Apache Kafka（八）- Kafka Delivery Semantics for Consumers

Kafka Delivery Semantics

在Kafka Consumer中，有3种delivery semantics，分别为：至多一次（at most once）、至少一次（at least once）、以及准确一次（exactly once），下面我们分别介绍这3种Delivery 语义。

1. At Most Once

在message batch在被consumer接收后，立即commit offsets。此时若是在消息处理逻辑中出现异常，则未被处理的消息会丢失（不会再次被读取）。

此场景一个例子如下图：

 

此例流程如下：

1. Consumer读一个batch的消息
2. 在接收到消息后，Consumer commits offsets
3. Consumer 处理数据，例如发送邮件，但是此时一个batch中的最后两条消息由于consumer异常宕机而未被正常处理
4. Consumer 重启并重新开始读数据。但是此时由于已经committed offset，所以consumer会在最新的offset处读一个batch的消息，之前上一个batch中由于异常而未被处理的消息会丢失

所以at most once 会有丢失数据的风险，但若是应用可以承受丢失数据的风险，则可以使用此方式。

2. At Least Once

在消息被consumer接收并处理后，offsets才被 commit。若是在消息处理时发生异常，则消息会被重新消费。也就是说，会导致消息被重复处理。

At Least Once 是默认使用的语义，在这种情况下，需要保证应用是idempotent 类型（处理重复的消息不会对应用产生影响）。

此场景一个例子如下：

 

此示例流程如下：

1. Consumer 读一个batch的消息
2. 在接收到消息并正常处理
3. 在consumer 正常处理消息完毕后，commits offset
4. 继续读并处理下一个batch 的消息。若是在此过程中发生异常（例如consumer 重启），则consumer会从最近的 offset 开始读一个batch的消息并处理。所以此时会导致有重复消息被处理（此例中为4263、4264、4265）

3. Exactly once

此语义较难实现，在kafka中仅能在Kafka => Kafka的工作流中，通过使用Kafka Stream API 实现。对于Kafka => Sink 的工作流，请使用 idempotent consumer。

对于大部分应用程序，我们应使用at least once processing，并确保consumer端的transformation/processing 是idempotent类型。

4. 构建 idempotent consumer

一个idempotent consumer可以在处理重复消息时，不影响整个应用的逻辑。在ElasticSearch 中，通过一个_id 字段唯一识别一条消息。所以在这个场景下，为了实现idempotent consumer，我们需要对同样_id字段的消息做同样的处理。

之前给出的Elastic Search Consumer的例子中，每条消息的 _id 都是默认随机生成的，也就是说：若是处理之前重复的消息，生成的id也是一条新的随机_id，此行为不符合一个idempotent consumer。对此，我们可以自定义一个­_id 模式，修改代码如下：

// poll for new data
while(true){
    ConsumerRecords<String, String> records =
            consumer.poll(Duration.ofMinutes(100));

    for(ConsumerRecord record : records) {

        // construct a kafka generic ID
        String kafka_generic_id = record.topic() + "_" + record.partition() + "_" + record.offset();

        // where we insert data into ElasticSearch
        IndexRequest indexRequest = new IndexRequest(
                "kafkademo"
        ).id(kafka_generic_id).source(record.value(), XContentType.JSON);

        IndexResponse indexResponse = client.index(indexRequest, RequestOptions.DEFAULT);
        String id = indexResponse.getId();

        logger.info(id);

        try {
            Thread.sleep(1000); // introduce a small delay
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    }

打印出id结果为：

 

可以看到新的 id 由 kafka topic + partition + offset 这3 部分组成，可以唯一定位一个 record。所以即使重复处理一条record，它发往 ElasticSearch 的 id 也是一样的（即处理逻辑一样）。在这个场景下，即为一个imdepotent consumer。