Брокер сообщений — это программное обеспечение, которое служит промежуточным звеном для пересылки сообщений между различными приложениями. Он действует как определенный сервер, который получает сообщения от одного приложения (называемого продюсером) и маршрутизирует их к одному или нескольким другим приложениям (называемым консьюмером). Основная цель брокера сообщений — обеспечить устойчивую и надежную связь между различными системами, при этом не требуя, чтобы эти системы всегда были доступны и имели прямую связь друг с другом. Это позволяет приложениям работать асинхронно, обеспечивая отказоустойчивость и возможность работы в режиме реального времени. Брокер сообщений может принимать сообщения от множества источников и эффективно маршрутизировать их к нужному приемнику. Сообщения могут быть сгруппированы в топики или очереди в зависимости от требуемой бизнес-логики.

Существует множество различных брокеров сообщений, каждый из которых имеет свои собственные особенности и преимущества. В данной статье мы сфокусируемся на изучении Kafka. 

Apache Kafka — это быстрый и масштабируемый брокер сообщений, способный обрабатывать миллионы сообщений в секунду. Брокер особенно ценится за свою отказоустойчивость и возможность длительного хранения данных. Проект изначально разрабатывался компанией LinkedIn, в настоящее время является самым популярным open-source решением в сфере брокеров сообщений и имеет лицензию Apache Software Foundation. Это решение широко используется для построения реальных пайплайнов данных и потоковых приложений. Перемещение и обработка потоков данных между системами или приложениями становится критической задачей. Именно здесь приходит на помощь Kafka, помогая пользователю обрабатывать потоки данных в реальном времени, с минимальной задержкой. В качестве распределенной системы, рассматриваемый брокер делится на множество серверов, которые могут хранить и обрабатывать потоки данных параллельно. Такое распределение позволяет Kafka обеспечивать  обработку данных в реальном времени для множества различных источников, обеспечивая надежность и устойчивость к сбоям системы.

В этой статье мы будем изучать процесс установки и настройки Kafka, чтобы вы могли использовать все его преимущества для ваших проектов. Мы рассмотрим процесс для различных операционных систем, включая Windows, Ubuntu и MacOS, чтобы обеспечить максимально возможную гибкость для различных пользователей и потребностей.

Системные требования

Apache Kafka был разработан таким образом, чтобы максимально эффективно использовать возможности железа, на котором он работает. Однако, существуют некоторые общие рекомендации, которые полезно иметь в виду при настройке системы для работы с этим брокером:

• Процессор (CPU): Kafka обычно не требует много процессорной мощности, так как большую часть операций он выполняет с помощью прямого доступа к диску (zero-copy). Однако количество ядер CPU может влиять на пропускную способность.

• Оперативная память (RAM): Рекомендуется иметь как минимум 8GB оперативной памяти, но итоговый объем будет сильно зависеть от массива данных и количества параллельных операций.

• Дисковое пространство: Kafka эффективно использует файловую систему и прямую запись на диск. Желательно использовать SSD с повышенной скоростью записи/чтения данных. Рекомендуется использовать отдельный диск, чтобы изолировать его работу от других процессов.

• Сеть: Брокер активно использует сеть для передачи данных. Рекомендуется иметь стабильное подключение с высокой пропускной способностью.

• Операционная система: Apache Kafka, как правило, работает на Unix-подобных системах, таких как Linux, однако это не ограничивает пользователя в выборе операционной системы.

• Java: Поскольку инструмент написан на Java, вам потребуется среда выполнения Java (JDK), версии 8 или выше.

Несмотря на то, что Linux дает Kafka ключевое преимущество в виде производительности и масштабируемости, брокер хорошо работает как на Windows, так и на MacOS. Чуть позже мы разберем плюсы и минусы каждого решения, а сейчас приступим к установке.

