以下工作：

  1. 轻松推送记录
  2. 可以存储大量记录，而不会出现任何存储问题
  3. 它还可以在记录进入时对其进行处理。
流API的作用是什么？

一种允许应用程序充当流处理器的API，它还使用一个或多个主题的输入流，并生成一个输出流到一个或多个输出主题，此外，有效地将输入流转换为输出流，我们称之为流API。

消费者API的作用是什么？

允许应用程序订阅一个或多个主题并处理生成给它们的记录流的API，我们称之为消费者API。

连接器API的作用是什么？

一个允许运行和构建可重用的生产者或消费者的API，将Kafka主题连接到现有的应用程序或数据系统，我们称之为连接器API。

Kafka中的 zookeeper 起到什么作用？可以不用zookeeper吗？

zookeeper 是一个分布式的协调组件，早期版本的kafka用zk做meta信息存储，consumer的消费状态，group 的管理以及 offset 的值。考虑到 zookeeper 本身的一些因素以及整个架构较大概率存在单点问题，新版本中逐渐弱化了 zookeeper 的作用。新的 consumer 使用了 kafka 内部的 group coordination 协议，也减少了对 zookeeper 的依赖，

但是 broker 依然依赖于 zookeeper，zookeeper 在kafka中还用来选举 controller 和检测 broker 是否存活等等。

没有zookeeper可以使用Kafka吗？

绕过Zookeeper并直接连接到Kafka服务器是不可以的，所以答案是否定的。如果以某种方式，使ZooKeeper关闭，则无法为任何客户端请求提供服务。

Kafka中的 ISR、AR 又代表什么？ISR 的伸缩又指什么？
  • ISR：In-Sync Replicas 副本同步队列；ISR是由leader维护，follower从leader同步数据有一些延迟（包括延迟时间replica.lag.time.max.ms和延迟条数replica.lag.max.messages两个维度, 版本0.10.x中只支持replica.lag.time.max.ms这个维度），任意一个超过阈值都会把follower剔除出ISR, 存入OSR（Outof-Sync Replicas）列表，新加入的follower也会先存放在OSR中。AR=ISR OSR。
  • AR：Assigned Replicas 所有副本；
副本和 ISR 扮演什么角色？

基本上，复制日志的节点列表就是副本。特别是对于特定的分区。但是，无论他们是否扮演leader的角色，他们都是如此。此外，ISR指的是同步副本。在定义ISR时，它是一组与leader同步的消息副本。

Kafka Follower如何与Leader同步数据?

Kafka 的复制机制既不是完全的同步复制，也不是单纯的异步复制。完全同步复制要求 All Alive Follower 都复制完，这条消息才会被认为 commit，这种复制方式极大的影响了吞吐率。而异步复制方式下，Follower 异步的从 Leader 复制数据，数据只要被 Leader 写入 log 就被认为已经 commit，这种情况下，如果 leader 挂掉，会丢失数据，kafka 使用 ISR 的方式很好的均衡了确保数据不丢失以及吞吐率。Follower 可以批量的从 Leader 复制数据，而且 Leader 充分利用磁盘顺序读以及 send file(zero copy) 机制，这样极大的提高复制性能，内部批量写磁盘，大幅减少了 Follower 与 Leader 的消息量差。

为什么Kafka的复制至关重要？

由于复制，我们可以确保发布的消息不会丢失，并且可以在发生任何机器错误、程序错误或频繁的软件升级时使用。

什么是Kafka中的地域复制？

对于我们的集群，Kafka MirrorMaker提供地理复制。基本上，消息是通过MirrorMaker跨多个数据中心或云区域复制的。因此，它可以在主动/被动场景中用于备份和恢复；也可以将数据放在离用户更近的位置，或者支持数据位置要求。

什么是多租户？

我们可以轻松地将Kafka部署为多租户解决方案。但是，通过配置主题可以生成或使用数据，可以启用多租户。此外，它还为配额提供操作支持。

什么情况下一个 Broker 会从ISR中踢出去?

leader 会维护一个与其基本保持同步的 Replica 列表，该列表称为 ISR(in-sync Replica)，每个 Partition 都会有一个 ISR，而且是由 leader 动态维护 ，如果一个 follower 比一个 leader 落后太多，或者超过一定时间未发起数据复制请求，则 leader 将其重 ISR 中移除 。

