使用librdkafka構建高可靠性分散式消息系統

一、介紹

librdkafka是一個高性能的，開源的分散式消息系統。它由C語言編寫，支持多種消息協議，並能夠滿足高並發、高可靠性等需求。在本篇文章中，我們將從以下幾個方面詳細闡述librdkafka：

librdkafka的基本概念與實現原理
使用librdkafka構建消息生產者
使用librdkafka構建消息消費者
使用librdkafka實現事務消息
使用librdkafka進行高並發消息處理

二、librdkafka的基本概念與實現原理

在深入理解librdkafka的實現原理之前，我們需要了解幾個基本概念：

broker：Kafka集群中的一台或者多台伺服器
topic：消息的分類，一個topic由多個partition組成
partition：物理上的概念，一個topic可以被分成多個partition，每個partition是一個有序的隊列
producer：生產消息的客戶端應用程序
consumer：消費消息的客戶端應用程序
consumer group：多個consumer的集合，用於彼此協同消費topic的消息

在實現原理上，librdkafka使用了以下幾種技術：

非同步IO：所有的I/O操作都是非同步完成的，從而保證了高性能
零拷貝技術：避免了數據在內存之間的複製，從而提高了效率
批處理機制：將多個小的請求批量發送到broker，減小網路負載，提高吞吐量

三、使用librdkafka構建消息生產者

在使用librdkafka構建消息生產者之前，需要安裝librdkafka並鏈接相關的庫文件。

#include <librdkafka/rdkafka.h>

int main() {
    rd_kafka_t *rk; // Kafka client instance handler
    char errstr[512]; /* librdkafka API errors */
    char buf[256];

    /* Kafka configuration */
    rd_kafka_conf_t *conf = rd_kafka_conf_new();
    rd_kafka_conf_set(conf, "bootstrap.servers", "localhost:9092", NULL, 0);

    /* Create Kafka producer instance */
    rk = rd_kafka_new(RD_KAFKA_PRODUCER, conf, errstr, sizeof(errstr));
    if (!rk) {
        fprintf(stderr, "%% Failed to create new producer: %s\n", errstr);
        return 1;
    }

    /* Create topic */
    rd_kafka_topic_t *rkt;
    rkt = rd_kafka_topic_new(rk, "test", NULL);

    /* Produce message */
    sprintf(buf, "Message %d", 1);
    rd_kafka_produce(rkt, RD_PARTITION_UA, RD_MSG_FREE, buf, strlen(buf), NULL, 0, NULL);

    /* Wait for any outstanding messages to be delivered and delivery reports
    to be received. The numbers reflect the timeout in milliseconds. */
    rd_kafka_flush(rk, 1000);

    /* Release topic and producer */
    rd_kafka_topic_destroy(rkt);
    rd_kafka_destroy(rk);
    return 0;
}

上述代碼演示了如何使用librdkafka創建一個消息生產者並發送一條消息。其中，「bootstrap.servers」指定的是Kafka broker的地址和埠。rd_kafka_new用來創建一個Kafka client實例，該實例可以作為生產者或消費者。rd_kafka_topic_new用來創建一個topic，以便生產者將消息發送到相應的topic。

四、使用librdkafka構建消息消費者

在使用librdkafka構建消息消費者之前，需要安裝librdkafka並鏈接相關的庫文件。

#include <librdkafka/rdkafka.h>

int main() {
    rd_kafka_t *rk; // Kafka client instance handler
    char errstr[512]; /* librdkafka API errors */
    char buf[256];

    /* Kafka configuration */
    rd_kafka_conf_t *conf = rd_kafka_conf_new();
    rd_kafka_conf_set(conf, "bootstrap.servers", "localhost:9092", NULL, 0);

    /* Create Kafka consumer instance */
    rk = rd_kafka_new(RD_KAFKA_CONSUMER, conf, errstr, sizeof(errstr));
    if (!rk) {
        fprintf(stderr, "%% Failed to create new consumer: %s\n", errstr);
        return 1;
    }

    /* Subscribe to topic */
    rd_kafka_topic_partition_list_t *topics;
    topics = rd_kafka_topic_partition_list_new(1);
    rd_kafka_topic_partition_list_add(topics, "test", RD_PARTITION_UA);

    rd_kafka_subscribe(rk, topics);

    /* Receive message */
    rd_kafka_message_t *rkmessage;
    rkmessage = rd_kafka_consumer_poll(rk, 1000);
    if (rkmessage) {
      printf("Received message: %.*s\n", rkmessage->len, rkmessage->payload);
      rd_kafka_message_destroy(rkmessage);
    }

    /* Release subscription and consumer */
    rd_kafka_unsubscribe(rk);
    rd_kafka_topic_partition_list_destroy(topics);
    rd_kafka_destroy(rk);
    return 0;
}

