头疼的 Kafka 消息重复问题，从根上解决！

一、前言

数据重复这个问题其实也是挺正常，全链路都有可能会导致数据重复。

通常，消息消费时候都会设置一定重试次数来避免网络波动造成的影响，同时带来副作用是可能出现消息重复。

整理下消息重复的几个场景：

1. 生产端：遇到异常，基本解决措施都是重试。

   • 场景一：leader分区不可用了，抛LeaderNotAvailableException异常，等待选出新leader分区。

   • 场景二：Controller所在Broker挂了，抛NotControllerException异常，等待Controller重新选举。

   • 场景三：网络异常、断网、网络分区、丢包等，抛NetworkException异常，等待网络恢复。

2. 消费端：poll一批数据，处理完毕还没提交offset，机子宕机重启了，又会poll上批数据，再度消费就造成了消息重复。

怎么解决？

先来了解下消息的三种投递语义：

• 最多一次（at most once）：消息只发一次，消息可能会丢失，但绝不会被重复发送。例如：mqtt中QoS = 0。

• 至少一次（at least once）：消息至少发一次，消息不会丢失，但有可能被重复发送。例如：mqtt中QoS = 1

• 精确一次（exactly once）：消息精确发一次，消息不会丢失，也不会被重复发送。例如：mqtt中QoS = 2。

了解了这三种语义，再来看如何解决消息重复，即如何实现精准一次，可分为三种方法：

1. Kafka幂等性Producer：保证生产端发送消息幂等。局限性，是只能保证单分区且单会话（重启后就算新会话）

2. Kafka事务：保证生产端发送消息幂等。解决幂等Producer的局限性。

3. 消费端幂等： 保证消费端接收消息幂等。蔸底方案。

1）Kafka幂等性Producer

幂等性指：无论执行多少次同样的运算，结果都是相同的。即一条命令，任意多次执行所产生的影响均与一次执行的影响相同。

幂等性使用示例：在生产端添加对应配置即可

Properties props = new Properties(); props.put("enable.idempotence", ture); // 1. 设置幂等 props.put("acks", "all"); // 2. 当 enable.idempotence 为 true，这里默认为 all props.put("max.in.flight.requests.per.connection", 5); // 3. 注意

1. 设置幂等，启动幂等。

2. 配置acks，注意：一定要设置acks=all，否则会抛异常。

3. 配置max.in.flight.requests.per.connection需要<= 5，否则会抛异常OutOfOrderSequenceException。

   • 0.11 >= Kafka < 1.1,max.in.flight.request.per.connection = 1

   • Kafka >= 1.1,max.in.flight.request.per.connection <= 5

为了更好理解，需要了解下Kafka 幂等机制：

1. Producer每次启动后，会向Broker申请一个全局唯一的pid。（重启后pid会变化，这也是弊端之一）

2. Sequence Numbe：针对每个<Topic, Partition>都对应一个从0开始单调递增的Sequence，同时Broker端会缓存这个seq num

3. 判断是否重复：拿<pid, seq num>去Broker里对应的队列ProducerStateEntry.Queue（默认队列长度为 5）查询是否存在

   • 如果nextSeq == lastSeq + 1，即服务端seq + 1 == 生产传入seq，则接收。

   • 如果nextSeq == 0 && lastSeq == Int.MaxValue，即刚初始化，也接收。

   • 反之，要么重复，要么丢消息，均拒绝。

这种设计针对解决了两个问题：

1. 消息重复：场景Broker保存消息后还没发送ack就宕机了，这时候Producer就会重试，这就造成消息重复。

2. 消息乱序：避免场景，前一条消息发送失败而其后一条发送成功，前一条消息重试后成功，造成的消息乱序。

那什么时候该使用幂等：

1. 如果已经使用acks=all，使用幂等也可以。

2. 如果已经使用acks=0或者acks=1，说明你的系统追求高性能，对数据一致性要求不高。不要使用幂等。

2）Kafka事务

使用Kafka事务解决幂等的弊端：单会话且单分区幂等。

Tips：这块篇幅较长，这先稍微提及下使用，之后另起一篇。

事务使用示例：分为生产端 和 消费端

Properties props = new Properties(); props.put("enable.idempotence", ture); // 1. 设置幂等 props.put("acks", "all"); // 2. 当 enable.idempotence 为 true，这里默认为 all props.put("max.in.flight.requests.per.connection", 5); // 3. 最大等待数 props.put("transactional.id", "my-transactional-id"); // 4. 设定事务 id Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<String, String>(props); // 初始化事务 producer.initTransactions(); try{ // 开始事务 producer.beginTransaction(); // 发送数据 producer.send(new ProducerRecord<String, String>("Topic", "Key", "Value")); // 数据发送及 Offset 发送均成功的情况下，提交事务 producer.commitTransaction(); } catch (ProducerFencedException | OutOfOrderSequenceException | AuthorizationException e) { // 数据发送或者 Offset 发送出现异常时，终止事务 producer.abortTransaction(); } finally { // 关闭 Producer 和 Consumer producer.close(); consumer.close(); }

