你好，我是胡夕。今天我想和你讨论一下 Kafka 中的主题管理，包括日常的主题管理、特殊主题的管理与运维以及常见的主题错误处理。
主题日常管理
所谓的日常管理，无非就是主题的增删改查。你可能会觉得，这有什么好讨论的，官网上不都有命令吗？这部分内容的确比较简单，但它是我们讨论后面内容的基础。而且，在讨论的过程中，我还会向你分享一些小技巧。另外，我们今天讨论的管理手段都是借助于 Kafka 自带的命令。事实上，在专栏后面，我们还会专门讨论如何使用 Java API 的方式来运维 Kafka 集群。
我们先来学习一下如何使用命令创建 Kafka 主题。Kafka 提供了自带的 kafka-topics 脚本，用于帮助用户创建主题。该脚本文件位于 Kafka 安装目录的 bin 子目录下。如果你是在 Windows 上使用 Kafka，那么该脚本位于 bin 路径的 windows 子目录下。一个典型的创建命令如下：
| bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —create —topic my_topic_name —partitions 1 —replication-factor 1 | bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —create —topic my_topic_name —partitions 1 —replication-factor 1 |
|---|---|
create 表明我们要创建主题，而 partitions 和 replication factor 分别设置了主题的分区数以及每个分区下的副本数。如果你之前使用过这个命令，你可能会感到奇怪：难道不是指定 —zookeeper 参数吗？为什么现在变成 —bootstrap-server 了呢？我来给出答案：从 Kafka 2.2 版本开始，社区推荐用 —bootstrap-server 参数替换 —zookeeper 参数，并且显式地将后者标记为“已过期”，因此，如果你已经在使用 2.2 版本了，那么创建主题请指定 —bootstrap-server 参数。
社区推荐使用 —bootstrap-server 而非 —zookeeper 的原因主要有两个。
- 使用 —zookeeper 会绕过 Kafka 的安全体系。这就是说，即使你为 Kafka 集群设置了安全认证，限制了主题的创建，如果你使用 —zookeeper 的命令，依然能成功创建任意主题，不受认证体系的约束。这显然是 Kafka 集群的运维人员不希望看到的。
- 使用 —bootstrap-server 与集群进行交互，越来越成为使用 Kafka 的标准姿势。换句话说，以后会有越来越少的命令和 API 需要与 ZooKeeper 进行连接。这样，我们只需要一套连接信息，就能与 Kafka 进行全方位的交互，不用像以前一样，必须同时维护 ZooKeeper 和 Broker 的连接信息。
创建好主题之后，Kafka 允许我们使用相同的脚本查询主题。你可以使用下面的命令，查询所有主题的列表。
| bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —list | bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —list |
|---|---|
如果要查询单个主题的详细数据，你可以使用下面的命令。
| bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —describe —topic |
bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —describe —topic |
|---|---|
如果 describe 命令不指定具体的主题名称，那么 Kafka 默认会返回所有“可见”主题的详细数据给你。
这里的“可见”，是指发起这个命令的用户能够看到的 Kafka 主题。这和前面说到主题创建时，使用 —zookeeper 和 —bootstrap-server 的区别是一样的。如果指定了 —bootstrap-server，那么这条命令就会受到安全认证体系的约束，即对命令发起者进行权限验证，然后返回它能看到的主题。否则，如果指定 —zookeeper 参数，那么默认会返回集群中所有的主题详细数据。基于这些原因，我建议你最好统一使用 —bootstrap-server 连接参数。
说完了主题的“增”和“查”，我们说说如何“改”。Kafka 中涉及到主题变更的地方有 5 处。
1. 修改主题分区。
其实就是增加分区，目前 Kafka 不允许减少某个主题的分区数。你可以使用 kafka-topics 脚本，结合 —alter 参数来增加某个主题的分区数，命令如下：
| bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —alter —topic |
bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —alter —topic |
|---|---|
这里要注意的是，你指定的分区数一定要比原有分区数大，否则 Kafka 会抛出 InvalidPartitionsException 异常。
2. 修改主题级别参数。
在主题创建之后，我们可以使用 kafka-configs 脚本修改对应的参数。
这个用法我们在专栏第 8 讲中讨论过，现在先来复习一下。假设我们要设置主题级别参数 max.message.bytes，那么命令如下：
| bin/kafka-configs.sh —zookeeper zookeeper_host:port —entity-type topics —entity-name |
bin/kafka-configs.sh —zookeeper zookeeper_host:port —entity-type topics —entity-name |
|---|---|
也许你会觉得奇怪，为什么这个脚本就要指定 —zookeeper，而不是 —bootstrap-server 呢？其实，这个脚本也能指定 —bootstrap-server 参数，只是它是用来设置动态参数的。在专栏后面，我会详细介绍什么是动态参数，以及动态参数都有哪些。现在，你只需要了解设置常规的主题级别参数，还是使用 —zookeeper。
3. 变更副本数。
使用自带的 kafka-reassign-partitions 脚本，帮助我们增加主题的副本数。这里先留个悬念，稍后我会拿 Kafka 内部主题 __consumer_offsets 来演示如何增加主题副本数。
4. 修改主题限速。
