# Spring for Apache Kafka
## Introduce
### 依赖
可以通过如下方式来添加Kafka的依赖包：
```xml
<dependency>
  <groupId>org.springframework.kafka</groupId>
  <artifactId>spring-kafka</artifactId>
</dependency>
```
### Consumer Demo
```java
@SpringBootApplication
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }

    @Bean
    public NewTopic topic() {
        return TopicBuilder.name("topic1")
                .partitions(10)
                .replicas(1)
                .build();
    }

    @KafkaListener(id = "myId", topics = "topic1")
    public void listen(String in) {
        System.out.println(in);
    }

}
```
application.properties文件配置示例如下：
```properties
spring.kafka.consumer.auto-offset-reset=earliest
```
NewTopic的bean对象会导致broker中创建该topic，如果该topic已经存在则该topic不需要。  
### Producer Demo
```java
@SpringBootApplication
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }

    @Bean
    public NewTopic topic() {
        return TopicBuilder.name("topic1")
                .partitions(10)
                .replicas(1)
                .build();
    }

    @Bean
    public ApplicationRunner runner(KafkaTemplate<String, String> template) {
        return args -> {
            template.send("topic1", "test");
        };
    }

}
```
## Reference
### Using Spring for Apache Kafka
#### 连接到Kafka
- Kafka Admin
- ProducerFactory
- ConsumerFactory

上述所有都继承了KafkaResourceFactory类。这允许在运行时动态改变bootstrap servers（同Kafka集群建立连接的ip:port），通过`setBootstrapServersSupplier(() → …​)`向其传递一个`Supplier<String>`，传递的Supplier将会被所有新建连接调用来获取bootstrap servers的ip和port。  
消费者和生产者通常是长期活跃的，为了关闭已经存在的所有生产者，可以调用`DefaultKafkaProducerFactory`的`reset()`方法；如果要关闭现存的所有消费者，可以调用`KafkaListenerEndpointRegistry`的`stop()`方法（调用stop方法之后再调用start方法），或者再任何其他的listener容器bean中调用stop和start方法。  
为了方便，框架提供了`ABSwitchCluster`来支持两套bootstrap servers集合，再同一时间只能由一套处于活跃状态。当想要切换bootstrap servers集群时，可以调用`primary()`方法或`secondary()`方法，并且在producer factory上调用`reset`方法用于建立新的连接；对于消费者，在所有listener容器中调用`stop`和`start`方法。当使用`@KafkaListener`注解时，在`KafkaListenerEndpointRegistry`上调用stop和start方法。  
##### Factory Listener
`DefaultKafkaProducerFactory`和`DefaultKafkaConsumerFactory`可以配置`Listener`来接收通知，当生产者或消费者被创建或关闭时，Listener接收到提醒。  
```java
// Producer Factory Listener
interface Listener<K, V> {

    default void producerAdded(String id, Producer<K, V> producer) {
    }

    default void producerRemoved(String id, Producer<K, V> producer) {
    }

}
```
```java
// Consumer Factory Listener
interface Listener<K, V> {

    default void consumerAdded(String id, Consumer<K, V> consumer) {
    }

    default void consumerRemoved(String id, Consumer<K, V> consumer) {
    }

}
```
在上述场景中，`id`创建时都是将`client-id`添加到factory bean-name之后，之间用`.`隔开。  
#### 设置Topic
如果你定义了一个`KafkaAdmin`的bean对象，那么其就能够自动添加topic到broker中。为了创建topic，可以为每个topic在应用容器中创建一个`NewTopic`bean对象。可以通过`TopicBuilder`工具类来使创建topic bean对象的过程更加简单。  
创建Topic的示例如下所示：
```java
@Bean
public KafkaAdmin admin() {
    Map<String, Object> configs = new HashMap<>();
    configs.put(AdminClientConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "localhost:9092");
    return new KafkaAdmin(configs);
}

@Bean
public NewTopic topic1() {
    return TopicBuilder.name("thing1")
            .partitions(10)
            .replicas(3)
            .compact()
            .build();
}

@Bean
public NewTopic topic2() {
    return TopicBuilder.name("thing2")
            .partitions(10)
            .replicas(3)
            .config(TopicConfig.COMPRESSION_TYPE_CONFIG, "zstd")
            .build();
}

@Bean
public NewTopic topic3() {
    return TopicBuilder.name("thing3")
            .assignReplicas(0, Arrays.asList(0, 1))
            .assignReplicas(1, Arrays.asList(1, 2))
            .assignReplicas(2, Arrays.asList(2, 0))
            .config(TopicConfig.COMPRESSION_TYPE_CONFIG, "zstd")
            .build();
}
```
可以省略partitions()方法和replicas()方法，在省略的情况下broker默认设置值将会被采用：
```java
@Bean
public NewTopic topic4() {
    return TopicBuilder.name("defaultBoth")
            .build();
}

@Bean
public NewTopic topic5() {
    return TopicBuilder.name("defaultPart")
            .replicas(1)
            .build();
}

@Bean
public NewTopic topic6() {
    return TopicBuilder.name("defaultRepl")
            .partitions(3)
            .build();
}
```
可以定义一个NewTopics类型的bean对象，NewTopics对象中包含多个NewTopic对象：
```java
@Bean
public KafkaAdmin.NewTopics topics456() {
    return new NewTopics(
            TopicBuilder.name("defaultBoth")
                .build(),
            TopicBuilder.name("defaultPart")
                .replicas(1)
                .build(),
            TopicBuilder.name("defaultRepl")
                .partitions(3)
                .build());
}
```
> 当使用spring boot时，KafkaAdmin对象是自动注册的，故而只需要注册NewTopic类型的bean对象即可。

