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Kafka入门宝典(详细截图版)

程序员文章站 2022-05-03 14:20:40
1、了解 Apache Kafka 1.1、简介 官网:http://kafka.apache.org/ Apache Kafka 是一个开源 消息系统 ,由Scala 写成。是由Apache 软件基金会开发的一个开源消息系统项目。 Kafka 最初是由LinkedIn 开发,并于2011 年初开源 ......

Kafka入门宝典(详细截图版)

1、了解 apache kafka

1.1、简介

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官网:http://kafka.apache.org/

  • apache kafka 是一个开源消息系统,由scala 写成。是由apache 软件基金会开发的一个开源消息系统项目。
  • kafka 最初是由linkedin 开发,并于2011 年初开源。2012 年10 月从apache incubator 毕业。该项目的目标是为处理实时数据提供一个统一、高通量、低等待(低延时)的平台。
  • kafka 是一个分布式消息系统:具有生产者、消费者的功能。它提供了类似于jms 的特性,但是在设计实现上完全不同,此外它并不是jms 规范的实现。【重点】

1.2、kafka的基本结构

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  • producer:消息的发送者

  • consumer:消息的接收者

  • kafka cluster:kafka的集群。

  • topic:就是消息类别名,一个topic中通常放置一类消息。每个topic都有一个或者多个订阅者(消费者)。

消息的生产者将消息推送到kafka集群,消息的消费者从kafka集群中拉取消息。

1.3、kafka的完整架构

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说明:

  • broker:集群中的每一个kafka实例,称之为broker;
  • zookeeper:kafka 利用zookeeper 保存相应元数据信息, kafka 元数据信息包括如代理节点信息、kafka集群信息、旧版消费者信息及其消费偏移量信息、主题信息、分区状态信息、分区副本分配方案信息、动态配置信息等。
  • consumergroup:在kafka 中每一个消费者都属于一个特定消费组( consumergroup ),我们可以为每个消费者指定一个消费组,以groupld 代表消费组名称,通过group.id 配置设置。如果不指定消费组,则该消费者属于默认消费组test-consumer-group 。

1.4、kafka的特性

  • 消息持久化
    • kafka 基于文件系统来存储和缓存消息。
  • 高吞吐量
    • kafka 将数据写到磁盘,充分利用磁盘的顺序读写。同时, kafka 在数据写入及数据同步采用了零拷贝( zero-copy )技术,采用sendfile()函数调用,sendfile()函数是在两个文件描述符之间直接传递数据,完全在内核中操作,从而避免了内核缓冲区与用户缓冲区之间数据的拷贝,操作效率极高。
    • kafka 还支持数据压缩及批量发送,同时kafka 将每个主题划分为多个分区,这一系列的优化及实现方法使得kafka 具有很高的吞吐量。经大多数公司对kafka 应用的验证, kafka 支持每秒数百万级别的消息
  • 高扩展性
    • kafka 依赖zookeeper来对集群进行协调管理,这样使得kafka 更加容易进行水平扩展,生产者、消费者和代理都为分布式,可配置多个。
    • 同时在机器扩展时无需将整个集群停机,集群能够自动感知,重新进行负责均衡及数据复制。
  • 多客户端支持
    • kafka 核心模块用scala 语言开发,kafka 提供了多种开发语言的接入,如java 、scala、c 、c++、python 、go 、erlang 、ruby 、node. 等。
  • 安全机制
    • kafka 支持以下几种安全措施:
      • 通过ssl 和sasl(kerberos), sasl/pla时验证机制支持生产者、消费者与broker连接时的身份认证;
      • 支持代理与zookeeper 连接身份验证;
      • 通信时数据加密;
      • 客户端读、写权限认证;
      • kafka 支持与外部其他认证授权服务的集成;
  • 数据备份
    • kafka 可以为每个topic指定副本数,对数据进行持久化备份,这可以一定程度上防止数据丢失,提高可用性。
  • 轻量级
    • kafka 的实例是无状态的,即broker不记录消息是否被消费,消费偏移量的管理交由消费者自己或组协调器来维护。
    • 同时集群本身几乎不需要生产者和消费者的状态信息,这就使得kafka非常轻量级,同时生产者和消费者客户端实现也非常轻量级。
  • 消息压缩
    • kafka 支持gzip, snappy 、lz4 这3 种压缩方式,通常把多条消息放在一起组成messageset,然后再把message set 放到一条消息里面去,从而提高压缩比率进而提高吞吐量。