Установка и настройка Kafka на Windows

Процесс установки Kafka достаточно прямолинейный, тем не менее он требует некоторой аккуратности. Вот пошаговая инструкция:

1. Скачивание и установка Java Development Kit (JDK): Apache Kafka работает на Java, поэтому первым делом нужно установить средства разработки, если они у вас были не установлены. Скачать JDK можно с официального сайта Oracle. После установки обязательно проверьте работоспособность, для этого достаточно ввести в командной строке (cmd) следующую команду: 

java -version

2. Скачивание Apache Kafka: Apache Kafka можно скачать с официального сайта проекта (нам нужны Binary downloads). Рекомендуется выбирать последнюю стабильную версию продукта (на момент написания статьи это 3.7.0, поэтому здесь будет показана установки именно этой версии. Однако, установка от версии к версии не сильно меняется, поэтому эту инструкцию можно применять и к другим версиям продукта)

3. Распаковка: После скачивания архива его следует распаковать и переместить в удобное для вас место. После распаковки дистрибутива, вы увидите различные папки, такие как:

1. bin: Эта папка содержит исполняемые файлы, которые используются для запуска и управления распределенной системой обмена сообщениями. В подпапке /windows находятся специальные версии файлов, предназначенные для использования в OS Windows.

2. config: Здесь собраны файлы конфигурации Kafka, в том числе zookeeper.properties и server.properties, которые можно отредактировать для более точной настройки.

3. libs: Это папка со всеми библиотеками, которые нужны для запуска и работоспособности.

4. logs: Здесь содержатся журналы работы или другими словами логи. Они могут быть полезны при отладке проблем и нахождении зависимостей между компонентами.

5. site-docs: Эта папка содержит документацию для версии Kafka, которую вы установили. Может быть полезна для начинающих специалистов. 

6. LICENSE и NOTICE: Эти файлы содержат лицензионное соглашение и правовые замечания. 

4. Базовая настройка каталога данных и логирования: По умолчанию, файлы логов и каталог данных сохраняется в папке /tmp, что может привести к проблемам производительности, безопасности и управления данными. Рекомендуется поменять стандартные пути на свои

1. Перейдите в config/server.properties и откройте файл в любом текстовом редакторе (на скриншоте VSCode).

2. Найдите поле log.dirs (можно воспользоваться поиском, для этого нажмите сочетание клавиш Ctrl+F)

3. Поменяйте стандартный путь /tmp/kafka-logs на постоянный путь. Например c:/kafka/kafka-logs. После чего сохраните файл и закройте его.

4. Аналогичные действия нужно сделать и для каталога данных. Для этого перейдите в config/zookeeper.properties и откройте файл в любом текстовом редакторе. 

5. В параметре dataDir также нужно поменять стандартный путь на свой. Пример постоянного пути есть ниже на скриншоте.

На этом базовая настройка закончена. Этого хватит чтобы запустить сервер Zookeeper и Kafka и проверить работоспособность системы. 

5.  Запуск сервера Zookeeper и Kafka: Для запуска нужно перейти в папку с распакованным архивом и открыть командную строку. Для запуска Zookeeper используйте следующую команду:

.\bin\windows\zookeeper-server-start.bat .\config\zookeeper.properties. 

Обратите внимание, наш Zookeeper запущен на 2181 порту. Это стандартный порт для этой службы.

Если у вас появляется ошибка «The input line is too long. The syntax of the command is incorrect», переместите папку с Kafka в каталог, ближе к корню диска. Во время запуска zookeeper-server-start.bat вызывает CLASSPATH несколько раз, что приводит к переполнению переменной. Среда cmd.exe поддерживает не более 8191 символов.

Откройте новое окно терминала для запуска Kafka-server и используйте следующую команду:

.\bin\windows\kafka-server-start.bat .\config\server.properties

6. Проверка работоспособности: Для проверки работоспособности попробуем создать тему с помощью следующей команды:

.\bin\windows\kafka-topics.bat --create --bootstrap-server localhost:9092 --partitions 1 --replication-factor 1 --topic TestTopic

Обратите внимание, что порт 2181 совпадает с открытым портом для Zookeeper.