默认情况下，如果broker不可访问，那么只会打出日志信息，会继续加载上下文。如果想要将这种情况标记为fatal，需要设置admin的`fatalIfBrokerNotAvailable`属性为true，设置完属性后如果broker不可访问，上下文加载失败。  
KafkaAdmin提供了方法在运行时动态创建topic，
- `createOrModifyTopics`
- `describeTopics`

如果想要使用更多特性，可以直接使用AdminClient：
```java
@Autowired
private KafkaAdmin admin;

...

    AdminClient client = AdminClient.create(admin.getConfigurationProperties());
    ...
    client.close();
```
#### Sending Messages
##### KafkaTemplate
`KafkaTemplate`类包装了生产者，并且提供方法向Topic发送消息。如下显示了KafkaTemplate相关的方法：
```java
CompletableFuture<SendResult<K, V>> sendDefault(V data);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> sendDefault(K key, V data);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> sendDefault(Integer partition, K key, V data);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> sendDefault(Integer partition, Long timestamp, K key, V data);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> send(String topic, V data);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> send(String topic, K key, V data);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> send(String topic, Integer partition, K key, V data);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> send(String topic, Integer partition, Long timestamp, K key, V data);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> send(ProducerRecord<K, V> record);

CompletableFuture<SendResult<K, V>> send(Message<?> message);

Map<MetricName, ? extends Metric> metrics();

List<PartitionInfo> partitionsFor(String topic);

<T> T execute(ProducerCallback<K, V, T> callback);

// Flush the producer.

void flush();

interface ProducerCallback<K, V, T> {

    T doInKafka(Producer<K, V> producer);

}
```
`sendDefault`方法需要一个提供给KafkaTemplate的默认Topic。  
上述API会接收一个时间戳参数（如果时间戳参数没有指定，则自动产生一个时间戳），并且会将该时间戳存储到记录中。用户指定的时间戳如何存储取决于Kafka topic中关于时间戳类型的配置。如果topic的时间戳类型被配置为`CREATE_TIME`，那么用户指定的时间戳将会被记录到record中。如果时间戳类型被配置为`LOG_APPEND_TIME`，那么用户指定的时间戳将会被忽略，并且由broker进行添加（broker会添加时间戳为local broker time）。
`metrics`方法和`partitionsFor`方法将会被委托给Producer中的同名方法`execute`方法则是会提供对底层Producer的直接访问。  
如果要使用KafkaTemplate，需要配置一个Producer并且将其传递给KafkaTemplate的构造函数：
```java
@Bean
public ProducerFactory<Integer, String> producerFactory() {
    return new DefaultKafkaProducerFactory<>(producerConfigs());
}

@Bean
public Map<String, Object> producerConfigs() {
    Map<String, Object> props = new HashMap<>();
    props.put(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "localhost:9092");
    props.put(ProducerConfig.KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, IntegerSerializer.class);
    props.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, StringSerializer.class);
    // See https://kafka.apache.org/documentation/#producerconfigs for more properties
    return props;
}

@Bean
public KafkaTemplate<Integer, String> kafkaTemplate() {
    return new KafkaTemplate<Integer, String>(producerFactory());
}
```
可以通过如下方式覆盖factory的ProducerConfig，根据相同的factory创建不同Producer config的template对象：
```java
@Bean
public KafkaTemplate<String, String> stringTemplate(ProducerFactory<String, String> pf) {
    return new KafkaTemplate<>(pf);
}

@Bean
public KafkaTemplate<String, byte[]> bytesTemplate(ProducerFactory<String, byte[]> pf) {
    return new KafkaTemplate<>(pf,
            Collections.singletonMap(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, ByteArraySerializer.class));
}
```
一个类型为`ProducerFactory<?, ?>`的bean对象可以被任何泛型类型引用。（该bean对象已经被spring boot自动配置）  
当使用带`Message<?>`参数的方法时，topic、partition、key information都会在message header中被提供：
- KafkaHeaders.TOPIC
- KafkaHeaders.PARTITION
- KafkaHeaders.KEY
- KafkaHeaders.TIMESTAMP