如果 Leader Crash 时，ISR为空怎么办

kafka在Broker端提供了一个配置参数：unclean.leader.election,这个参数有两个值：

  • true（默认）：允许不同步副本成为leader，由于不同步副本的消息较为滞后，此时成为leader，可能会出现消息不一致的情况。
  • false：不允许不同步副本成为leader，此时如果发生ISR列表为空，会一直等待旧leader恢复，降低了可用性。
副本长时间不在ISR中，这意味着什么？

意味着 follower 不能像 leader 收集数据那样快速地获取数据。

Kafka Producer如何优化写入速度?
  • 增加线程
  • 提高 batch.size
  • 增加更多 producer 实例
  • 增加 partition 数
  • 设置 acks=-1 时，如果延迟增大：可以增大 num.replica.fetchers（follower 同步数据的线程数）来调解；
  • 跨数据中心的传输：增加 socket 缓冲区设置以及 OS tcp 缓冲区设置。
Kafka Producer API的作用是什么？

允许应用程序将记录流发布到一个或多个Kafka主题的API就是我们所说的Producer API。

生产者中，什么情况下会发生 QueueFullException？

每当Kafka生产者试图以代理的身份在当时无法处理的速度发送消息时，通常都会发生QueueFullException。但是，为了协作处理增加的负载，用户需要添加足够的代理，因为生产者不会阻止。

Kafka Producer 写数据，ACK 为 0，1，-1 时分别代表什么？
  • 1（默认） 数据发送到Kafka后，经过leader成功接收消息的的确认，就算是发送成功了。在这种情况下，如果leader宕机了，则会丢失数据。
  • 0 生产者将数据发送出去就不管了，不去等待任何返回。这种情况下数据传输效率最高，但是数据可靠性确是最低的。
  • -1 producer需要等待ISR中的所有follower都确认接收到数据后才算一次发送完成，可靠性最高。
当ack为-1时，什么情况下，Leader 认为一条消息 Commit了？

当ISR中所有Replica都向Leader发送ACK时，leader才commit，这时候producer才能认为一个请求中的消息都commit了。

Kafka Unclean 配置代表什么？会对 spark streaming 消费有什么影响？

unclean.leader.election.enable 为 true 的话，意味着非 ISR 集合的 broker 也可以参与选举，这样有可能就会丢数据，spark streaming在消费过程中拿到的 end offset 会突然变小，导致 spark streaming job 挂掉。如果 unclean.leader.election.enable 参数设置为 true，就有可能发生数据丢失和数据不一致的情况，Kafka 的可靠性就会降低；而如果 unclean.leader.election.enable 参数设置为 false，Kafka 的可用性就会降低。

Kafka 中 Consumer Group 是什么概念？

同样是逻辑上的概念，是Kafka实现单播和广播两种消息模型的手段。同一个topic的数据，会广播给不同的group；同一个group中的worker，只有一个worker能拿到这个数据。换句话说，对于同一个topic，每个group都可以拿到同样的所有数据，但是数据进入group后只能被其中的一个worker消费。group内的worker可以使用多线程或多进程来实现，也可以将进程分散在多台机器上，worker的数量通常不超过partition的数量，且二者最好保持整数倍关系，因为Kafka在设计时假定了一个partition只能被一个worker消费（同一group内）。