Для наглядности создадим еще одну тему под названием NewTopic. Теперь проверим, какие темы у нас существуют, следующей командой:

.\bin\windows\kafka-topics.bat --list --bootstrap-server localhost:9092

В новой командной строке мы можем повзаимодействовать с темой, а именно создать несколько сообщений и прочитать их после. Для этого в новом окне введите следующую команду:

.\bin\windows\kafka-console-producer.bat --broker-list localhost:9092 --topic TestTopic

После старта команды можно передавать любые сообщения:

Для того чтобы начать получать сообщения, в новом окне консоли введите следующую команду:

.\bin\windows\kafka-console-consumer.bat --bootstrap-server localhost:9092 --topic TestTopic --from-beginning

Как видно на скриншоте, мы получили сообщения по теме TestTopic. 

Это простой функционал, который помогает понять и разобраться в инструментах Kafka. Однако у вас может что-то пойти не так, походу установки и тестов. Вот некоторые типовые ошибки, которые могут возникнуть:

• Проблемы с JDK: Убедитесь что у вас установлен JDK, а не JRE. Также обратите внимание на версию, она должна быть 8 или выше.

• Проверка переменных окружения: После установки Java убедитесь, что переменная JAVA_HOME правильно установлена и что путь к каталогу bin присутствует в системном пути. 

• Проблемы с firewall и антивирусом: Иногда сторонние антивирусные программы или firewall могут блокировать Kafka. Если вы столкнулись с проблемами подключения, попробуйте на время отключить их. 

• Порты: По умолчанию Zookeeper слушает на порту 2181, а Kafka на 9092. Убедитесь, что эти порты свободны или переназначьте стандартные порты для этих служб.

• Запуск Zookeeper перед Kafka: Перед тем как запускать Kafka, убедитесь, что Zookeeper уже работает. Если нет, то запустите Zookeeper. 

• Неправильное завершение Kafka: Если Kafka завершается неправильно, то возможно некоторые данные еще остались во временной папке. Если вы начинаете сталкиваться с трудностями при запуске, попробуйте очистить временные файлы. 

Установка и настройка Kafka на Ubuntu

На самом деле, шаги не будут сильно отличаться, в зависимости от дистрибутива Linux, который вы выбрали (в нашем случае это Ubuntu). Отличия будут касаться установочных менеджеров и незначительных особенностей каждой операционной системы. Шаги будут похожи на установку для Windows, поэтому вы можете обращаться к этому разделу тоже, даже если у вас операционная система Linux.

vds

1. Скачивание и установка Java Development Kit (JDK): Как уже упоминалось, Apache Kafka работает на Java, поэтому первым делом нужно установить JDK. Однако перед этим, рекомендуем обновить список пакетов и версии этих пакетов командой:

sudo apt update
sudo apt upgrade

В Linux-системах установку можно сделать довольно просто через терминал, для этого достаточно ввести следующие команды:

sudo apt install default-jre
sudo apt install default-jdk

2. Скачивание и разархивирование: Apache Kafka можно скачать с официального сайта проекта. Рекомендуется выбирать последнюю стабильную версию продукта. Для скачивания можно воспользоваться утилитой wget из консоли:

wget https://downloads.apache.org/kafka/3.7.0/kafka_2.13-3.7.0.tgz

Для распаковки воспользуйтесь следующей командой:

tar xzf kafka_2.13-3.7.0.tgz

Обратите внимание, что на момент прочтения статьи, версия продукта может быть другой, соответственно команды, а конкретно цифры в ссылке, будут выглядеть по-другому. По итогу вышеописанных действий у вас должна появиться папка с продуктом рядом с архивом. Перейдите в появившуюся папку командой:

cd kafka_2.13-3.7.0

3. Проверка работоспособности: Остальные пункты похожи на то, что мы делали для Windows, поэтому рекомендуем прочитать инструкцию начиная с 3 пункта. Для запуска Zookeeper нужно написать следующую команду:

bin/zookeeper-server-start.sh config/zookeeper.properties

Затем в новом окне терминала запустите Kafka:

bin/kafka-server-start.sh config/server.properties

Это основная установка и настройка. Для продакшн-среды есть возможность настройки различных параметров, таких как многочисленные бэкапы, конфигурация сети, разделение данных и так далее, но это более трудоемкий и сложный процесс.

