一文带你理解Kafka的Header

03-20 1963阅读

Header简介

一文带你理解Kafka的Header

Kafka从 0.11.0.0 版本开始提供了一种在生产者和消费者之间传递元数据的机制，叫做 Kafka header。使用这个机制，你可以在消息中添加一些与数据内容无关的附加信息，如消息的来源、类型、版本、生产时间、过期时间、分区数、用户 ID 等等。

Kafka header 是由一个或多个键值对组成的列表，每个键值对都称为 header。 消息可以包含零个或多个 header。

下面是一些简单的理解 Kafka header 的方式：

  • Kafka header 可以看作是消息的元数据，因为它们不包含实际可用的消息负载。
  • Kafka header 的作用类似于 HTTP 或者 TCP/IP 协议中的 header 头部，在消息中添加一些描述性信息，方便消费者解析和处理消息。
  • Kafka header 的使用并不是强制性的。你完全可以不使用它们，只发送负载数据。
  • Kafka header 不同于消息的 key 和 value，因为它们与数据的生命周期无关。

    Header使用场景

    1. 消息追踪

      通过在Header中添加一个全局唯一的ID，可以跟踪消息在整个应用系统中的传递轨迹。

      ProducerRecord record = new ProducerRecord("mytopic", "myvalue");
record.headers().add("messageId", UUID.randomUUID().toString().getBytes());
producer.send(record);

      在消费消息的时候，可以获取到消息的KafkaHeader，并从中提取出消息ID进行追踪：

      ConsumerRecords records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
for (ConsumerRecord record : records) {
    Headers headers = record.headers();
    String messageId = new String(headers.lastHeader("messageId").value());
    System.out.println("Received message with ID: " + messageId);
}

    2. 消息路由

      Header可以为消息添加一个路由键，在消息传递的过程中，可以根据这个路由键进行消息的路由。

      ProducerRecord record = new ProducerRecord("mytopic", "myvalue");
record.headers().add("routeKey", "myroutekey".getBytes());
producer.send(record);

      在消费消息的时候，消费者可以根据路由键过滤出需要消费的消息：

      ConsumerRecords records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
for (ConsumerRecord record : records) {
    Headers headers = record.headers();
    String routeKey = new String(headers.lastHeader("routeKey").value());
    if (routeKey.equals("myroutekey")) {
        //process the message
    }
}

    3. 传递消息元数据

      Header可以在消息传递过程中携带一些重要的元数据，这些元数据可以用于解释消息的内容或者处理方式。

      ProducerRecord record = new ProducerRecord("mytopic", "myvalue");
record.headers().add("content-type", "text/plain".getBytes());
producer.send(record);

      在消费消息的时候，可以从KafkaHeader中提取出content-type元数据，来解释消息的内容格式：

      ConsumerRecords records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
for (ConsumerRecord record : records) {
    Headers headers = record.headers();
    String contentType = new String(headers.lastHeader("content-type").value());
    if (contentType.equals("text/plain")) {
        //process the message
    }
}

    Java使用Header案例

    1. 生产者

      package com.byd.dev.kfk;
import org.apache.hadoop.security.UserGroupInformation;
import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig;
import org.apache.kafka.clients.producer.ProducerRecord;
import org.apache.kafka.common.header.Header;
import org.apache.kafka.common.header.internals.RecordHeader;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer;
import java.io.IOException;
import java.security.PrivilegedAction;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Properties;
import java.util.Scanner;
public class HeaderProducer {
    public static void main(String[] args) {
        // kerberos认证
        System.setProperty("java.security.krb5.conf", "D:/demo/krb5.conf");
        System.setProperty("javax.security.auth.useSubjectCredsOnly", "false");
        System.setProperty("java.security.auth.login.config", "D:/demo/jaas.conf");
        try {
            UserGroupInformation.loginUserFromKeytab("c.dev.hdfs", "D:/demo/demo.keytab");
            UserGroupInformation.getCurrentUser().doAs(new PrivilegedAction() {
                @Override
                public Object run() {
                    try {
                        runProducer();
                    } catch (Exception e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    return null;
                }
            });
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    /**
     * 启动生产者
     */
    public static void runProducer() throws InterruptedException {
        KafkaProducer producer = new KafkaProducer(getProducerProperties());
        sendHeaderMessage(producer);
    }
    /**
     * 生产带有Header的记录
     *
     * @param producer KafkaProducer
     */
    public static void sendHeaderMessage(KafkaProducer producer) throws InterruptedException {
        List headers = new ArrayList();
        headers.add(new RecordHeader("website", "www.xc.com".getBytes()));
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        for (int i = 0; i