1.5、kafka的应用场景

  • 消息系统。
    • kafka 作为一款优秀的消息系统,具有高吞吐量、内置的分区、备份冗余分布式等特点,为大规模消息处理提供了一种很好的解决方案。
  • 应用监控。
    • 利用kafka 采集应用程序和服务器健康相关的指标,如cpu 占用率、io 、内存、连接数、tps 、qps 等,然后将指标信息进行处理,从而构建一个具有监控仪表盘、曲线图等可视化监控系统。例如,很多公司采用kafka 与elk (elastic search 、logstash 和kibana)整合构建应用服务监控系统。
  • 网站用户行为追踪。
    • 为了更好地了解用户行为、操作习惯,改善用户体验,进而对产品升级改进,将用户操作轨迹、内容等信息发送到kafka 集群上,通过hadoop 、spark 或strom等进行数据分析处理,生成相应的统计报告,为推荐系统推荐对象建模提供数据源,进而为每个用户进行个性化推荐。
  • 流处理。
    • 需要将己收集的流数据提供给其他流式计算框架进行处理,用kafka 收集流数据是一个不错的选择。
  • 持久性日志。
    • kafka 可以为外部系统提供一种持久性日志的分布式系统。日志可以在多个节点间进行备份, kafka 为故障节点数据恢复提供了一种重新同步的机制。同时, kafka很方便与hdfs 和flume 进行整合,这样就方便将kafka 采集的数据持久化到其他外部系统。

2、kafka的安装与配置

准备三台虚拟机,分别是node01,node02,node03,并且修改hosts文件如下:

vim /etc/hosts
#注意: 前面的ip地址改成自己的ip地址

192.168.40.133 node01
192.168.40.134 node02
192.168.40.135 node03

#3台服务器的时间要一致
#时间更新:
yum install -y rdate
rdate -s  time-b.nist.gov

2.1、基础环境配置

2.1.1、jdk环境

由于kafka 是用scala 语言开发的,运行在jvm上,因此在安装kafka 之前需要先安装jdk 。

安装过程略过,我这里使用的是jdk1.8。

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2.1.2、zookeeper环境

2.1.2.1、安装zookeeper

kafka 依赖zookeeper ,通过zookeeper 来对服务节点、消费者上下线管理、集群、分区元数据管理等,因此zookeeper 也是kafka 得以运行的基础环境之一。

#上传zookeeper-3.4.9.tar.gz到/export/software
cd /export/software
mkdir -p /export/servers/
tar -xvf zookeeper-3.4.9.tar.gz -c /export/servers/
#创建zookeeper的data目录
mkdir /export/data/zookeeper -p
cd /export/servers/zookeeper-3.4.9/conf/
#修改配置文件
mv zoo_sample.cfg zoo.cfg
vim zoo.cfg
#设置data目录
datadir=/export/data/zookeeper
#启动zookeeper
./zkserver.sh start
#检查是否启动成功
jps
2.1.2.3、搭建zookeeper集群
#在/export/data/zookeeper目录中创建myid文件
vim /export/data/zookeeper/myid
#写入对应的节点的id,如:1,2等,保存退出

#在conf下,修改zoo.cfg文件
vim zoo.cfg
#添加如下内容
server.1=node01:2888:3888
server.2=node02:2888:3888
server.3=node03:2888:3888
2.1.2.3、配置环境变量
vim /etc/profile
export zk_home=/export/servers/zookeeper-3.4.9
export path=${zk_home}/bin:$path

#立即生效
source /etc/profile
2.1.2.4、分发到其它机器
scp /etc/profile node02:/etc/
scp /etc/profile node03:/etc/

cd /export/servers
scp -r zookeeper-3.4.9 node02:/export/servers/
scp -r zookeeper-3.4.9 node03:/export/servers/
2.1.2.5、一键启动、停止脚本
mkdir -p /export/servers/onekey/zk
vim slave
#输入如下内容
node01
node02
node03
#保存退出

vim startzk.sh
#输入如下内容
cat /export/servers/onekey/zk/slave | while read line
do
{
 echo "开始启动 --> "$line
 ssh $line "source /etc/profile;nohup sh ${zk_home}/bin/zkserver.sh start >/dev/null 2>&1 &"
}&
wait
done
echo "★★★启动完成★★★"
#保存退出

vim stopzk.sh
#输入如下内容
cat /export/servers/onekey/zk/slave | while read line
do
{
 echo "开始停止 --> "$line
 ssh $line "source /etc/profile;nohup sh ${zk_home}/bin/zkserver.sh stop >/dev/null 2>&1 &"
}&
wait
done
echo "★★★停止完成★★★"
#保存退出

#设置可执行权限
chmod +x startzk.sh stopzk.sh

#添加到环境变量中
export zk_onekey=/export/servers/onekey
export path=${zk_onekey}/zk:$path
2.1.2.6、检查启动是否成功

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发现三台机器都有“quorumpeermain”进程,说明机器已经启动成功了。

检查集群是否正常:

zkserver.sh status

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发现,集群运行一切正常。

2.2、安装kafka

2.2.1、单机版kafka安装

第一步:上传kafka安装包并且解压

rz 上传kafka_2.11-1.1.0.tgz到 /export/software/
cd /export/software/
tar -xvf kafka_2.11-1.1.0.tgz -c /export/servers/
cd /export/servers
mv kafka_2.11-1.1.0/ kafka

第二步:配置环境变量

vim /etc/profile

#输入如下内容
export kafka_home=/export/servers/kafka
export path=${kafka_home}/bin:$path

#保存退出
source /etc/profile

第三步:修改配置文件

cd /export/servers/kafka
cd config
vim server.properties

# the id of the broker. this must be set to a unique integer for each broker.
# 必须要只要一个brokerid,并且它必须是唯一的。
broker.id=0

# a comma separated list of directories under which to store log files
# 日志数据文件存储的路径 (如不存在,需要手动创建该目录, mkdir -p /export/data/kafka/)
log.dirs=/export/data/kafka

# zookeeper的配置,本地模式下指向到本地的zookeeper服务即可
zookeeper.connect=node01:2181

# 保存退出

第四步:启动kafka服务

# 以守护进程的方式启动kafka
kafka-server-start.sh -daemon /export/servers/kafka/config/server.properties

第五步:检测kafka是否启动

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如果进程中有名为kafka的进程,就说明kafka已经启动了。

2.2.2、验证kafka是否安装成功

由于kafka是将元数据保存在zookeeper中的,所以,可以通过查看zookeeper中的信息进行验证kafka是否安装成功。

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2.2.3、部署kafka-manager

kafka manager 由 yahoo 公司开发,该工具可以方便查看集群 主题分布情况,同时支持对 多个集群的管理、分区平衡以及创建主题等操作。

源码托管于github:https://github.com/yahoo/kafka-manager

第一步:上传kafka-manager安装包并且解压

rz上传kafka-manager-1.3.3.17.tar.gz到 /export/software/
cd /export/software
tar -xvf kafka-manager-1.3.3.17.tar.gz -c /export/servers/
cd /export/servers/kafka-manager-1.3.3.17/conf

第二步:修改配置文件

#修改配置文件
vim application.conf
#新增项,http访问服务的端口
http.port=19000
#修改成自己的zk机器地址和端口
kafka-manager.zkhosts="node01:2181"
#保存退出

第三步:启动服务

cd /export/servers/kafka-manager-1.3.3.17/bin
#启动服务
./kafka-manager -dconfig.file=../conf/application.conf

#制作启动脚本
vim /etc/profile
export kafka_manage_home=/export/servers/kafka-manager-1.3.3.17
export path=${kafka_manage_home}/bin:$path

source /etc/profile

cd /export/servers/onekey/
mkdir kafka-manager
cd kafka-manager
vim start-kafka-manager.sh
nohup kafka-manager -dconfig.file=${kafka_manage_home}/conf/application.conf >/dev/null 2>&1 &
chmod +x start-kafka-manager.sh
vim /etc/profile
export path=${zk_onekey}/kafka-manager:$path
source /etc/profile

