使用Kafka構(gòu)建實(shí)時(shí)音樂排行榜系統(tǒng)，你學(xué)會了嗎？
初識Kafka：你的現(xiàn)場DJ
Apache Kafka是一個(gè)開源的流處理平臺，可用于處理和分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。就像一位DJ，Apache Kafka在數(shù)據(jù)的洪流之間表現(xiàn)出了無與倫比的調(diào)度能力。它可以從各種來源接收大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如跟蹤用戶的在線活動，或者諸如音頻流的持續(xù)數(shù)據(jù)流，然后將這些數(shù)據(jù)正確分發(fā)到等待處理的程序。
Apache Kafka的核心構(gòu)件包括Producer（生產(chǎn)者）, Consumer（消費(fèi)者）, Broker（代理）和 Topic（主題）。Producer負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，Consumer從Kafka拉取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所有的讀寫操作都通過Broker進(jìn)行調(diào)度，并以Topic作為數(shù)據(jù)的分類依據(jù)。
在音樂界的Kafka：強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理引擎
在音樂界，Apache Kafka可以實(shí)現(xiàn)榜單的實(shí)時(shí)更新，對聽眾的偏好進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，甚至還可以跟蹤和分析一首歌的流行度。所有這些都依賴于Kafka高效、可靠和可擴(kuò)展的流處理能力。
以普通的音樂播放器為例，當(dāng)用戶點(diǎn)擊播放鍵時(shí)，播放器可以將這個(gè)行為作為一個(gè)事件發(fā)送到Kafka，其他正在監(jiān)聽這個(gè)類型事件的應(yīng)用程序，如排行榜生成器，可以實(shí)時(shí)接收到這個(gè)消息并更新榜單。
創(chuàng)建實(shí)時(shí)音樂排行榜：Kafka的應(yīng)用實(shí)例
首先，生成一條播放歌曲的事件，并發(fā)送到Kafka，這個(gè)過程是由Producer來完成的。每當(dāng)用戶點(diǎn)擊播放一首歌曲時(shí)，前端網(wǎng)頁或APP就會生成一條播放歌曲的事件，然后調(diào)用后臺服務(wù)的API，將這個(gè)事件發(fā)送給后臺服務(wù)。后臺服務(wù)接收到這個(gè)事件后，將其轉(zhuǎn)化為Kafka所需要的格式，然后調(diào)用Kafka Producer API，將這條事件發(fā)送到Kafka。這個(gè)過程可能需要幾十毫秒到幾百毫秒，取決于網(wǎng)絡(luò)速度、代碼效率等因素。
然后，Kafka會接收到這條事件，并將其寫入存儲在硬盤上的日志文件，這個(gè)過程通常非常快，只需要幾毫秒。同時(shí)，Kafka會將這個(gè)事件復(fù)制到其他的Broker上，以提高數(shù)據(jù)的可靠性。
接下來，排行榜程序作為Kafka的Consumer，會周期性地讀取Kafka的數(shù)據(jù)。排行榜程序可以設(shè)置自己的讀取速度，例如每秒讀取一次，或者每收到10條新的事件就讀取一次等。每次讀取，它都會得到一批新的播放歌曲的事件。然后，排行榜程序會把這批新的事件傳遞給排行榜算法，由算法根據(jù)這批事件來更新排行榜的狀態(tài)。
下面是一個(gè)使用Java Kafka客戶端API的例子：
生產(chǎn)者發(fā)送播放音樂的事件
import org.apache.kafka.clients.producer.*;
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "localhost:9092");
props.put("key.serializer","org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);
try {
for(int i = 0; i < 100; i++)
producer.send(new ProducerRecord<String, String>("my-topic", Integer.toString(i), Integer.toString(i)));
}
catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
finally {
producer.close();
}消費(fèi)者訂閱并處理播放音樂的事件
import org.apache.kafka.clients.consumer.*;
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "localhost:9092");
props.put("group.id", "test");
props.put("enable.auto.commit", "true");
props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
consumer.subscribe(Arrays.asList("my-topic"));
while (true) {
ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(100);
for (ConsumerRecord<String, String> record : records)
System.out.printf("offset = %d, key = %s, value = %s%n", record.offset(), record.key(), record.value());
}同時(shí)，這個(gè)消費(fèi)者還具有處理數(shù)據(jù)的職責(zé)。通常，我們會使用Multi-Threaded Processing或使用Kafka Streams庫來處理大量的并發(fā)數(shù)據(jù)。
圖片
常遇到的問題和解決辦法：Kafka的最佳實(shí)踐
在實(shí)際使用Kafka時(shí)，我們可能會遇到各種問題。以下是一些最普遍的問題以及解決方案的代碼示例。
數(shù)據(jù)延遲：數(shù)據(jù)延遲可能是由許多因素引起的，包括網(wǎng)絡(luò)延遲、Kafka系統(tǒng)負(fù)載、消息生產(chǎn)者寫入的速度、同時(shí)處理的消費(fèi)者的數(shù)量，還有Kafka的內(nèi)部過程延遲等。
使用Kafka Streams進(jìn)行流處理是一種優(yōu)化數(shù)據(jù)延遲的方式。Kafka Streams API允許你在生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間建立流處理管道，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)”處理：
import org.apache.kafka.streams.*;
import org.apache.kafka.streams.kstream.*;
stream = new StreamsBuilder()
.stream("my-input-topic", Consumed.with(Serdes.String(), Serdes.String()))
.mapValues(value -> String.valueOf(value.length())) // Transform the values into their length.
.to("my-output-topic", Produced.with(Serdes.String(), Serdes.String())); // Write back to Kafka.
// Now run the Streams pipeline:
KafkaStreams streams = new KafkaStreams(builder.build(), props);
streams.start();以上代碼示例展示了如何運(yùn)用mapValues操作在Kafka Streams中將值轉(zhuǎn)換為它們的長度。通過創(chuàng)建一系列的流操作，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，從而最小化延遲。
數(shù)據(jù)丟失：Kafka消息可能因?yàn)楦鞣N刪去丟失，如網(wǎng)絡(luò)問題，系統(tǒng)崩潰或Kafka內(nèi)部錯(cuò)誤等。
為防止消息丟失，你可以設(shè)置生產(chǎn)者的acks參數(shù)為all，這樣生產(chǎn)者會等待所有副本節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答。這種方式可以最大限度的防止數(shù)據(jù)丟失：
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "localhost:9092");
props.put("acks", "all"); // Wait for acknowledgments from all replicas
props.put("retries", 0); // If set to greater than zero the client will resend any record.
Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);在消費(fèi)者側(cè)，為防止數(shù)據(jù)丟失，你應(yīng)該定期提交偏移量，并且在程序啟動時(shí)從最近提交的偏移量開始消費(fèi)，這可以防止重復(fù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)丟失：
Properties props = new Properties();
props.put("bootstrap.servers", "localhost:9092");
props.put("group.id", "group1");
props.put("enable.auto.commit", "false");
KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
while (true) {
ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
// process record
}
consumer.commitSync(); // manually commit the offset
}以上代碼展示了禁用自動提交偏移量，并在處理完記錄后手動提交偏移量。
本文介紹了Apache Kafka的基礎(chǔ)用法，并通過音樂排行榜實(shí)例展示其應(yīng)用。同時(shí)，討論了如何應(yīng)對使用中的數(shù)據(jù)延遲與丟失問題并給出了解決方案。
