Apache Kafka 4.0正式发布,首个默认KRaft模式运行,移除单独维护Zookeeper降低复杂性,从零基础到精通,收藏这篇就够了!

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大家好,这里是小奏,觉得文章不错可以关注公众号小奏技术

背景

在2025年3月18日宣布发布Apache Kafka 4.0.0版本

Apache Kafka 4.0.0Kafka的一个重要里程碑,标志着其架构的重大转变。

标志着第一个完全不使用Apache ZooKeeper的主要版本

默认运行在KRaft模式下,简化了Kafka的部署和管理。

消除了维护单独ZooKeeper集成的复杂性。这一更改显著降低了运营开销,增强了可扩展性,并简化了管理任务

核心改动

改动包含Kafka Broker, Controller, Producer, ConsumerAdmin Client

KIP-848 消费者组性能优化

Apache Kafka 4.0.0起,下一代消费者再平衡协议(KIP-848)正式发布(Generally Available, GA)。

该协议通过完全增量化的设计,不再依赖全局同步屏障,从而显著缩短了再平衡时间,同时提升了消费者组的可扩展性并简化了消费者的实现逻辑。

使用新协议的消费者组现称为消费者组(Consumer Groups),而使用旧协议的组称为经典组(Classic Groups)。

需注意,经典组仍可通过旧协议组成消费者组。

改进点 旧协议(Classic) 新协议(KIP-848)
再平衡机制 全局同步屏障(所有消费者暂停等待协调器指令) 增量式协调(消费者异步提交状态)
时间开销 O(N)(N为消费者数量) O(1)(仅需局部协调)
资源占用 高(需维护完整的组成员列表) 低(仅维护必要元数据)
容错能力 弱(单个消费者故障触发全组再平衡) 强(故障影响范围局部化)
扩展性 支持数百消费者 支持数万消费者

server默认开启新协议

consumer必须通过设置group.protocol=consumer

详细说明参数consumer_rebalance_protocol:kafka.apache.org/40/document…

KIP-890 事务服务端防御机制

改进降低了生产者(Producer)发生故障时出现“僵尸事务”(Zombie Transactions)的概率

  • 僵尸事务:当生产者因崩溃或网络故障无法提交或回滚事务时,事务协调器(Transaction Coordinator)可能残留未完成的事务状态,占用资源并可能引发数据不一致1。

  • 旧客户端兼容性:旧版客户端在处理事务验证阶段返回的NETWORK_EXCEPTION 错误时,可能误判为致命错误,导致事务管理器进入不可恢复状态1。

  1. 第二阶段的核心改进

  2. 服务端事务验证增强

  • 在生产者发送 Produce 和 TxnOffsetCommit 请求时,服务端主动与事务协调器验证事务状态,确保事务处于活跃或可提交状态,避免处理已失效的事务请求1。

  • 新增错误转换逻辑,将网络异常(如 NETWORK_EXCEPTION)映射为客户端可重试的错误类型,提升旧客户端兼容性1。

  1. 增量式错误处理
  • 网络超时与连接中断:若验证请求超时或连接中断,服务端返回可重试错误,而非直接终止事务。

  • 并发控制优化:当多个验证请求并发时(如相同事务的 AddPartitionsToTxn 请求),通过错误码引导客户端重试,避免竞争条件1。

  1. 僵尸事务检测与清理
  • 服务端通过心跳超时机制检测僵尸事务,自动将其标记为终止状态,释放相关资源。

  • 生产者恢复后,通过事务 ID 和纪元(Epoch)验证合法性,防止旧事务干扰新事务

详细说明参考transaction_protocol:kafka.apache.org/40/document…

KIP-932 Kafka 队列功能(早期预览版)

通过引入共享群组(Share Group) 的概念,支持基于 Kafka 主题的协作式消费模式。

KIP-932 并未直接在Kafka中新增“队列”这一数据结构,而是通过扩展现有主题的消费机制来满足队列场景的需求。

共享群组的功能类似于其他消息系统中的“持久化共享订阅”(Durable Shared Subscription)

KIP-966:合格领导者副本(预览版)