第四步:检查是否启动成功

打开浏览器,输入地址:http://node01:19000/,即可看到kafka-manage管理界面。

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2.2.4、kafka-manager的使用

进入管理界面,是没有显示cluster信息的,需要添加后才能操作。

  • 添加 cluster:

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输入cluster name、zookeeper信息、以及kafka的版本信息(这里最高只能选择1.0.0)。

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点击save按钮保存。

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添加成功。

  • 查看kafka的信息
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  • 查看broker信息
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  • 查看topic列表
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  • 查看单个topic信息以及操作
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  • 优化副本选举
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  • 查看消费者信息
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2.2.5、搭建kafka集群

kafka集群的搭建是非常简单的,只需要将上面的单机版的kafka分发的其他机器,并且将zookeeper信息修改成集群的配置以及设置不同的broker值即可。

第一步:将kafka分发到node02、node03

cd /export/servers/
scp -r kafka node02:/export/servers/
scp -r kafka node03:/export/servers/
scp /etc/profile node02:/etc/
scp /etc/profile node03:/etc/
# 分别到node02、node03机器上执行
source /etc/profile

第二步:修改node01、node02、node03上的kafka配置文件

  • node01:

    cd /export/servers/kafka/config
    vim server.properties
    zookeeper.connect=node01:2181,node02:2181,node03:2181
  • node02:

    cd /export/servers/kafka/config
    vim server.properties
    broker.id=1
    zookeeper.connect=node01:2181,node02:2181,node03:2181
  • node03:

    cd /export/servers/kafka/config
    vim server.properties
    broker.id=2
    zookeeper.connect=node01:2181,node02:2181,node03:2181

第三步:编写一键启动、停止脚本。注意:该脚本依赖于环境变量中的kafka_home。

mkdir -p /export/servers/onekey/kafka
vim slave
#输入如下内容
node01
node02
node03
#保存退出

vim start-kafka.sh
#输入如下内容
cat /export/servers/onekey/kafka/slave | while read line
do
{
 echo "开始启动 --> "$line
 ssh $line "source /etc/profile;nohup sh ${kafka_home}/bin/kafka-server-start.sh -daemon ${kafka_home}/config/server.properties >/dev/null 2>&1 &"
}&
wait
done
echo "★★★启动完成★★★"
#保存退出
chmod +x start-kafka.sh

vim stop-kafka.sh
#输入如下内容
cat /export/servers/onekey/kafka/slave | while read line
do
{
 echo "开始停止 --> "$line
 ssh $line "source /etc/profile;nohup sh ${kafka_home}/bin/kafka-server-stop.sh >/dev/null 2>&1 &"
}&
wait
done
echo "★★★停止完成★★★"
#保存退出
chmod +x stop-kafka.sh

#加入到环境变量中
export path=${zk_onekey}/kafka:$path
source /etc/profile

第四步:通过kafka-manager管理工具查看集群信息。
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由此可见,kafka集群已经启动完成。

3、kafka快速入门

对kafka的操作有2种方式,一种是通过命令行方式,一种是通过api方式。

3.1、通过命令行kafka

kafka在bin目录下提供了shell脚本文件,可以对kafka进行操作,分别是:
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通过命令行的方式,我们将体验下kafka,以便我们对kafka有进一步的认知。

3.1.1、topic的操作

3.1.1.1、创建topic
kafka-topics.sh --create --zookeeper node01:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic my-kafka-topic

#执行结果:
created topic "my-kafka-topic".