这里消费端Consumer需要设置下配置：isolation.level参数

• read_uncommitted：这是默认值，表明Consumer能够读取到Kafka写入的任何消息，不论事务型Producer提交事务还是终止事务，其写入的消息都可以读取。如果你用了事务型Producer，那么对应的Consumer就不要使用这个值。

• read_committed：表明Consumer只会读取事务型Producer成功提交事务写入的消息。当然了，它也能看到非事务型Producer写入的所有消息。

3）消费端幂等

“如何解决消息重复？” 这个问题，其实换一种说法：就是如何解决消费端幂等性问题。

只要消费端具备了幂等性，那么重复消费消息的问题也就解决了。

典型的方案是使用：消息表，来去重：

• 上述栗子中，消费端拉取到一条消息后，开启事务，将消息Id新增到本地消息表中，同时更新订单信息。

• 如果消息重复，则新增操作insert会异常，同时触发事务回滚。

二、案例：Kafka 幂等性 Producer 使用

环境搭建可参考：https://developer.confluent.io/tutorials/message-ordering/kafka.html#view-all-records-in-the-topic

准备工作如下：

1、Zookeeper：本地使用Docker启动

$ docker run -d --name zookeeper -p 2181:2181 zookeeper a86dff3689b68f6af7eb3da5a21c2dba06e9623f3c961154a8bbbe3e9991dea4

2、Kafka：版本2.7.1，源码编译启动（看上文源码搭建启动）

3、启动生产者：Kafka源码中exmaple中

4、启动消息者：可以用Kafka提供的脚本

# 举个栗子：topic 需要自己去修改 $ cd ./kafka-2.7.1-src/bin $ ./kafka-console-producer.sh --broker-list localhost:9092 --topic test_topic

创建topic：1副本，2 分区

$ ./kafka-topics.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic myTopic --create --replication-factor 1 --partitions 2 # 查看 $ ./kafka-topics.sh --bootstrap-server broker:9092 --topic myTopic --describe

生产者代码：

public class KafkaProducerApplication { private final Producer<String, String> producer; final String outTopic; public KafkaProducerApplication(final Producer<String, String> producer, final String topic) { this.producer = producer; outTopic = topic; } public void produce(final String message) { final String[] parts = message.split("-"); final String key, value; if (parts.length > 1) { key = parts[0]; value = parts[1]; } else { key = null; value = parts[0]; } final ProducerRecord<String, String> producerRecord = new ProducerRecord<>(outTopic, key, value); producer.send(producerRecord, (recordMetadata, e) -> { if(e != null) { e.printStackTrace(); } else { System.out.println("key/value " + key + "/" + value + "\twritten to topic[partition] " + recordMetadata.topic() + "[" + recordMetadata.partition() + "] at offset " + recordMetadata.offset()); } } ); } public void shutdown() { producer.close(); } public static void main(String[] args) { final Properties props = new Properties(); props.put(ProducerConfig.ENABLE_IDEMPOTENCE_CONFIG, "true"); props.put(ProducerConfig.ACKS_CONFIG, "all"); props.put(ProducerConfig.CLIENT_ID_CONFIG, "myApp"); props.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class); props.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class); final String topic = "myTopic"; final Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props); final KafkaProducerApplication producerApp = new KafkaProducerApplication(producer, topic); String filePath = "/home/donald/Documents/Code/Source/kafka-2.7.1-src/examples/src/main/java/kafka/examples/input.txt"; try { List<String> linesToProduce = Files.readAllLines(Paths.get(filePath)); linesToProduce.stream().filter(l -> !l.trim().isEmpty()) .forEach(producerApp::produce); System.out.println("Offsets and timestamps committed in batch from " + filePath); } catch (IOException e) { System.err.printf("Error reading file %s due to %s %n", filePath, e); } finally { producerApp.shutdown(); } } }

启动生产者后，控制台输出如下：

启动消费者：

$ ./kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic myTopic

修改配置 acks

启用幂等的情况下，调整acks配置，生产者启动后结果是怎样的：

• 修改配置acks = 1

• 修改配置acks = 0

会直接报错：

Exception in thread "main" org.apache.kafka.common.config.ConfigException: Must set acks to all in order to use the idempotent producer. Otherwise we cannot guarantee idempotence.

修改配置 max.in.flight.requests.per.connection

启用幂等的情况下，调整此配置，结果是怎样的：

将max.in.flight.requests.per.connection > 5会怎样？

当然会报错：

Caused by: org.apache.kafka.common.config.ConfigException: Must set max.in.flight.requests.per.connection to at most 5 to use the idempotent producer.