KIP-966Kafka 4.0 中首次引入合格领导者副本(Eligible Leader Replicas, ELR) 的预览功能。ELR 是 ISR(In-Sync Replicas,同步副本)的子集,保证其数据完整性达到高水位线(High-Watermark)。ELR 可安全用于领导者选举,避免数据丢失

详细说明可以参考eligible_leader_replicas

KIP-996:预投票机制

KRaft模式下,节点可能因瞬时网络问题(如 GC 暂停)误判领导者失联,触发不必要的选举,导致:

集群波动:频繁领导者切换影响吞吐量

元数据竞争:多个节点同时发起选举引发脑裂风险

  1. 预投票机制原理

  2. 预投票阶段: 节点感知领导者失联后,先向其他节点发送预投票请求(携带自身日志最新偏移量)

接收节点检查请求者日志是否足够新(避免落后副本成为领导者)

  1. 正式选举:
  • 仅当获得多数预投票认可后,节点才发起正式选举

  • 否则进入冷却期(election.backoff.ms)

KIP-1076:客户端应用指标(KIP-714 扩展)

KIP-714 允许集群管理员通过插件直接从Broker收集客户端指标,但仅覆盖 Kafka 原生客户端(生产者、消费者、Admin)。

KIP-1076 扩展此功能,支持嵌入式客户端(如 Kafka Streams)上报应用级指标,实现端到端性能监控。

KIP-1106:消费者客户端支持基于时长的偏移重置

新增auto.offset.reset.duration 配置,允许消费者在无初始偏移量或偏移量失效时,从指定时间点(如 24 小时前)开始消费,避免全量数据重处理。

KIP-1043:消费者组管理增强

针对KIP-848(新消费者组)和 KIP-932(共享组)引入的组类型,更新 kafka-groups.sh 工具以支持查看所有组类型,修复 Admin API 的兼容性问题。

KIP-1102:客户端主动重引导机制

客户端在元数据超时未更新或收到服务端错误码(如 FENCED_INSTANCE_ID)时,主动触发重引导,解决旧机制中元数据过时导致的阻塞问题。

KIP-896:移除旧版客户端协议API

首次移除了旧的协议 API 版本。

用户在将 Java 客户端(包括 Connect 和 Streams)升级到 4.0 版本之前,应确保broker版本为2.1或更高。

同样,用户在将broker升级到4.0版本之前,应确保其 Java 客户端版本为2.1或更高

KIP-1124:明确客户端升级路径

定义 Kafka 客户端、Streams 和 Connect 到 4.0 的升级步骤,强制阅读以避免升级风险。

KIP-653:升级至 Log4j2

日志框架迁移到Log4j2,提供 log4j-transform-cli 自动转换旧配置,但部分特性受限(如自定义 Appender)。

KIP-724:弃用消息格式 v0/v1

自 Kafka 3.0 弃用的消息格式v0v1

在 4.0 中彻底移除,仅支持v2+

KIP-750 & KIP-1013:Java版本支持变更

  • Kafka ClientsKafka StreamsJDK11+

  • brokerConnect和工具需JDK17+

KIP-1030:配置项默认值优化

调整多个配置的默认值(如num.io.threads 根据 CPU 核数动态设置),提升开箱即用体验。

总结

总的来说改动还挺多,最核心的改动还是默认使用KRaft模式运行。

Kafka StreamsKafka Connect也有一些改动,具体参考官网吧

黑客/网络安全学习路线

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网络安全/渗透测试法律法规必知必会****

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黑客/网络安全学习包

资料目录

  1. 成长路线图&学习规划

  2. 配套视频教程

  3. SRC&黑客文籍

  4. 护网行动资料

  5. 黑客必读书单

  6. 面试题合集

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3.SRC&黑客文籍

大家最喜欢也是最关心的SRC技术文籍&黑客技术也有收录

SRC技术文籍:

黑客资料由于是敏感资源,这里不能直接展示哦!

4.护网行动资料

其中关于HW护网行动,也准备了对应的资料,这些内容可相当于比赛的金手指!

5.黑客必读书单

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6.面试题合集

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