如何保证消费的幂等性(不重复消费)

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Kafka 实际上有个 offset 的概念,就是每个消息写进去,都有一个 offset,代表消息的序号,然后 consumer 消费了数据之后,每隔一段时间(定时定期),会把自己消费过的消息的 offset 提交一下,表示“我已经消费过了,下次我要是重启啥的,你就让我继续从上次消费到的 offset 来继续消费吧”。

但是凡事总有意外,比如我们之前生产经常遇到的,就是你有时候重启系统,看你怎么重启了,如果碰到点着急的,直接 kill 进程了,再重启。这会导致 consumer 有些消息处理了,但是没来得及提交 offset,尴尬了。重启之后,少数消息会再次消费一次。

举个栗子。
有这么个场景。数据 1/2/3 依次进入 kafka,kafka 会给这三条数据每条分配一个 offset,代表这条数据的序号,我们就假设分配的 offset 依次是 152/153/154。消费者从 kafka 去消费的时候,也是按照这个顺序去消费。假如当消费者消费了 offset=153的这条数据,刚准备去提交 offset 到 zookeeper,此时消费者进程被重启了。那么此时消费过的数据 1/2 的 offset 并没有提交,kafka 也就不知道你已经消费了 offset=153 这条数据。那么重启之后,消费者会找 kafka 说,嘿,哥儿们,你给我接着把上次我消费到的那个地方后面的数据继续给我传递过来。由于之前的 offset 没有提交成功,那么数据 1/2 会再次传过来,如果此时消费者没有去重的话,那么就会导致重复消费。

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如果消费者干的事儿是拿一条数据就往数据库里写一条,会导致说,你可能就把数据 1/2 在数据库里插入了 2 次,那么数据就错啦。

其实重复消费不可怕,可怕的是你没考虑到重复消费之后,怎么保证幂等性。

举个例子吧。假设你有个系统,消费一条消息就往数据库里插入一条数据,要是你一个消息重复两次,你不就插入了两条,这数据不就错了?但是你要是消费到第二次的时候,自己判断一下是否已经消费过了,若是就直接扔了,这样不就保留了一条数据,从而保证了数据的正确性。

一条数据重复出现两次,数据库里就只有一条数据,这就保证了系统的幂等性。
幂等性,通俗点说,就一个数据,或者一个请求,给你重复来多次,你得确保对应的数据是不会改变的,不能出错。

所以第二个问题来了,怎么保证消息队列消费的幂等性?
其实还是得结合业务来思考,我这里给几个思路:

比如你拿个数据要写库,你先根据主键查一下,如果这数据都有了,你就别插入了,update 一下好吧。
比如你是写 Redis,那没问题了,反正每次都是 set,天然幂等性。
比如你不是上面两个场景,那做的稍微复杂一点,你需要让生产者发送每条数据的时候,里面加一个全局唯一的 id,类似订单 id 之类的东西,然后你这里消费到了之后,先根据这个 id 去比如 Redis 里查一下,之前消费过吗?如果没有消费过,你就处理,然后这个 id 写 Redis。如果消费过了,那你就别处理了,保证别重复处理相同的消息即可。
比如基于数据库的唯一键来保证重复数据不会重复插入多条。因为有唯一键约束了,重复数据插入只会报错,不会导致数据库中出现脏数据。

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Exactly Once

将服务器的 ACK 级别设置为-1,可以保证 producer 到 server 之间不会丢失数据,即 At Least Once 语义。相对的,将服务器 ACK 级别设置为0,可以保证生产者每条消息只会被发送一次,即At Most Once 语义。
At Least Once 可以保证数据不丢失,但是不能保证数据不重复;相对的,At Most Once 可以保证数据不重复,但是不能保证数据不丢失。但是,对于一些非常重要的信息,比如交易数据,下游数据消费者要求数据既不重复也不丢失,即 Exactly Once 语义。
0.11版本的 Kafka,引入了幂等性:producer 不论向 server 发送多少重复数据,server 端都只会持久化一条。即:

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At Least Once + 幂等性 = Exactly Once

要启用幂等性,只需要将 producer 的参数中 enable.idompotence 设置为 true 即可。

为了实现Producer的幂等语义,Kafka引入了Producer ID(即PID)和Sequence Number。每个新的Producer在初始化的时候会被分配一个唯一的PID,该PID对用户完全透明而不会暴露给用户。

对于每个PID,该Producer发送数据的每个<Topic, Partition>都对应一个从0开始单调递增的Sequence Number

类似地,Broker端也会为每个<PID, Topic, Partition>维护一个序号,并且每次Commit一条消息时将其对应序号递增。对于接收的每条消息,如果其序号比Broker维护的序号(即最后一次Commit的消息的序号)大一,则Broker会接受它,否则将其丢弃: