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Docker下的Kafka学习之三：集群环境下的java开发

2017-10-29 17:08 525 查看
在上一章《Docker下的Kafka学习之二：搭建集群环境》中我们学会了搭建kafka集群环境，今天我们来实战集群环境下的用java发送和消费kafka的消息；

环境规划

本次实战我们要搭建的环境略有一些复杂，整体环境如下图：



如上图所示，从浏览器发起一个请求会经历以下历程：

1. 请求到nginx后，由nginx转发到tomcat，nginx后面接了两个tomcat，容器名分别是producer1和producer2，部署的都是kafkaclusterproducerdemo这个应用的war包；

2. producer1和producer2收到消息后，向broker投递消息；

3. consumer1、consumer2、consumer3是三个tomcat，上面都部署了kafkaclusterconsumerdemo这个应用，连接了kafka的partition，收到消息后消费这些消息，这三个consumer属于同一个group，共同消息主题”test002”的消息；

整个环境的ip和功能说明列表如下：

容器name镜像IP功能端口映射端口功能
broker1bolingcavalry/ssh-kafka292081-zk346:0.0.1172.18.0.2一号broker19011:22ssh
broker2bolingcavalry/ssh-kafka292081-zk346:0.0.1172.18.0.3二号broker19012:22ssh
broker3bolingcavalry/ssh-kafka292081-zk346:0.0.1172.18.0.4三号broker19013:22ssh
producer1bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1172.18.0.5一号消息制造者19014:8080页面访问和在线web部署
producer2bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1172.18.0.6二号消息制造者19015:8080页面访问和在线web部署
nginxdaocloud.io/library/nginx:latest172.18.0.7入口19016:80页面访问
consumer1bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1172.18.0.8一号消息消费者19017:8080页面访问和在线web部署
consumer2bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1172.18.0.9二号消息消费者19018:8080页面访问和在线web部署
consumer3bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1172.18.0.10三号消息消费者19019:8080页面访问和在线web部署

docker-compose.yml配置

这么多容器，还是用docker-compose来配置和管理比较方便，配置好的docker-compose.yml文件如下所示：

version: '2'
services:
broker1:
image: bolingcavalry/ssh-kafka292081-zk346:0.0.1
container_name: broker1
ports:
- "19011:22"
restart: always
broker2:
image: bolingcavalry/ssh-kafka292081-zk346:0.0.1
container_name: broker2
depends_on:
- broker1
ports:
- "19012:22"
restart: always
broker3:
image: bolingcavalry/ssh-kafka292081-zk346:0.0.1
container_name: broker3
depends_on:
- broker2
ports:
- "19013:22"
restart: always
producer1:
image: bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1
container_name: producer1
depends_on:
- broker3
links:
- broker1:hostb1
- broker2:hostb2
- broker3:hostb3
ports:
- "19014:8080"
environment:
TOMCAT_SERVER_ID: producer1
restart: always
producer2:
image: bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1
container_name: producer2
depends_on:
- producer1
links:
- broker1:hostb1
- broker2:hostb2
- broker3:hostb3
ports:
- "19015:8080"
environment:
TOMCAT_SERVER_ID: producer2
restart: always
nginx:
image: daocloud.io/library/nginx:latest
container_name: nginx
depends_on:
- producer2
links:
- producer1:t01
- producer2:t02
ports:
- "19016:80"
restart: always
consumer1:
image: bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1
container_name: consumer1
depends_on:
- nginx
links:
- broker1:hostb1
- broker2:hostb2
- broker3:hostb3
ports:
- "19017:8080"
environment:
TOMCAT_SERVER_ID: consumer1
restart: always
consumer2:
image: bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1
container_name: consumer2
depends_on:
- consumer1
ports:
- "19018:8080"
links:
- broker1:hostb1
- broker2:hostb2
- broker3:hostb3
environment:
TOMCAT_SERVER_ID: consumer2
restart: always
consumer3:
image: bolingcavalry/online_deploy_tomcat:0.0.1
container_name: consumer3
depends_on:
- consumer2
ports:
- "19019:8080"
links:
- broker1:hostb1
- broker2:hostb2
- broker3:hostb3
environment:
TOMCAT_SERVER_ID: consumer3
restart: always


如上所示，broker1、broker2、broker3是用来搭建kafka集群环境的，作为生产消息的tomcat有两个，消费消息的tomcat有三个，再加上一个nginx，就是全部的容器了；