Также стоит упомянуть про некоторые возможные трудности, с которыми можно столкнуться в процессе установки Kafka на Linux:

• Разрешение прав доступа: При работе с Linux иногда возникают проблемы с правами доступа к определенным файлам или каталогам. Чтобы обойти это, можно использовать sudo перед командами, которые будут вызывать проблемы. Однако будьте осторожны с этим, потому что sudo дает полный админский доступ, что может повлечь за собой последствия с нарушением безопасности. 

• Ошибки памяти Java: Если у вас возникают проблемы с памятью Java при работе с Kafka, вы можете попробовать увеличить максимальное количество памяти, выделенной для JVM с помощью флага -Xmx. Для этого нужно будет добавить флаг в файл конфигурации, который находится в bin/kafka-server-start.sh. Однако учтите, что важно оставить достаточно памяти для работы других процессов в системе. Увеличение максимального объема памяти JVM может привести к замедлению работы системы, если JVM начнет использовать все доступные ресурсы. 

• Управление версиями: При работе с Linux иногда возникают проблемы с версиями. Всегда проверяйте версию Kafka и все связанные инструменты, такие как Zookeeper, для обеспечения совместимости. 

• Правильная остановка Kafka и Zookeeper: Для остановки Kafka и Zookeeper в Linux вы можете использовать команды 

kafka-server-stop.sh
zookeeper-server-stop.sh

Рекомендуется всегда останавливать эти службы правильно, чтобы избежать потери данных.

• Проблемы с логированием: Инструмент генерирует огромное количество логов, удостоверьтесь, что у вас есть достаточно свободного места на диске и активирована ротация логов. 

• Порты и пределы файлов: Убедитесь, что у вас есть разрешение на открытие необходимого количества файлов или сокетов. Linux имеет системные ограничения, которые можно изменить при необходимости. 

Установка и настройка Kafka на MacOS

Вот пошаговый процесс установки и настройки Kafka на системе MacOS:

1. Установка Homebrew: Homebrew — менеджер пакетов, который упрощает установку программного обеспечения на операционной системе MacOS. Homebrew не требует прав администратора для установки ПО, что делает его удобным для использования и уменьшает риски связанные с безопасностью. Если у вас еще нет Homebrew, вы можете установить его, используя следующую команду в терминале:

/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

В нашем случае, Homebrew понадобится для установки Kafka и его зависимостей.

2.  Обновление Homebrew: В случае если у вас уже был установлен Homebrew, его не помешало бы обновить до новейшей версии командой.

brew update

3. Установка Java Development Kit (JDK): Для установки JDK можно воспользоваться Homebrew, который мы только что установили. Для этого в консоли введите следующую команду:

brew install openjdk

4. Установка Kafka: Установите Kafka следующей командой:

brew install kafka

5. Запуск Kafka и Zookeeper: Сначала запустите Zookeeper, а затем Kafka.  Замените usr/local/bin на путь к исполняемым файлам Kafka и Zookeeper, если они у вас в другом месте: 

zookeeper-server-start /usr/local/etc/kafka/zookeeper.properties
kafka-server-start /usr/local/etc/kafka/server.properties

Также стоит отметить, что для простоты демонстрации мы запустили Zookeeper и Kafka в режиме standalone на локальной машине. Для создания полноценной распределенной сети на нескольких машинах, вам потребуется изменить файлы конфигурации соответствующим образом. Среди ключевых параметров для изменения:

• Разделы — сущности, которые позволяют распараллелить обработку данных. Количество разделов определяет, сколько потоков одновременно сможет обрабатывать данные в рамках топика. 

• Реплики — копии существующих разделов, для обеспечения отказоустойчивости. Количество реплик определяет, сколько копий каждого раздела будет храниться в кластере.

• Информация о брокере — полный список всех серверов, которые будут участвовать в кластере.

Как и для других операционных систем, мы отметим типичные проблемы при установке Kafka на MacOS:

• JDK нужной версии: Проверьте, установлен ли JDK версии 8 или выше. Если JDK не установлен, то вы можете столкнуться с ошибкой при попытке запуска.