上述代碼演示了如何使用librdkafka創建一個消息消費者並接收一條消息。rd_kafka_new和rd_kafka_topic_partition_list_new的前兩個參數均為RD_KAFKA_CONSUMER，以創建一個消費者client。rd_kafka_subscribe用來訂閱一個或者多個topic，以接收該topic的消息。

五、使用librdkafka實現事務消息

在Kafka中，事務消息指的是一組消息的原子性提交。如果一條消息失敗，則整個事務將被回滾，而不是像非事務消息一樣被丟棄。事務消息往往用於在消息發布者和處理者之間確保數據的完整性。

#include <librdkafka/rdkafka.h>

int main() {

    rd_kafka_t *rk; // Kafka client instance handler
    char errstr[512]; /* librdkafka API errors */
    char buf[256];

    /* Kafka configuration */
    rd_kafka_conf_t *conf = rd_kafka_conf_new();
    rd_kafka_conf_set(conf, "bootstrap.servers", "localhost:9092", NULL, 0);

    /* Create Kafka producer instance */
    rk = rd_kafka_new(RD_KAFKA_PRODUCER, conf, errstr, sizeof(errstr));
    if (!rk) {
        fprintf(stderr, "%% Failed to create new producer: %s\n", errstr);
        return 1;
    }

    /* Start transaction */
    rd_kafka_txn_begin(rk, NULL, 5000);

    /* Create topic */
    rd_kafka_topic_t *rkt;
    rkt = rd_kafka_topic_new(rk, "test", NULL);

    /* Produce messages */
    rd_kafka_header_t *hdr = rd_kafka_header_new(NULL, 0);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        sprintf(buf, "Message %d", i);
        rd_kafka_produce(rkt, RD_PARTITION_UA, RD_MSG_FREE, buf, strlen(buf), NULL, 0, hdr);
    }

    /* Commit transaction */
    rd_kafka_txn_commit(rk, 5000);

    /* Release topic and producer */
    rd_kafka_topic_destroy(rkt);
    rd_kafka_destroy(rk);
    return 0;
}

上述代碼演示了如何使用librdkafka實現事務消息。首先，我們需要通過rd_kafka_txn_begin啟動一個事務。之後在生產者對象上發送一批消息。當所有消息都準備好時，在使用rd_kafka_txn_commit提交事務。如果任何一條消息發送失敗或者提交失敗，則整個事務將被回滾。

六、使用librdkafka進行高並發消息處理

在現實應用中，很多情況下需要面對高並發的消息處理。為了提高效率，我們可以使用librdkafka的批處理機制。該機制將多個小的請求批量發送到broker，從而減小網路負載，提高吞吐量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <librdkafka/rdkafka.h>

#define THREAD_MAX 10
#define MSG_SIZE 1000

struct producer_thread_arg {
    rd_kafka_t *rk;
    int id;
};

void *produce_message(void *arg) {
    struct producer_thread_arg *thread_arg = (struct producer_thread_arg *)arg;
    rd_kafka_t *rk = thread_arg->rk;
    int id = thread_arg->id;

    char message[MSG_SIZE];
    memset(message, 0, MSG_SIZE);

    int i;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        sprintf(message, "Thread %d message %d", id, i);
        rd_kafka_produce(rk, RD_PARTITION_UA, RD_MSG_FREE, message, strlen(message), NULL, 0, NULL);
    }

    return NULL;
}

int main() {
    rd_kafka_t *rk; // Kafka client instance handler
    char errstr[512]; /* librdkafka API errors */
    char buf[256];

    /* Kafka configuration */
    rd_kafka_conf_t *conf = rd_kafka_conf_new();
    rd_kafka_conf_set(conf,"bootstrap.servers", "localhost:9092", NULL, 0);

    /* Create Kafka producer instance */
    rk = rd_kafka_new(RD_KAFKA_PRODUCER, conf, errstr, sizeof(errstr));
    if (!rk) {
        fprintf(stderr, "%% Failed to create new producer: %s\n", errstr);
        return 1;
    }

    /* Create threads */
    pthread_t threads[THREAD_MAX];
    struct producer_thread_arg thread_args[THREAD_MAX];
    int i;
    for (i = 0; i < THREAD_MAX; i++) {
        thread_args[i].rk = rk;
        thread_args[i].id = i+1;
        pthread_create(&threads[i], NULL, produce_message, &thread_args[i]);
    }

    /* Wait for threads to complete */
    for (i = 0; i < THREAD_MAX; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    /* Wait for any outstanding messages to be delivered and delivery reports
    to be received. The numbers reflect the timeout in milliseconds. */
    rd_kafka_flush(rk, 1000);

    /* Release topic and producer */
    rd_kafka_destroy(rk);
    return 0;
}

上述代碼演示了如何在多線程環境中使用librdkafka實現高並發消息處理。我們首先創建一個生產者實例rk，該實例可以被多個線程共享。然後我們創建多個線程，並在每個線程中發送消息。最後，我們等待所有線程完成並調用rd_kafka_flush保證所有消息都被成功發送。

原創文章，作者：小藍，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/180418.html