启动所有容器

在docker-compose.yml所在目录下执行以下命令即可启动所有容器：

docker-compose up -d


启动的过程下图所示：



搭建kafka集群环境

详细的搭建步骤，请看《Docker下的Kafka学习之二：搭建集群环境》，所有操作都在broker1、broker2、broker3这三个容器上进行；

创建topic

在容器broker1上执行以下命令，就会在kafka上创建一个主题，有6个patition：

/usr/local/work/kafka_2.9.2-0.8.1/bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper broker1:2181,broker2:2181,broker3:2181 --replication-factor 1 --partitions 6 --topic test002


查看broker1的/tmp/kafka-logs/目录，就能看到partition目录，如下图：



如上图，broker1负责的是partition2和partition5；

去broker2、borker3检查后，得到每个broker和partition的关系如下：

容器partition
broker1partition2、partition5
broker2partition0、partition3
broker3partition1、partition4

配置nginx

遗憾的是nginx容器里面没有安装vim工具，需要先执行apt-get update，再执行apt-get install -y vim，将vim装好，再去修改/etc/nginx/nginx.conf文件，修改后的内容如下：

user  nginx;
worker_processes  1;

error_log  /var/log/nginx/error.log warn;
pid        /var/run/nginx.pid;

events {
worker_connections  1024;
}

http {
include       /etc/nginx/mime.types;
default_type  application/octet-stream;

log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
'$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
'"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

access_log  /var/log/nginx/access.log  main;

sendfile        on;
#tcp_nopush     on;

keepalive_timeout  65;

#gzip  on;

#include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
upstream tomcat_client {
server t01:8080 weight=1;
server t02:8080 weight=1;
}

server {
server_name "";
listen 80 default_server;
listen [::]:80 default_server ipv6only=on;

location / {
proxy_pass http://tomcat_client; proxy_redirect default;
proxy_set_header Host $host;
proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
}
}
}


和原来的内容相比，主要的修改点就是注释掉“include /etc/nginx/conf.d/*.conf”，再增加upstream和server的配置；

修改完成后，执行/usr/sbin/nginx -s reload命令让nginx加载修改后的配置；

在当前电脑的浏览器输入“http://localhost:19016/examples/servlets/servlet/HelloWorldExample”试试，可以看到请求已经被nginx转发到tomcat上去了，如下图：



关于tomcat的在线部署

本次实战要开发两个java的web应用，然后将构建的war在线部署到tomcat上去，关于在线部署的详情请参照《实战docker，编写Dockerfile定制tomcat镜像，实现web应用在线部署》，本次开发的两个java应用的pom.xml中已经配置好了在线部署的插件和参数，读者们只需要将本地maven配置好部署所需的用户名和密码即可；

源码下载

本次开发的两个java工程的源码都可以在github下载，地址是：git@github.com:zq2599/blog_demos.git，这里面有多个工程，本次用到的两个工程如下图红框所示：



kafkaclusterproducerdemo是生产kafka消息的工程；

kafkaclusterconsumerdemo是消费kafka消息的工程；

接下来开始编码了；

消息生产的工程kafkaclusterproducerdemo

用maven创建一个web工程kafkaclusterproducerdemo；

pom.xml中，除了spring，日志相关的依赖，还要加入下面这些：

<!--fastjson-->
<dependency>
<groupId>com.alibaba</groupId>
<artifactId>fastjson</artifactId>
<version>1.2.39</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.apache.commons</groupId>
<artifactId>commons-lang3</artifactId>
<version>3.5</version>
</dependency>

<!--kafka-->
<dependency>
<groupId>org.apache.kafka</groupId>
<artifactId>kafka_2.9.2</artifactId>
<version>0.8.1</version>
</dependency>


如上所示，除了kafka的依赖，fastjson和commons-lang3也会用到；

3. 自定义partition规则，创建一个实现了Partitioner接口的类BusinessPartition，可以通过key的值来决定将消息投递到那个partition，这里的做法是直接用key的值来代表partition，源码如下：

public class BusinessPartition implements Partitioner {

/**
* 构造函数的函数体没有东西，但是不能没有构造函数
* @param props
*/
public BusinessPartition(VerifiableProperties props) {
super();
}

public int partition(Object o, int i) {
int partitionValue = 0;

if(o instanceof String && StringUtils.isNoneBlank((String)o)){
partitionValue = Integer.valueOf((String)o);
}

return partitionValue;
}
}


注意：带VerifiableProperties的构造方法一定要写！

4. 消息服务初始化：

初始化工作是放在一个Bean的init方法中进行的，如下：

@PostConstruct
public void init(){
try {
Properties props = new Properties();
props.put("serializer.class", "kafka.serializer.StringEncoder");
props.put("zk.connect", "hostb1:2181,hostb1:2181,hostb1:2181");
props.put("metadata.broker.list", "hostb1:9092,hostb1:9092,hostb1:9092");
props.put("partitioner.class","com.bolingcavalry.service.BusinessPartition");
producer = new kafka.javaapi.producer.Producer<String, String>(new ProducerConfig(props));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}


hostb1、hostb2、hostb3都是docker-compose.yml配置的link参数；

值得注意的是”partitioner.class”这个参数的值，是我们刚刚创建的BusinessPartition这个类，这样kafka就知道用哪个自定义类来处理partition的逻辑了；