• Переменные среды: Kafka может не работать, если переменные среды установлены неправильно или не установлены вовсе. Например, вы должны установить переменную среды KAFKA_HOME на путь к директории. Иногда для корректной работы могут потребоваться и другие переменные среды, например JAVA_HOME.

• Путь к файлам и разрешения: Kafka может не найти нужные файлы или не сможет запуститься, если у него нет разрешения на чтение и запись в определенные директории. Вам может потребоваться изменить разрешения или переместить некоторые файлы. 

• Проблемы с Homebrew: Убедитесь, что Homebrew установлен корректно и обновлен до последней версии. Иногда установка через Homebrew может привести к конфликту версия или проблемам с зависимостями. 

• Проблемы с зависимостями: Система требует наличия Zookeeper чтобы функционировать. Первым делом запускайте Zookeeper, а потом уже Kafka.

• Порты: Kafka и Zookeeper используют определенные порты (9092 и 2181 соответственно) по умолчанию. Если эти порты используются другими приложениями, инструмент не сможет запуститься. 

• Конфигурация: Ошибки в файлах конфигурации Kafka или неправильно заданные параметры могут привести к проблемам при попытке запуска. 

Зачастую установка Kafka идет довольно гладко, если использовать Homebrew. Вероятность столкнуться с проблемой в MacOS мала. 

Установка и настройка Kafka в Docker

Docker — это платформа, предназначенная для разработки, доставки и запуска приложений в контейнерах. Контейнеры позволяют упаковать приложение со всем его окружением и зависимостями в один пакет, который можно легко распространять и устанавливать на любой системе. Установка Kafka в Docker — это хороший способ быстро и без особых трудностей начать работать с системой. Вот несколько простых шагов, для установки:

• Первым делом, нужен сам Docker. Скачайте Kafka с официального сайта проекта способом, соответствующим вашей ОС.

• Запустите экземпляр, с помощью этой команды:

docker run -p 9092:9092 apache/kafka:3.7.0

Обратите внимание, что ваша версия Kafka может отличаться от той, что в примере.

Вы можете проверить работоспособность инструмента аналогично разделу установки на Linux.

Общие рекомендации по выбору ОС

Как мы выяснили, возможность установить Kafka есть во всех основных операционных системах, а также в Docker. В зависимости от конкретной ситуации и потребностей, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Если у вас стоит выбор, на какой ОС развернуть Kafka, ниже будут рассмотрены плюсы и минусы каждой системы.

Windows

• Плюсы:

• Простота использования: Windows по-прежнему остается одной из самых популярных операционных систем с большим количеством документации и комьюнити.

• Интеграция: Очень хорошо интегрируется с другими продуктами и сервисами Microsoft.

• Минусы:

• Windows не всегда является наилучшим выбором для развертывания серверных приложений, скорее всего вам придется столкнуться с некоторыми проблемами совместимости и производительности. 

• Наличие Powershell и WSL (Windows Subsystem for Linux) может упростить работу, однако эти системы не всегда могут быть оптимальными для работы с Linux-приложениями. 

• Kafka и Zookeeper обычно тестируются и используются на Unix-подобных системах, что может привести к большему количеству багов и проблем. 

macOS

• Плюсы:

• Простая установка с минимальными трудностями.

• Удобные инструменты для установки и управления продуктами.

• Система на базе Unix, что облегчает работу с большинством инструментов.

• Минусы:

• Ресурсоемкая система: Если ваш Mac не обладает достаточными ресурсами, это может замедлить работу.

• Возможные проблемы совместимости между версиями macOS и Kafka, что может привести к фатальным ошибкам.

Linux

• Плюсы:

• Из-за того, что Linux — это система с открытым исходным кодом и поддерживается большим сообществом, почти всегда есть способы решения той или иной проблемы.

• Linux занимает меньше системных ресурсов, что делает его более эффективным в работе с Kafka. 

• Операционные системы на базе Linux часто являются предпочтительными для серверных приложений.

• Минусы:

• Требует больше технических навыков для настройки и управления, по сравнению с Windows и macOS.

• Возможные сложности при установке и настройке GUI.

Docker

• Плюсы:

  • Портативность: Docker-контейнеры можно запускать на любой операционной системе. Это может облегчить развертывание брокера в различных окружениях. 