    2. 消费者

      package com.byd.dev.kfk;
import org.apache.hadoop.security.UserGroupInformation;
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.common.header.Header;
import org.apache.kafka.common.header.Headers;
import org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer;
import java.io.IOException;
import java.security.PrivilegedAction;
import java.time.Duration;
import java.util.Arrays;
import java.util.Properties;
public class HeaderConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        // kerberos认证
        System.setProperty("java.security.krb5.conf", "D:/demo/krb5.conf");
        System.setProperty("javax.security.auth.useSubjectCredsOnly", "false");
        System.setProperty("java.security.auth.login.config", "D:/demo/jaas.conf");
        try {
            UserGroupInformation.loginUserFromKeytab("c.dev.hdfs",
                    "D:/project/lab-project/src/main/resources/kerberos/dev/ic.dev.hdfs.keytab");
            UserGroupInformation.getCurrentUser().doAs(new PrivilegedAction() {
                @Override
                public Object run() {
                    try {
                        runConsumer();
                    } catch (Exception e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    return null;
                }
            });
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    /**
     * 启动消费者
     */
    public static void runConsumer(){
        KafkaConsumer consumer = new KafkaConsumer(getConsumerProperties());
        consumerMessageWithHeader(consumer);
    }
    /**
     * 获取连接Kafka的配置
     * @return Properties
     */
    public static Properties getConsumerProperties() {
        Properties consumerProperties = new Properties();
        consumerProperties.put(ConsumerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG,
                "xxx:9092,xxx:9092,xxx:9092");
        consumerProperties.put("sasl.kerberos.service.name","kafka");
        consumerProperties.put("sasl.mechanism","GSSAPI");
        consumerProperties.put("security.protocol","SASL_PLAINTEXT");
        consumerProperties.put(ConsumerConfig.KEY_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        consumerProperties.put(ConsumerConfig.VALUE_DESERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringDeserializer.class.getName());
        consumerProperties.put(ConsumerConfig.GROUP_ID_CONFIG, "ConsumerGroup1");
        return consumerProperties;
    }
    /**
     * 消费带有Header的记录
     * @param consumer KafkaConsumer
     */
    public static void consumerMessageWithHeader(KafkaConsumer consumer) {
        consumer.subscribe(Arrays.asList("xc"));
        while (true){
            ConsumerRecords records = consumer.poll(Duration.ofMinutes(10));
            for (ConsumerRecord record : records) {
                System.out.println("消费记录的key："+record.key());
                System.out.println("消费记录的value："+record.value());
                Headers consumedHeaders = record.headers();
                for (Header header : consumedHeaders) {
                    System.out.println("header的key："+header.key());
                    System.out.println("header的value："+new String(header.value()));
                }
            }
        }
    }
}

    结果：

    生产者生产消息：

    hello
生产第1条数据
world
生产第2条数据

    消费者消费消息：

    消费记录的key：key0
消费记录的value：生产的数据为：hello
header的key：website
header的value：www.xc.com
消费记录的key：key1
消费记录的value：生产的数据为：world
header的key：website
header的value：www.xc.com