5. 发送消息：

发送消息的方法有两个，第二个接受外部传来的key，用来确定当前消息发往哪个partition：

public void sendSimpleMsg(String topic, String message) {
//producer的内部实现中，已经考虑了线程安全，所以此处不用加锁了
producer.send(new KeyedMessage<String, String>(topic, message));
}

public void sendKeyMsg(String topic, String key, String message) {
//producer的内部实现中，已经考虑了线程安全，所以此处不用加锁了
producer.send(new KeyedMessage<String, String>(topic, key, message));
}


接受浏览器请求的MessageProduceController：

MessageProduceController的关键代码如下：

@RequestMapping("/keymessage")
@ResponseBody
public String keymessage(HttpServletRequest request, Model model) {
String topic = get(request, "topic");
String content = get(request, "content");
String keyStr = get(request, "key");

SimpleMessage simpleMessage = new SimpleMessage();
simpleMessage.setContent(content);
simpleMessage.setFrom(TOMCAT_ID);

String message = JSON.toJSONString(simpleMessage);

logger.info("start simple, topic [{}], key [{}], message [{}]", topic, keyStr, message);
messageService.sendKeyMsg(topic, keyStr, message);
logger.info("end simple, topic [{}], key [{}], message [{}]", topic, keyStr, message);

return String.format("success [%s], topic [%s], key [%s], content [%s]", tag(), topic, keyStr, content);
}


如上所示，收到web请求时，会构造一个SimpleMessage对象，里面有消息内容和当前tomcat的标识(因为有两个tomcat，通过此属性可以区分是哪个发的消息)，再将这个对象转成字符串，然后请求kafka发送该消息，key也是从请求参数中取得的；

7. 部署到tomcat上去：

按照我们之前的规划，kafkaclusterproducerdemo要部署到producer1和producer2这两个容器上，producer1和producer2的8080端口分别映射到了当前电脑的19014和19015端口，所以我们在pom.xml中，tomcat7-maven-plugin插件的url参数中端口改为19014和19015分别部署一次，就能将war在线部署到两个tomcat上去了，如下图：



消息消费的工程kafkaclusterconsumerdemo

用maven创建一个web工程kafkaclusterconsumerdemo；

pom.xml的依赖和kafkaclusterproducerdemo工程大体上是一样的，只是zookeeper的依赖这里要格外注意，不能用kafka的间接依赖，而是要自己控制，并指定版本：

<dependency>
<groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
<artifactId>zookeeper</artifactId>
<version>3.4.6</version>
</dependency>

<!--kafka-->
<dependency>
<groupId>org.apache.kafka</groupId>
<artifactId>kafka_2.9.2</artifactId>
<version>0.8.1</version>
<exclusions>
<exclusion>
<artifactId>org.apache.zookeeper</artifactId>
<groupId>zookeeper</groupId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>


如上所示，zookeeper的版本是3.4.6，而kafka中对zookeeper的间接依赖已经被排除了；

3. 对kafka消息的消费，已经封装在一个Bean中，初始化逻辑如下：

private static final String GROUP_ID = "testgroup001";
private static final String ZK = "hostb1:2181,hostb2:2181,hostb3:2181";
private static final String TOPIC = "test002";
private static final int THREAD_NUM = 2;

@PostConstruct
public void init(){
logger.info("start init kafka consumer service");
// 1. 创建Kafka连接器
consumer = Consumer.createJavaConsumerConnector(createConsumerConfig(ZK, GROUP_ID));

Map<String, Integer> topicCountMap = new HashMap<String, Integer>();
topicCountMap.put(TOPIC, THREAD_NUM);

// 2. 指定数据的解码器
StringDecoder keyDecoder = new StringDecoder(new VerifiableProperties());
StringDecoder valueDecoder = new StringDecoder(new VerifiableProperties());

// 3. 获取连接数据的迭代器对象集合
/**
* Key: Topic主题
* Value: 对应Topic的数据流读取器，大小是topicCountMap中指定的topic大小
*/
Map<String, List<KafkaStream<String, String>>> consumerMap = this.consumer.createMessageStreams(topicCountMap, keyDecoder, valueDecoder);