参数说明:

  • zookeeper:参数是必传参数,用于配置 kafka 集群与 zookeeper 连接地址。至少写一个。
  • partitions:参数用于设置主题分区数,该配置为必传参数。
  • replication-factor:参数用来设置主题副本数 ,该配置也是必传参数。
  • topic:指定topic的名称。
3.1.1.2、查看topic列表
kafka-topics.sh --list --zookeeper node01:2181

__consumer_offsets
my-kafka-topic

可以查看列表。

如果需要查看topic的详细信息,需要使用describe命令。

kafka-topics.sh --describe --zookeeper node01:2181 --topic test-topic
#若不指定topic,则查看所有topic的信息
kafka-topics.sh --describe --zookeeper node01:2181
3.1.1.3、删除topic

通过kafka-topics.sh执行删除动作,需要在server.properties文件中配置 delete.topic.enable=true,该配置默认为 false。

否则执行该脚本并未真正删除主题 ,将该topic标记为删除状态 。

kafka-topics.sh --delete --zookeeper node01:2181 --topic my-kafka-topic

# 执行如下
[root@node01 config]# kafka-topics.sh --delete --zookeeper node01:2181 --topic my-kafka-topic
topic my-kafka-topic is marked for deletion.
note: this will have no impact if delete.topic.enable is not set to true.

# 如果将delete.topic.enable=true
[root@node01 config]# kafka-topics.sh --delete --zookeeper node01:2181 --topic my-kafka-topic2
topic my-kafka-topic2 is marked for deletion.
note: this will have no impact if delete.topic.enable is not set to true.

# 说明:虽然设置后,删除时依然提示没有设置为true,实际上已经删除了。

3.1.2、生产者的操作

kafka-console-producer.sh --broker-list node01:9092 --topic my-kafka-topic

可以看到,已经向topic发送了消息。

3.1.3、消费者的操作

kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server node01:9092 --topic my-kafka-topic
# 通过以上命令,可以看到消费者可以接收生产者发送的消息

# 如果需要从头开始接收数据,需要添加--from-beginning参数
kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server node01:9092 --from-beginning --topic my-kafka-topic

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3.2、通过java api操作kafka

除了通过命令行的方式操作kafka外,还可以通过java api的方式操作,这种方式将更加的常用。

3.2.1、创建工程

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导入依赖:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/pom/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/xmlschema-instance"
         xsi:schemalocation="http://maven.apache.org/pom/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactid>itcast-bigdata</artifactid>
        <groupid>cn.itcast.bigdata</groupid>
        <version>1.0.0-snapshot</version>
    </parent>
    <modelversion>4.0.0</modelversion>

    <artifactid>itcast-bigdata-kafka</artifactid>

    <dependencies>

        <dependency>
            <groupid>org.apache.kafka</groupid>
            <artifactid>kafka_2.11</artifactid>
            <version>1.1.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupid>org.apache.kafka</groupid>
            <artifactid>kafka-clients</artifactid>
            <version>1.1.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupid>junit</groupid>
            <artifactid>junit</artifactid>
            <version>4.12</version>
        </dependency>

    </dependencies>
    
    <build>
        <plugins>
            <!-- java编译插件 -->
            <plugin>
                <groupid>org.apache.maven.plugins</groupid>
                <artifactid>maven-compiler-plugin</artifactid>
                <version>3.2</version>
                <configuration>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                    <encoding>utf-8</encoding>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>


</project>

3.2.2、topic的操作

由于主题的元数据信息是注册在 zookeeper 相 应节点之中,所以对主题的操作实质是对 zookeeper 中记录主题元数据信息相关路径的操作。 kafka将对 zookeeper 的相关操作封装成一 个 zkutils 类 , 井封装了一个adrninutils 类调用 zkclient 类的相关方法以实现对 kafka 元数据 的操作,包括对主题、代理、消费者等相关元数据的操作。对主题操作的相关 api调用较简单, 相应操作都是通过调用 adminutils类的相应方法来完成的。

package cn.itcast.kafka;

import kafka.admin.adminutils;
import kafka.utils.zkutils;
import org.apache.kafka.common.security.jaasutils;
import org.junit.test;

import java.util.properties;

public class testkafkatopic {

    @test
    public void testcreatetopic() {
        zkutils zkutils = null;
        try {
            //参数:zookeeper的地址,session超时时间,连接超时时间,是否启用zookeeper安全机制
            zkutils = zkutils.apply("node01:2181", 30000, 3000, jaasutils.iszksecurityenabled());

            string topicname = "my-kafka-topic-test1";
            if (!adminutils.topicexists(zkutils, topicname)) {
                //参数:zkutils,topic名称,partition数量,副本数量,参数,机架感知模式
                adminutils.createtopic(zkutils, topicname, 1, 1, new properties(), adminutils.createtopic$default$6());
                system.out.println(topicname + " 创建成功!");
            } else {
                system.out.println(topicname + " 已存在!");
            }
        } finally {
            if (null != zkutils) {
                zkutils.close();
            }
        }

