Flink Kafka source神操作之Flink Kafka connector

引言

Flink 提供了专门的 Kafka 连接器，向 Kafka topic 中读取或者写入数据。Flink Kafka Consumer 集成了 Flink 的 Checkpoint 机制，可提供 exactly-once 的处理语义。为此，Flink 并不完全依赖于跟踪 Kafka 消费组的偏移量，而是在内部跟踪和检查偏移量。

当我们在使用Spark Streaming、Flink等计算框架进行数据实时处理时，使用Kafka作为一款发布与订阅的消息系统成为了标配。Spark Streaming与Flink都提供了相对应的Kafka Consumer，使用起来非常的方便，只需要设置一下Kafka的参数，然后添加kafka的source就万事大吉了。如果你真的觉得事情就是如此的so easy，感觉妈妈再也不用担心你的学习了，那就真的是too young too simple sometimes naive了。本文以Flink 的Kafka Source为讨论对象，首先从基本的使用入手，然后深入源码逐一剖析，一并为你拨开Flink Kafka connector的神秘面纱。

值得注意的是，本文假定读者具备了Kafka的相关知识，关于Kafka的相关细节问题，不在本文的讨论范围之内。

Flink Kafka Consumer介绍

Flink Kafka Connector有很多个版本，可以根据你的kafka和Flink的版本选择相应的包（maven artifact id）和类名。本文所涉及的Flink版本为1.10，Kafka的版本为2.3.4。Flink所提供的Maven依赖于类名如下表所示：

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Demo示例

添加Maven依赖

<!--本文使用的是通用型的connector-->
<dependency>
  <groupId>org.apache.flink</groupId>
  <artifactId>flink-connector-kafka_2.11</artifactId>
  <version>1.10.0</version>
</dependency>

简单代码案例

public class KafkaConnector {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        StreamExecutionEnvironment senv = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        // 开启checkpoint，时间间隔为毫秒
        senv.enableCheckpointing(5000L);
        // 选择状态后端
        senv.setStateBackend((StateBackend) new FsStateBackend("file:///E://checkpoint"));
        //senv.setStateBackend((StateBackend) new FsStateBackend("hdfs://kms-1:8020/checkpoint"));
        Properties props = new Properties();
        // kafka broker地址
        props.put("bootstrap.servers", "kms-2:9092,kms-3:9092,kms-4:9092");
        // 仅kafka0.8版本需要配置
        props.put("zookeeper.connect", "kms-2:2181,kms-3:2181,kms-4:2181");
        // 消费者组
        props.put("group.id", "test");
        // 自动偏移量提交
        props.put("enable.auto.commit", true);
        // 偏移量提交的时间间隔，毫秒
        props.put("auto.commit.interval.ms", 5000);
        // kafka 消息的key序列化器
        props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
        // kafka 消息的value序列化器
        props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
        // 指定kafka的消费者从哪里开始消费数据
        // 共有三种方式，
        // #earliest
        // 当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；
        // 无提交的offset时，从头开始消费
        // #latest
        // 当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；
        // 无提交的offset时，消费新产生的该分区下的数据
        // #none
        // topic各分区都存在已提交的offset时，
        // 从offset后开始消费；
        // 只要有一个分区不存在已提交的offset，则抛出异常
        props.put("auto.offset.reset", "latest");
        FlinkKafkaConsumer<String> consumer = new FlinkKafkaConsumer<>(
                "qfbap_ods.code_city",
                new SimpleStringSchema(),
                props);
        //设置checkpoint后在提交offset，即oncheckpoint模式
        // 该值默认为true，
        consumer.setCommitOffsetsOnCheckpoints(true);

        // 最早的数据开始消费
        // 该模式下，Kafka 中的 committed offset 将被忽略，不会用作起始位置。
        //consumer.setStartFromEarliest();

        // 消费者组最近一次提交的偏移量，默认。
        // 如果找不到分区的偏移量，那么将会使用配置中的 auto.offset.reset 设置
        //consumer.setStartFromGroupOffsets();

        // 最新的数据开始消费
        // 该模式下，Kafka 中的 committed offset 将被忽略，不会用作起始位置。
        //consumer.setStartFromLatest();

