Kafka 重平衡机制

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当集群中有新成员加入，或者某些主题增长了分区以后，消费者是怎么进行从新分配消费的？这里就涉及到重平衡（Rebalance）的概念，下面我就给你们讲解一下什么是 Kafka 重平衡机制，我尽可能作到图文并茂通俗易懂。

重平衡的做用

重平衡跟消费组紧密相关，它保证了消费组成员分配分区能够作到公平分配，也是消费组模型的实现，消费组模型以下：

从图中能够找到消费组模型的几个概念：

1. 同一个消费组，一个分区只能被一个消费者订阅消费，但一个消费者可订阅多个分区，也便是每条消息只会被同一个消费组的某一个消费者消费，确保不会被重复消费；
2. 一个分区可被不一样消费组订阅，这里有种特殊状况，加入每一个消费组只有一个消费者，这样分区就会广播到全部消费者上，实现广播模式消费。

要想实现以上消费组模型，那么就要实现当外部环境变化时，好比主题新增了分区，消费组有新成员加入等状况，实现动态调整以维持以上模型，那么这个工做就会交给 Kafka 重平衡机制去处理。

Kafka与RocketMQ的重平衡区别

Kafka 重平衡机制的一些实现相比 RocketMQ 仍是有些区别的，但最终的目的仍是都是同样，就是保证分区（RocketMQ 是队列）公平分配且只能被一个消费者订阅（同一个消费组）。

Kafka 重平衡：

从图中可看出，Kafka 重平衡是外部触发致使的，触发 Kafka 重平衡的有如下几种状况：

1. 消费组成员发生变动，有新消费者加入或者离开，或者有消费者崩溃；
2. 消费组订阅的主题数量发生变动；
3. 消费组订阅的分区数发生变动。

每一个消费者都会跟 Coordinator 保持心跳，当以上状况发生时，心跳响应就会包含 REBALANCE_IN_PROGRESS 命令，消费者中止消费，加入到重平衡事件当中。

RocketMQ重平衡：

RocketMQ 消费者启动时，会开启两条线程，一条线程执行拉取消息任务，另外一条线程者则定时执行重平衡任务，从图中可看出拉取消息线程会从 pullRequestQueue 中取出拉取任务，pullRequestQueue 是一个阻塞队列，意味着当 pullRequestQueue 队列中元素为空时，会一直阻塞，直到有新的拉取任务，那么若是添加新的任务到阻塞队列中去呢？这时 RocketMQ 的重平衡做用就来了，它会每隔 20s 从任意一个 Broker 节点获取消费组的消费 ID 以及订阅信息，再根据这些订阅信息进行分配，而后将分配到的信息封装成 pullRequest 对象 pull 到 pullRequestQueue 队列中，拉取线程唤醒后执行拉取任务。

重平衡所涉及的参数

在消费者启动时，某些参数会影响重平衡机制的发生，因此须要根据业务的属性，对这些参数进行调优，不然可能会由于设置不当致使频繁重平衡，严重影响消费速度，下面跟你们说说这几个参数的一些要点：

• session.timeout.ms

该参数是 Coordinator 检测消费者失败的时间，即在这段时间内客户端是否跟 Coordinator 保持心跳，若是该参数设置数值小，能够更早发现消费者崩溃的信息，从而更快地开启重平衡，避免消费滞后，可是这也会致使频繁重平衡，这要根据实际业务来衡量。

• max.poll.interval.ms

消费者处理消息逻辑的最大时间，对于某些业务来讲，处理消息可能须要很长时间，好比须要 1分钟，那么该参数就须要设置成大于 1分钟的值，不然就会被 Coordinator 剔除消息组而后重平衡。

• heartbeat.interval.ms

该参数跟 session.timeout.ms 紧密关联，前面也说过，只要在 session.timeout.ms 时间内与 Coordinator 保持心跳，就不会被 Coordinator 剔除，那么心跳间隔的时间就是 session.timeout.ms，所以，该参数值必须小于 session.timeout.ms，以保持 session.timeout.ms 时间内有心跳。

下面我用图来形象表达这三个参数的含义：

重平衡流程

在新版本中，消费组的协调管理已经依赖于 Broker 端某个节点，该节点便是该消费组的 Coordinator， 而且每一个消费组有且只有一个 Coordinator，它负责消费组内全部的事务协调，其中包括分区分配，重平衡触发，消费者离开与剔除等等，整个消费组都会被 Coordinator 管控着，在每一个过程当中，消费组都有一个状态，Kafka 为消费组定义了 5 个状态，以下：

1. Empty：消费组没有一个活跃的消费者；
2. PreparingRebalance：消费组准备进行重平衡，此时的消费组可能已经接受了部分消费者加入组请求；
3. AwaitingSync：所有消费者都已经加入组而且正在进行重平衡，各个消费者等待 Broker 分配分区方案；
4. Stable：分区方案已经所有发送给消费者，消费者已经在正常消费；
5. Dead：该消费组被 Coordinator 完全废弃。

能够看出，重平衡发生在 PreparingRebalance 和 AwaitingSync 状态机中，重平衡主要包括如下两个步骤：

1. 加入组（JoinGroup）：当消费者心跳包响应 REBALANCE_IN_PROGRESS 时，说明消费组正在重平衡，此时消费者会中止消费，而且发送请求加入消费组；
2. 同步更新分配方案：当 Coordinator 收到全部组内成员的加入组请求后，会选出一个consumer Leader，而后让consumer Leader进行分配，分配完后会将分配方案放入SyncGroup请求中发送会Coordinator，Coordinator根据分配方案发送给每一个消费者。

重平衡场景举例

根据重平衡触发的条件，重平衡的工做流程大概有如下几种类型：

有新的成员加入消费组：

消费组成员崩溃

消费组成员主动离开

消费组成员提交位移时

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