Kafka 中的消息是否会丢失和重复消费？

要确定Kafka的消息是否丢失或重复，从两个方面分析入手：消息发送和消息消费。

  • 消息发送 Kafka消息发送有两种方式：同步（sync）和异步（async），默认是同步方式，可通过producer.type属性进行配置。Kafka通过配置request.required.acks属性来确认消息的生产： 综上所述，有6种消息生产的情况，下面分情况来分析消息丢失的场景：
    • acks=0；不和Kafka集群进行消息接收确认，则当网络异常、缓冲区满了等情况时，消息可能丢失；
    • acks=1；同步模式下，只有Leader确认接收成功后但挂掉了，副本没有同步，数据可能丢失；
    • 0 表示不进行消息接收是否成功的确认；
    • 1 表示当Leader接收成功时确认；
    • -1 表示Leader和Follower都接收成功时确认；
  • 消息消费 Kafka消息消费有两个consumer接口，Low-level API和High-level API：
    • Low-level API：消费者自己维护offset等值，可以实现对Kafka的完全控制；
    • High-level API：封装了对parition和offset的管理，使用简单；如果使用高级接口High-level API，可能存在一个问题就是当消息消费者从集群中把消息取出来、并提交了新的消息offset值后，还没来得及消费就挂掉了，那么下次再消费时之前没消费成功的消息就“诡异”的消失了；
  • 解决办法：
    • 针对消息丢失：同步模式下，确认机制设置为-1，即让消息写入Leader和Follower之后再确认消息发送成功；异步模式下，为防止缓冲区满，可以在配置文件设置不限制阻塞超时时间，当缓冲区满时让生产者一直处于阻塞状态；
    • 针对消息重复：将消息的唯一标识保存到外部介质中，每次消费时判断是否处理过即可。
为什么Kafka不支持读写分离？

在 Kafka 中，生产者写入消息、消费者读取消息的操作都是与 leader 副本进行交互的，从 而实现的是一种主写主读的生产消费模型。

Kafka 并不支持主写从读，因为主写从读有 2 个很明 显的缺点:

  • 数据一致性问题。数据从主节点转到从节点必然会有一个延时的时间窗口，这个时间 窗口会导致主从节点之间的数据不一致。某一时刻，在主节点和从节点中 A 数据的值都为 X， 之后将主节点中 A 的值修改为 Y，那么在这个变更通知到从节点之前，应用读取从节点中的 A 数据的值并不为最新的 Y，由此便产生了数据不一致的问题。
  • 延时问题。类似 Redis 这种组件，数据从写入主节点到同步至从节点中的过程需要经 历网络→主节点内存→网络→从节点内存这几个阶段，整个过程会耗费一定的时间。而在 Kafka 中，主从同步会比 Redis 更加耗时，它需要经历网络→主节点内存→主节点磁盘→网络→从节 点内存→从节点磁盘这几个阶段。对延时敏感的应用而言，主写从读的功能并不太适用。
Kafka 中是怎么体现消息顺序性的？

kafka 每个 partition 中的消息在写入时都是有序的，消费时，每个 partition 只能被每一个 group 中的一个消费者消费，保证了消费时也是有序的。整个 topic 不保证有序。如果为了保证 topic 整个有序，那么将 partition 调整为1.

消费者提交消费位移时提交的是当前消费到的最新消息的offset还是offset 1?

offset 1

Kafka 如何实现延迟队列?

Kafka并没有使用JDK自带的Timer或者DelayQueue来实现延迟的功能，而是基于时间轮自定义了一个用于实现延迟功能的定时器（SystemTimer）。JDK的Timer和DelayQueue插入和删除操作的平均时间复杂度为O(nlog(n))，并不能满足Kafka的高性能要求，而基于时间轮可以将插入和删除操作的时间复杂度都降为O(1)。时间轮的应用并非Kafka独有，其应用场景还有很多，在Netty、Akka、Quartz、Zookeeper等组件中都存在时间轮的踪影。

底层使用数组实现，数组中的每个元素可以存放一个TimerTaskList对象。TimerTaskList是一个环形双向链表，在其中的链表项TimerTaskEntry中封装了真正的定时任务TimerTask.

Kafka中到底是怎么推进时间的呢？Kafka中的定时器借助了JDK中的DelayQueue来协助推进时间轮。具体做法是对于每个使用到的TimerTaskList都会加入到DelayQueue中。Kafka中的TimingWheel专门用来执行插入和删除TimerTaskEntry的操作，而DelayQueue专门负责时间推进的任务。再试想一下，DelayQueue中的第一个超时任务列表的expiration为200ms，第二个超时任务为840ms，这里获取DelayQueue的队头只需要O(1)的时间复杂度。如果采用每秒定时推进，那么获取到第一个超时的任务列表时执行的200次推进中有199次属于“空推进”，而获取到第二个超时任务时有需要执行639次“空推进”，这样会无故空耗机器的性能资源，这里采用DelayQueue来辅助以少量空间换时间，从而做到了“精准推进”。Kafka中的定时器真可谓是“知人善用”，用TimingWheel做最擅长的任务添加和删除操作，而用DelayQueue做最擅长的时间推进工作，相辅相成。

消息队列CMQ版 api apache zookeeper kafka

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