  • Изоляция: Docker обеспечивает изоляцию между приложениями, что означает, что работа Kafka не будет влиять на другие приложения.

  • Воспроизводимость: Используя Docker, можно создать конфигурацию, которую легко воспроизвести. Это облегчает процесс обновления и развертывания.

  • Интеграция с другими инструментами: Docker хорошо взаимодействует с популярными решениями, что упрощает управление и масштабирование контейнеров Kafka.

• Минусы:

  • Сложность: Docker добавляет дополнительный слой сложности в установку брокера.

  • Управление данными: Брокер хранит все сообщения на диске. Его конфигурация и управление могут быть сложными, учитывая контейеризованную среду. 

  • Производительность: Как и любая другая система, работающая в контейнере, производительность брокера может быть ограничена ресурсами контейнера. Это может потребовать более тонкой настройки Docker.

  • Управление: Управление и мониторинг брокера в контейнере может быть сложным, особенно в больших системах. Возможно потребуются инструменты автоматизации, такие как Kubernetes и Prometheus.

В целом, Linux является наиболее распространенным выбором для работы с Apache Kafka, особенно для серверов и рабочих станций. Однако, выбор операционной системы будет напрямую зависеть от ваших предпочтений и требований. 

Запуск Kafka в облаке

Мы рассмотрели процесс установки Kafka на разные операционные системы, однако этот процесс может затянуться в связи с некоторыми ошибками. Если вы хотите избежать заморочек с установкой и настройкой, обратите внимание на наше решение. 

Timeweb Cloud предлагает гибкое и масштабируемое облачное решение для запуска экземпляра Kafka за пару минут. Вам не нужно устанавливать и настраивать ПО, достаточно выбрать регион и конфигурацию. 

Решение Timeweb Cloud обеспечит стабильность и быстродействие вашему проекту на Kafka, благодаря профессиональной поддержке и высокопроизводительной инфраструктуре. Все это позволяет полностью сосредоточиться на разработке и масштабировании вашего проекта, не беспокоясь о технической стороне процесса. 

Попробуйте Timeweb Cloud уже сегодня и откройте для себя преимущества работы с надежным и высокопроизводительным облачных хостингом. 

Разверните Kafka на своем Linux VDS

Заключение

Apache Kafka — это серьезный, надежный и масштабируемый брокер сообщений, который обеспечивает высокую пропускную способность, устойчивость к отказам и низкую временную задержку. Вот несколько причин, почему стоит выбирать Kafka в качестве среды обмена сообщениями:

• Высокая пропускная способность: Apache Kafka способен обрабатывать миллионы сообщений в секунду, что делает его отличным выбором для приложений, которые обрабатывают огромные объемы данных в реальном времени.

• Устойчивость к отказам: Kafka обеспечивает восстановление от сбоев и обеспечивает высокую доступность данных благодаря своим механизмам репликации.

• Масштабируемость: Kafka легко масштабируется, добавляя больше узлов в кластер без прерывания сервиса.

• Долгосрочное хранение данных: В отличие от большинства других брокеров сообщений, Kafka поддерживает долгосрочное хранение данных. Можно настроить период удержания данных в Kafka, и они будут сохраняться до истечении этого времени. 

• Распределенная система: Kafka по сути является распределенной системой, это означает, что сообщения могут быть потребляемы в любом порядке и по многим каналам. 

• Интеграция с большим количеством систем: Kafka может быть легко интегрирована с различными системами, такими как Hadoop, Spark, Storm, Flink и многими другими.

• Быстрая обработка: Apache Kafka обеспечивает низкую задержку, что делает его отличным выбором для приложений, которым требуется быстрая обработка данных в реальном времени. 

• Топология «публикация-подписка»: Kafka позволяет источникам данных отправлять сообщения в топики, а приложениям-получателя — подписывать на интересующие их топики. 

Все эти преимущества делают Kafka одним из наиболее популярных и надежных брокеров сообщений на рынке. Однако, как всегда, выбор инструмента должен основываться на требованиях проекта и предпочтениям команды.