// 4. 从返回结果中获取对应topic的数据流处理器
List<KafkaStream<String, String>> streams = consumerMap.get(TOPIC);

logger.info("streams size {}", streams.size());

// 5. 创建线程池
this.executorPool = new ThreadPoolExecutor(THREAD_NUM, THREAD_NUM,
0,
TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
new CustomThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

// 6. 构建数据输出对象
int threadNumber = 0;
for (final KafkaStream<String, String> stream : streams) {
this.executorPool.submit(new Processer(stream, threadNumber));
threadNumber++;
}

logger.info("end init kafka consumer service");
}


如上所示，我们用的是High level的方式，很多细节的东西就不用关心了，例如commit，offset等；

由于本次实战的消息打算分成6个partition，一共有三个消费tomcat，所以每个tomcat上启动两个消费者线程来处理消息，这样就保证了每个partition都有一个单独的线程来处理；

4. 消息处理的业务类Processer实现了Runnable，关键代码如下：

public void run() {
// 1. 获取数据迭代器
ConsumerIterator<String, String> iter = this.stream.iterator();

logger.info("server [{}] start run", TOMCAT_ID);

// 2. 迭代输出数据
while (iter.hasNext()) {
// 2.1 获取数据值
MessageAndMetadata value = iter.next();

// 2.2 输出
logger.info("server [{}], threadNumber [{}], offset [{}], key [{}], message[{}]",
TOMCAT_ID,
threadNumber,
value.offset(),
value.key(),
value.message());
}
// 3. 表示当前线程执行完成
logger.info("Shutdown Thread:" + this.threadNumber);
}


如上，每当从kafka中取得了消息，就通过日志打印出来；

7. 部署到tomcat上去：

按照我们之前的规划，kafkaclusterconsumerdemo要部署到consumer1、consumer2、consumer3这三个容器上，它们的8080端口分别映射到了当前电脑的19017、19018、19019端口上，所以我们在pom.xml中，tomcat7-maven-plugin插件的url参数中端口改为这三个端口分别部署一次，就能将war在线部署到三个tomcat上去了；

打印实时日志

推荐同时打开五个控制台，分别登上producer1、producer2、consumer1、consumer2、consumer3这五个容器，查看日志时分别做如下操作：

1. 对producer1和producer2，执行：

tail -f /usr/local/tomcat/logs/kafkaclusterproducerdemo/output.2017-10-29.log


output.xxxxxx.log要用当天的日期；

2. 对consumer1、consumer2、consumer3，执行：

tail -f /usr/local/tomcat/logs/kafkaclusterconsumerdemo/output.2017-10-29.log


这样就能将日志实时打印出来了；

检查kafkaclusterconsumerdemo是否启动成功

实战中经常出现consumer1、consumer2、consumer3等容器在部署了war包后启动失败的情况，请浏览器输入http://localhost:19017/kafkaclusterconsumerdemo来检查consumer1是否启动成功，启动成功后的效果如下：



如果启动失败页面就404错误了，检查日志发现是连接zookeeper失败，如下图：



这时候建议多部署几次，就能连接成功了,启动成功的日志如下图所示：



实战消息发送和接收

用浏览器分别访问以下六个地址：

1. http://localhost:19016/kafkaclusterproducerdemo/keymessage?topic=test002&content=message001&key=1

2. http://localhost:19016/kafkaclusterproducerdemo/keymessage?topic=test002&content=message002&key=2

3. http://localhost:19016/kafkaclusterproducerdemo/keymessage?topic=test002&content=message003&key=3

4. http://localhost:19016/kafkaclusterproducerdemo/keymessage?topic=test002&content=message004&key=4

5. http://localhost:19016/kafkaclusterproducerdemo/keymessage?topic=test002&content=message005&key=5

6. http://localhost:19016/kafkaclusterproducerdemo/keymessage?topic=test002&content=message006&key=6

上面六个地址代表发送了六个消息，例如第一个消息的key是1，消息内容是message001,在consumer3的日志中我们看到了这个消息，如下图所示：



从from字段我们还能发现这个消息是从producer1发出的；

从每个consumer日志中的key可以将consumer1、consumer2、consumer3和partition的关系梳理如下表：

容器partition
consumer1partition4、partition5
consumer2partition0、partition1
consumer3partition2、partition3
至此，kafka集群环境下的java开发实战就全部结束了，和之前的入门实战相比稍微复杂了一些，但也更接近实际生产环境的操作了，希望能对读者您的学习和开发有所帮助；
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