该消息的载荷是data。  
可以为KafkaTemplate配置ProducerListener来为发送的结果（成功或失败）提供一个异步回调，而不是通过CompletableFuture。如下是`ProducerListener`接口的定义：
```java
public interface ProducerListener<K, V> {

    void onSuccess(ProducerRecord<K, V> producerRecord, RecordMetadata recordMetadata);

    void onError(ProducerRecord<K, V> producerRecord, RecordMetadata recordMetadata,
            Exception exception);

}
```
默认情况下，template配置了一个`LoggingProducerListener`，会打印发送失败到日志，但是发送成功时不会做任何事。  
为了方便，默认的方法实现已经在接口中提供了提供了，如果只需要覆盖一个方法，只需要对onSuccess或onError进行Override即可。  
发送消息会返回一个`CompletableFuture<SendResult>`对象。可以为异步操作注册一个listener：
```java
CompletableFuture<SendResult<Integer, String>> future = template.send("myTopic", "something");
future.whenComplete((result, ex) -> {
    ...
});
```
SendResult拥有两个属性，ProducerRecord和RecordMetaData。  
Throwable可以被转化为KafkaProducerException，该异常的failedProducerRecord可以包含失败的record。  
当为producer config设置了`linger.ms`时，如果待发送的消息没有达到`batch.size`，会延迟发送消息等待更多的消息出现并被批量发送。默认情况下，linger.ms为0，不会有延迟，但是如果linger.ms有值，那么在发送消息之后如果希望消息立马发送，需要手动调用flush方法。  
如下示例展示了如何通过kafkaTemplate向broker发送消息：
```java
public void sendToKafka(final MyOutputData data) {
    final ProducerRecord<String, String> record = createRecord(data);

    CompletableFuture<SendResult<Integer, String>> future = template.send(record);
    future.whenComplete((result, ex) -> {
        if (ex == null) {
            handleSuccess(data);
        }
        else {
            handleFailure(data, record, ex);
        }
    });
}

// Blocking (Sync)
public void sendToKafka(final MyOutputData data) {
    final ProducerRecord<String, String> record = createRecord(data);

    try {
        template.send(record).get(10, TimeUnit.SECONDS);
        handleSuccess(data);
    }
    catch (ExecutionException e) {
        handleFailure(data, record, e.getCause());
    }
    catch (TimeoutException | InterruptedException e) {
        handleFailure(data, record, e);
    }
}
```
上述示例中，ex为KafkaProducerException类型，并且有failedProducerRecord属性。
##### RoutingKafkaTemplate
可以通过RoutingKafkaTemplate在运行时根据目标topic的名称选定producer。
> routing template不支持事务、execute、flush、metrics等操作，因为这些操作不知道topic名称

routing template需要一个key和value分别为`java.util.regex.Pattern`和`ProducerFactory<Object, Object>`的map实例。该map应该是有序的，因为map会按顺序遍历（例如LinkedHashMap集合）。并且，应该在map最开始的时候指定更加具体的pattern。  
如下示例会展示如何通过一个template向不同的topic发送消息，并且值的序列化会采用不同的序列化器：
```java
@SpringBootApplication
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }

    @Bean
    public RoutingKafkaTemplate routingTemplate(GenericApplicationContext context,
            ProducerFactory<Object, Object> pf) {

        // Clone the PF with a different Serializer, register with Spring for shutdown
        Map<String, Object> configs = new HashMap<>(pf.getConfigurationProperties());
        configs.put(ProducerConfig.VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, ByteArraySerializer.class);
        DefaultKafkaProducerFactory<Object, Object> bytesPF = new DefaultKafkaProducerFactory<>(configs);
        context.registerBean(DefaultKafkaProducerFactory.class, "bytesPF", bytesPF);

        Map<Pattern, ProducerFactory<Object, Object>> map = new LinkedHashMap<>();
        map.put(Pattern.compile("two"), bytesPF);
        map.put(Pattern.compile(".+"), pf); // Default PF with StringSerializer
        return new RoutingKafkaTemplate(map);
    }

    @Bean
    public ApplicationRunner runner(RoutingKafkaTemplate routingTemplate) {
        return args -> {
            routingTemplate.send("one", "thing1");
            routingTemplate.send("two", "thing2".getBytes());
        };
    }

}
```
##### DefaultKafkaProducerFactory
在上述template的使用示例中，创建一个KafkaTemplate需要使用ProducerFactory。  
当不使用transaction时，默认情况下，DefaultKafkaProducerFactory创建一个单例producer，单例producer由所有客户端使用。但是，如果在template上调用了flush方法，可能会造成其使用同一producer的其他线程的延迟。  
> DefaultKafkaProducerFactory有一个属性producerPerThread，当该属性被设置为true时，Kafka会对每一个线程都创建一个producer，以此来避免这个问题。

> 当producerPerThread被设置为true时，若producer不再需要，用户代码必须在factory上调用closeThreadBoundProducer方法，这回物理的关闭producer并且将其中ThreadLocal中移除。调用reset或destroy并不会清除这些producer

可以在factory创建之后，对producer properties进行更新。