这里主要是指设置 Leader 副本和 Follower 副本使用的带宽。有时候，我们想要让某个主题的副本在执行副本同步机制时，不要消耗过多的带宽。Kafka 提供了这样的功能。我来举个例子。假设我有个主题，名为 test，我想让该主题各个分区的 Leader 副本和 Follower 副本在处理副本同步时，不得占用超过 100MBps 的带宽。注意是大写 B，即每秒不超过 100MB。那么，我们应该怎么设置呢？
要达到这个目的，我们必须先设置 Broker 端参数 leader.replication.throttled.rate 和 follower.replication.throttled.rate，命令如下：
| bin/kafka-configs.sh —zookeeper zookeeper_host:port —alter —add-config ‘leader.replication.throttled.rate=104857600,follower.replication.throttled.rate=104857600’ —entity-type brokers —entity-name 0 | bin/kafka-configs.sh —zookeeper zookeeper_host:port —alter —add-config ‘leader.replication.throttled.rate=104857600,follower.replication.throttled.rate=104857600’ —entity-type brokers —entity-name 0 |
|---|---|
这条命令结尾处的 —entity-name 就是 Broker ID。倘若该主题的副本分别在 0、1、2、3 多个 Broker 上，那么你还要依次为 Broker 1、2、3 执行这条命令。
设置好这个参数之后，我们还需要为该主题设置要限速的副本。在这个例子中，我们想要为所有副本都设置限速，因此统一使用通配符 * 来表示，命令如下：
| bin/kafka-configs.sh —zookeeper zookeeper_host:port —alter —add-config ‘leader.replication.throttled.replicas=,follower.replication.throttled.replicas=‘ —entity-type topics —entity-name test | bin/kafka-configs.sh —zookeeper zookeeper_host:port —alter —add-config ‘leader.replication.throttled.replicas=,follower.replication.throttled.replicas=‘ —entity-type topics —entity-name test |
|---|---|
- 主题分区迁移。
同样是使用 kafka-reassign-partitions 脚本，对主题各个分区的副本进行“手术”般的调整，比如把某些分区批量迁移到其他 Broker 上。这种变更比较复杂，我会在专栏后面专门和你分享如何做主题的分区迁移。
最后，我们来聊聊如何删除主题。命令很简单，我直接分享给你。
| bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —delete —topic |
bin/kafka-topics.sh —bootstrap-server broker_host:port —delete —topic |
|---|---|
删除主题的命令并不复杂，关键是删除操作是异步的，执行完这条命令不代表主题立即就被删除了。它仅仅是被标记成“已删除”状态而已。Kafka 会在后台默默地开启主题删除操作。因此，通常情况下，你都需要耐心地等待一段时间。
特殊主题管理与运维
说完了日常的主题管理操作，我们来聊聊 Kafka 内部主题 consumer_offsets 和 transaction_state。前者你可能已经很熟悉了，后者是 Kafka 支持事务新引入的。如果在你的生产环境中，你看到很多带有 consumer_offsets 和 transaction_state 前缀的子目录，不用惊慌，这是正常的。这两个内部主题默认都有 50 个分区，因此，分区子目录会非常得多。
关于这两个内部主题，我的建议是不要手动创建或修改它们，还是让 Kafka 自动帮我们创建好了。不过这里有个比较隐晦的问题，那就是 consumer_offsets 的副本数问题。
在 Kafka 0.11 之前，当 Kafka 自动创建该主题时，它会综合考虑当前运行的 Broker 台数和 Broker 端参数 offsets.topic.replication.factor 值，然后取两者的较小值作为该主题的副本数，但这就违背了用户设置 offsets.topic.replication.factor 的初衷。这正是很多用户感到困扰的地方：我的集群中有 100 台 Broker，offsets.topic.replication.factor 也设成了 3，为什么我的 consumer_offsets 主题只有 1 个副本？其实，这就是因为这个主题是在只有一台 Broker 启动时被创建的。
在 0.11 版本之后，社区修正了这个问题。也就是说，0.11 之后，Kafka 会严格遵守 offsets.topic.replication.factor 值。如果当前运行的 Broker 数量小于 offsets.topic.replication.factor 值，Kafka 会创建主题失败，并显式抛出异常。
那么，如果该主题的副本值已经是 1 了，我们能否把它增加到 3 呢？当然可以。我们来看一下具体的方法。
第 1 步是创建一个 json 文件，显式提供 50 个分区对应的副本数。注意，replicas 中的 3 台 Broker 排列顺序不同，目的是将 Leader 副本均匀地分散在 Broker 上。该文件具体格式如下：
| {“version”:1, “partitions”:[ | {“version”:1, “partitions”:[ |
|---|---|
| {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:0,”replicas”:[0,1,2]}, | {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:0,”replicas”:[0,1,2]}, |
|---|---|
| {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:1,”replicas”:[0,2,1]}, | {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:1,”replicas”:[0,2,1]}, |
|---|---|
| {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:2,”replicas”:[1,0,2]}, | {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:2,”replicas”:[1,0,2]}, |
|---|---|
| {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:3,”replicas”:[1,2,0]}, | {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:3,”replicas”:[1,2,0]}, |
|---|---|
| … | … |
|---|---|
| {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:49,”replicas”:[0,1,2]} | {“topic”:”__consumer_offsets”,”partition”:49,”replicas”:[0,1,2]} |
|---|---|
| ]}` | ]}` |
|---|---|
第 2 步是执行 kafka-reassign-partitions 脚本，命令如下：
| bin/kafka-reassign-partitions.sh —zookeeper zookeeper_host:port —reassignment-json-file reassign.json —execute | bin/kafka-reassign-partitions.sh —zookeeper zookeeper_host:port —reassignment-json-file reassign.json —execute |
|---|---|
除了修改内部主题，我们可能还想查看这些内部主题的消息内容。特别是对于 __consumer_offsets 而言，由于它保存了消费者组的位移数据，有时候直接查看该主题消息是很方便的事情。下面的命令可以帮助我们直接查看消费者组提交的位移数据。
| bin/kafka-console-consumer.sh —bootstrap-server kafka_host:port —topic __consumer_offsets —formatter “kafka.coordinator.group.GroupMetadataManager\$OffsetsMessageFormatter” —from-beginning | bin/kafka-console-consumer.sh —bootstrap-server kafka_host:port —topic __consumer_offsets —formatter “kafka.coordinator.group.GroupMetadataManager\$OffsetsMessageFormatter” —from-beginning |
|---|---|
除了查看位移提交数据，我们还可以直接读取该主题消息，查看消费者组的状态信息。
| bin/kafka-console-consumer.sh —bootstrap-server kafka_host:port —topic __consumer_offsets —formatter “kafka.coordinator.group.GroupMetadataManager\$GroupMetadataMessageFormatter” —from-beginning | bin/kafka-console-consumer.sh —bootstrap-server kafka_host:port —topic __consumer_offsets —formatter “kafka.coordinator.group.GroupMetadataManager\$GroupMetadataMessageFormatter” —from-beginning |
|---|---|
对于内部主题 __transaction_state 而言，方法是相同的。你只需要指定 kafka.coordinator.transaction.TransactionLog\$TransactionLogMessageFormatter 即可。
常见主题错误处理
最后，我们来说说与主题相关的常见错误，以及相应的处理方法。
常见错误 1：主题删除失败。
当运行完上面的删除命令后，很多人发现已删除主题的分区数据依然“躺在”硬盘上，没有被清除。这时该怎么办呢？
实际上，造成主题删除失败的原因有很多，最常见的原因有两个：副本所在的 Broker 宕机了；待删除主题的部分分区依然在执行迁移过程。
如果是因为前者，通常你重启对应的 Broker 之后，删除操作就能自动恢复；如果是因为后者，那就麻烦了，很可能两个操作会相互干扰。
不管什么原因，一旦你碰到主题无法删除的问题，可以采用这样的方法：
第 1 步，手动删除 ZooKeeper 节点 /admin/delete_topics 下以待删除主题为名的 znode。
第 2 步，手动删除该主题在磁盘上的分区目录。
第 3 步，在 ZooKeeper 中执行 rmr /controller，触发 Controller 重选举，刷新 Controller 缓存。
在执行最后一步时，你一定要谨慎，因为它可能造成大面积的分区 Leader 重选举。事实上，仅仅执行前两步也是可以的，只是 Controller 缓存中没有清空待删除主题罢了，也不影响使用。
常见错误 2：__consumer_offsets 占用太多的磁盘。
一旦你发现这个主题消耗了过多的磁盘空间，那么，你一定要显式地用jstack 命令查看一下 kafka-log-cleaner-thread 前缀的线程状态。通常情况下，这都是因为该线程挂掉了，无法及时清理此内部主题。倘若真是这个原因导致的，那我们就只能重启相应的 Broker 了。另外，请你注意保留出错日志，因为这通常都是 Bug 导致的，最好提交到社区看一下。
小结
我们来小结一下。今天我们着重讨论了 Kafka 的主题管理，包括日常的运维操作，以及如何对 Kafka 内部主题进行相应的管理。最后，我给出了两个最常见问题的解决思路。这里面涉及到了大量的命令，希望你能够在自己的环境中对照着实现一遍。另外，我也鼓励你去学习这些命令的其他用法，这会极大地丰富你的 Kafka 工具库。
开放讨论
请思考一下，为什么 Kafka 不允许减少分区数？如果减少分区数，可能会有什么样的问题？
若有收获，就点个赞吧
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