    }
}

测试结果:

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3.2.2.1、删除topic
    @test
    public void testdeletetopic() {
        zkutils zkutils = null;
        try {
            //参数:zookeeper的地址,session超时时间,连接超时时间,是否启用zookeeper安全机制
            zkutils = zkutils.apply("node01:2181", 30000, 3000, jaasutils.iszksecurityenabled());
            string topicname = "my-kafka-topic-test1";
            if (adminutils.topicexists(zkutils, topicname)) {
                //参数:zkutils,topic名称
                adminutils.deletetopic(zkutils, topicname);
                system.out.println(topicname + " 删除成功!");
            } else {
                system.out.println(topicname + " 不已存在!");
            }
        } finally {
            if (null != zkutils) {
                zkutils.close();
            }
        }

    }

测试结果:

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3.2.3、生产者的操作

package cn.itcast.kafka;

import org.apache.kafka.clients.producer.*;
import org.apache.kafka.common.serialization.stringserializer;
import org.junit.test;

import java.util.properties;

public class testproducer {

    @test
    public void testproducer() throws interruptedexception {
        properties config = new properties();

        // 设置kafka服务列表,多个用逗号分隔
        config.setproperty(producerconfig.bootstrap_servers_config, "node01:9092,node02:9092");
        // 设置序列化消息 key 的类
        config.setproperty(producerconfig.key_serializer_class_config, stringserializer.class.getname());
        // 设置序列化消息 value 的类
        config.setproperty(producerconfig.value_serializer_class_config, stringserializer.class.getname());

        // 初始化
        kafkaproducer<string, string> kafkaproducer = new kafkaproducer<string, string>(config);
        for (int i = 0; i < 100 ; i++) {
            producerrecord record = new producerrecord("my-kafka-topic","data-" + i);
            // 发送消息
            kafkaproducer.send(record);
            system.out.println("发送消息 --> " + i);

            thread.sleep(100);
        }

        kafkaproducer.close();

    }

}

3.2.4、消费者的操作

package cn.itcast.kafka;

import org.apache.kafka.clients.consumer.consumerconfig;
import org.apache.kafka.clients.consumer.consumerrecord;
import org.apache.kafka.clients.consumer.consumerrecords;
import org.apache.kafka.clients.consumer.kafkaconsumer;
import org.apache.kafka.clients.producer.producerconfig;
import org.apache.kafka.common.serialization.stringdeserializer;
import org.apache.kafka.common.serialization.stringserializer;
import org.junit.test;

import javax.sound.midi.soundbank;
import java.util.arrays;
import java.util.properties;

public class testconsumer {

    @test
    public void testconsumer() {
        properties config = new properties();
        // 设置kafka服务列表,多个用逗号分隔
        config.setproperty(consumerconfig.bootstrap_servers_config, "node01:9092,node02:9092");
        // 设置消费者分组id
        config.setproperty(consumerconfig.group_id_config, "my-group");
        // 设置序反列化消息 key 的类
        config.setproperty(consumerconfig.key_deserializer_class_config, stringdeserializer.class.getname());
        // 设置序反列化消息 value 的类
        config.setproperty(consumerconfig.value_deserializer_class_config, stringdeserializer.class.getname());


        kafkaconsumer<string, string> kafkaconsumer = new kafkaconsumer<string, string>(config);
        // 订阅topic
        kafkaconsumer.subscribe(arrays.aslist("my-kafka-topic"));

        while (true) { // 使用死循环不断的拉取数据
            consumerrecords<string, string> records = kafkaconsumer.poll(1000);
            for (consumerrecord<string, string> record : records) {
                string value = record.value();
                long offset = record.offset();
                system.out.println("value = " + value + ", offset = " + offset);
            }
        }

    }
}

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