    Flink消费Header案例

    package com.byd.dev;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer;
import org.apache.hadoop.security.UserGroupInformation;
import java.io.IOException;
import java.security.PrivilegedAction;
import java.util.Properties;
public class FlinkKafkaHeader {
    public static String topic = "xc";
    public static void main(String[] args) {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.setParallelism(1);
        // kerberos认证
        System.setProperty("java.security.krb5.conf", "D:/demo/krb5.conf");
        System.setProperty("javax.security.auth.useSubjectCredsOnly", "false");
        System.setProperty("java.security.auth.login.config", "D:/demo/jaas.conf");
        try {
            UserGroupInformation.getCurrentUser().doAs(new PrivilegedAction() {
                @Override
                public Object run() {
                    try {
                        runApp(env);
                    } catch (Exception e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    return null;
                }
            });
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    
    public static void runApp(StreamExecutionEnvironment env) throws Exception {
        FlinkKafkaConsumer consumer =
                new FlinkKafkaConsumer(topic, new MyDeserializationSchema(),
                        getKafkaProperties());
        consumer.setStartFromEarliest();
        env.addSource(consumer).print();
        env.execute(FlinkKafkaHeader.class.getSimpleName());
    }
    /**
     * 获取连接Kafka的配置
     * @return Properties
     */
    public static Properties getKafkaProperties() {
        Properties props = new Properties();
        props.setProperty("bootstrap.servers", "xxx:9092,xxx:9092,xxx:9092");
        props.setProperty("group.id", "group1");
        props.setProperty("flink.partition-discovery.interval-millis", "10000");
        props.setProperty("security.protocol", "SASL_PLAINTEXT");
        props.setProperty("sasl.mechanism", "GSSAPI");
        props.setProperty("sasl.kerberos.service.name", "kafka");
        return props;
    }
}

    package com.byd.dev;
import org.apache.flink.api.common.typeinfo.TypeInformation;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.KafkaDeserializationSchema;
import org.apache.kafka.clients.consumer.ConsumerRecord;
import org.apache.kafka.common.header.Header;
public class MyDeserializationSchema implements KafkaDeserializationSchema {
    @Override
    public boolean isEndOfStream(String s) {
        return false;
    }
    @Override
    public String deserialize(ConsumerRecord consumerRecord) throws Exception {
        Iterable headers = consumerRecord.headers();
        for (Header header : headers) {
            String key = header.key();
            String value = new String(header.value(), "UTF-8");
            // 处理 header 数据
            System.out.println("kafka的header数据：" + key + ":" + value);
        }
        return new String(consumerRecord.value(), "UTF-8");
    }
    @Override
    public TypeInformation getProducedType() {
        return TypeInformation.of(String.class);
    }
}

    Header设计思路

    KafkaHeader的设计思路是基于Kafka的消息体系结构设计的，消息体系结构包括了消息的消息体、消息头和消息尾。KafkaHeader被设计成一个可扩展的消息头，可以为消息添加一些有用的元数据。KafkaHeader的键使用字符串表示，并且值可以是任何字节序列。

    KafkaHeader还可以使用基于优先级的机制，覆盖或者添加KafkaHeader。当发送相同主题和分区的消息时，新的KafkaHeader将覆盖旧的KafkaHeader。

    KafkaProducer和KafkaConsumer都提供了API，用于访问和修改KafkaHeader。其中KafkaProducer提供的API可以为将要发送到Kafka服务器的消息添加或者删除KafkaHeader。而KafkaConsumer提供的API可以用于从接收到的消息中提取KafkaHeader，并对消息进行分析和处理。

    Header的性能影响和注意事项

    由于KafkaHeader是在消息中添加的元数据，因此在为消息添加KafkaHeader时需要注意以下几点：

    1. 注意KafkaHeader的大小：KafkaHeader的大小会影响网络传输的性能，因此在添加KafkaHeader时需要权衡添加元数据的重要程度和通信性能的需要。

    2. 注意KafkaHeader支持的数据类型：KafkaHeader支持的数据类型包括了任何字节序列，因此在添加KafkaHeader时需要确保添加的元数据可以正确地解析和处理。

    3. 注意KafkaHeader的覆盖机制：当发送相同主题和分区的消息时，新的KafkaHeader会覆盖旧的KafkaHeader，因此需要注意不要在消息发送过程中出现意外丢失KafkaHeader的情况。

    4. 注意KafkaHeader的存在：KafkaHeader虽然可以为消息提供有用的元数据，但是当使用者处理消息时需要确保消息本身是唯一的标识，而不是KafkaHeader。

    本文总结

    本文介绍了 Kafka 中的 header，它可以用来传递一些与数据内容无关的附加信息，方便消费者解析和处理消息。与数据的 key、value 不同，header 不包含实际的消息内容，它们只是元数据，不影响消息的生命周期。在生产者和消费者中都可以使用 Kafka header，可以通过 API 来添加、读取和操作 header。

    参考文献

    1. https://www.baeldung.com/java-kafka-custom-headers
    2. https://www.python100.com/html/55R0B31WXT2C.html
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