        // 指定具体的偏移量时间戳,毫秒
        // 对于每个分区，其时间戳大于或等于指定时间戳的记录将用作起始位置。
        // 如果一个分区的最新记录早于指定的时间戳，则只从最新记录读取该分区数据。
        // 在这种模式下，Kafka 中的已提交 offset 将被忽略，不会用作起始位置。
        //consumer.setStartFromTimestamp(1585047859000L);

        // 为每个分区指定偏移量
        /*Map<KafkaTopicPartition, Long> specificStartOffsets = new HashMap<>();
        specificStartOffsets.put(new KafkaTopicPartition("qfbap_ods.code_city", 0), 23L);
        specificStartOffsets.put(new KafkaTopicPartition("qfbap_ods.code_city", 1), 31L);
        specificStartOffsets.put(new KafkaTopicPartition("qfbap_ods.code_city", 2), 43L);
        consumer1.setStartFromSpecificOffsets(specificStartOffsets);*/
        /**
         *
         * 请注意：当 Job 从故障中自动恢复或使用 savepoint 手动恢复时，
         * 这些起始位置配置方法不会影响消费的起始位置。
         * 在恢复时，每个 Kafka 分区的起始位置由存储在 savepoint 或 checkpoint 中的 offset 确定
         *
         */

        DataStreamSource<String> source = senv.addSource(consumer);
        // TODO
        source.print();
        senv.execute("test kafka connector");
    }
}

参数配置解读

在Demo示例中，给出了详细的配置信息，下面将对上面的参数配置进行逐一分析。

kakfa的properties参数配置

bootstrap.servers：kafka broker地址
zookeeper.connect：仅kafka0.8版本需要配置
group.id：消费者组
enable.auto.commit：自动偏移量提交，该值的配置不是最终的偏移量提交模式，需要考虑用户是否开启了checkpoint，在下面的源码分析中会进行解读
auto.commit.interval.ms：偏移量提交的时间间隔，毫秒
key.deserializer：kafka 消息的key序列化器，如果不指定会使用ByteArrayDeserializer序列化器
value.deserializer：

kafka 消息的value序列化器，如果不指定会使用ByteArrayDeserializer序列化器

auto.offset.reset：指定kafka的消费者从哪里开始消费数据，共有三种方式，
第一种：earliest
当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，从头开始消费
第二种：latest
当各分区下有已提交的offset时，从提交的offset开始消费；无提交的offset时，消费新产生的该分区下的数据
第三种：none
topic各分区都存在已提交的offset时，从offset后开始消费；只要有一个分区不存在已提交的offset，则抛出异常注意：上面的指定消费模式并不是最终的消费模式，取决于用户在Flink程序中配置的消费模式

Flink程序用户配置的参数

consumer.setCommitOffsetsOnCheckpoints(true)

解释：设置checkpoint后在提交offset，即oncheckpoint模式，该值默认为true，该参数会影响偏移量的提交方式，下面的源码中会进行分析

consumer.setStartFromEarliest()解释：最早的数据开始消费，该模式下，Kafka 中的 committed offset 将被忽略，不会用作起始位置。该方法为继承父类FlinkKafkaConsumerBase的方法。
consumer.setStartFromGroupOffsets()解释：消费者组最近一次提交的偏移量，默认。如果找不到分区的偏移量，那么将会使用配置中的 auto.offset.reset 设置，该方法为继承父类FlinkKafkaConsumerBase的方法。
consumer.setStartFromLatest()解释：最新的数据开始消费，该模式下，Kafka 中的 committed offset 将被忽略，不会用作起始位置。该方法为继承父类FlinkKafkaConsumerBase的方法。
consumer.setStartFromTimestamp(1585047859000L)解释：指定具体的偏移量时间戳,毫秒。对于每个分区，其时间戳大于或等于指定时间戳的记录将用作起始位置。如果一个分区的最新记录早于指定的时间戳，则只从最新记录读取该分区数据。在这种模式下，Kafka 中的已提交 offset 将被忽略，不会用作起始位置。
consumer.setStartFromSpecificOffsets(specificStartOffsets)

解释：为每个分区指定偏移量，该方法为继承父类FlinkKafkaConsumerBase的方法。

请注意：当 Job 从故障中自动恢复或使用 savepoint 手动恢复时，这些起始位置配置方法不会影响消费的起始位置。在恢复时，每个 Kafka 分区的起始位置由存储在 savepoint 或 c