O que é Kafka? Como começar com esse Broker de Msg?

O Apache Kafka é uma plataforma de streaming distribuída de código aberto usada para construir pipelines de dados e aplicativos em tempo real.

Criado pelo LinkedIn e posteriormente desenvolvido como um projeto de código aberto pela Apache Software Foundation, o Kafka é altamente escalável, durável e capaz de lidar com grandes volumes de dados em tempo real.

Arquitetura do Apache Kafka:

O Kafka é baseado em uma arquitetura de mensagens distribuídas. Ele consiste em alguns componentes principais:

  1. Productor (Producer): São os aplicativos ou sistemas que enviam dados para o Kafka. Eles publicam mensagens em tópicos específicos.
  2. Broker: É o núcleo do Kafka. Os Brokers armazenam os dados e são responsáveis pelo armazenamento, recebimento e replicação das mensagens.
  3. Tópico (Topic): É uma categoria específica para as mensagens. Os produtores publicam mensagens em tópicos e os consumidores as leem desses tópicos.
  4. Consumidor (Consumer): São os aplicativos ou sistemas que recebem e processam os dados do Kafka. Eles consomem mensagens de tópicos específicos.
o que é apache kafka

Casos de Uso deste Broker:

  1. Streaming de Dados em Tempo Real: É amplamente usado em cenários que exigem o processamento de fluxos contínuos de dados, como análise em tempo real, monitoramento de infraestrutura, entre outros.
  2. Integração de Sistemas: Usado para integrar diferentes sistemas e aplicativos, permitindo a troca de dados de forma eficiente e confiável.
  3. Registro de Atividades (Log): Muitas vezes é utilizado como um log para várias operações, permitindo a auditoria e rastreamento de eventos.

Iniciando um Projeto Kafka com Spring Boot

Vamos iniciar as configurações em nosso projeto Spring Boot para integrar o Apache Kafka. Vamos começar um passo a passo de como configurar um ambiente de comunicação entre produtores e consumidores utilizando o Apache Kafka em conjunto com o Spring Boot:

Download ou Diretamente por um Container Docker

Se você não tem o Kafka intalado em sua máquina, pode conferir o site oficial do Apache Kafka, ou se preferir pode baixar uma imagem Docker para sua máquina, com os seguintes comandos e configurando da forma que preferir:

# Baixar a imagem do Apache Kafka
docker pull confluentinc/cp-kafka

# Criar e executar um contêiner Kafka
docker run -d \
  --name kafka \
  -p 9092:9092 \
  -e KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS=PLAINTEXT://localhost:9092 \
  confluentinc/cp-kafka

Após esse procedimento já temos o Kafka rodando localmente, agora vamos iniciar as configurações em nosso projeto Spring Boot:

No arquivo pom.xml precisamos adicionar as dependências necessárias para prosseguirmos com o passo a passo:

<dependencies>
    <!-- Dependência do Spring Boot -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
    </dependency>

    <!-- Dependência do Apache Kafka -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.kafka</groupId>
        <artifactId>spring-kafka</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

Bom, com a dependência adicionada, precisamos configurar nosso arquivo properties, no meu caso estou utilizando no formato Yaml:

spring:
  kafka:
    consumer:
      bootstrap-servers: localhost:9092 # Endereço do servidor do Kafka
      group-id: group_id # ID do grupo para o consumidor
      auto-offset-reset: earliest # Configuração de reset do offset para o consumidor
    producer:
      bootstrap-servers: localhost:9092 # Endereço do servidor do Kafka

Talvez algumas configurações não precisam necessariamente serem configuradas, mais resolvi deixar para não ter nenhum problema, agora precisamos iniciar nossas classes de configurações de Produtor e Consumidor:

package br.com.virandoprogramador.kafkaexemple

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.kafka.core.KafkaTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class KafkaProducerService {

    private static final String TOPIC = "nome-do-seu-topico"; // Substitua pelo nome do seu tópico

    @Autowired
    private KafkaTemplate<String, String> kafkaTemplate;

    public void sendMessage(String message) {
        kafkaTemplate.send(TOPIC, message);
        System.out.println("Mensagem enviada: " + message);
    }
}

A classe KafkaProducerService atua como uma interface entre a lógica de negócios da aplicação e o sistema de mensagens do Kafka, permitindo que a aplicação envie informações relevantes para o Kafka, onde podem ser consumidas por outros componentes, como o KafkaConsumerService, para processamento posterior.

Resumindo sobre o método

O método sendMessage na classe KafkaProducerService é usado para enviar uma mensagem para um tópico definido no Kafka. Este método geralmente recebe um parâmetro representando a mensagem a ser enviada. Dentro desse método, o KafkaTemplate é utilizado para publicar a mensagem no tópico correspondente no Kafka.

package br.com.virandoprogramador.kafkaexemple

import org.springframework.kafka.annotation.KafkaListener;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class KafkaConsumerService {

    private static final String TOPIC = "nome-do-seu-topico"; // Substitua pelo nome do seu tópico

    @KafkaListener(topics = TOPIC, groupId = "group_id")
    public void consume(String message) {
        System.out.println("Mensagem recebida: " + message);
    }
}

Dentro da classe KafkaConsumerService, é comum encontrar o uso da anotação @KafkaListener. Essa anotação é uma funcionalidade fornecida pelo Spring Kafka que permite que um método específico dentro da classe atue como um consumidor do Kafka para um determinado tópico. O @KafkaListener especifica o tópico a ser ouvido e o grupo de consumidores associado a esse ouvinte.

O método anotado com @KafkaListener deve ter a lógica de processamento para as mensagens recebidas do tópico do broker. Quando uma mensagem é publicada no tópico correspondente, o Kafka chama automaticamente o método marcado com @KafkaListener, passando a mensagem recebida como parâmetro para ser processada conforme a necessidade da aplicação.

Agora precisamos configurar a classe de Config do Kafka, para dizer ao Spring como as mensagens deve ser serializadas:

package br.com.virandoprogramador.kafkaexemple

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.kafka.core.DefaultKafkaProducerFactory;
import org.springframework.kafka.core.KafkaTemplate;
import org.springframework.kafka.core.ProducerFactory;
import org.springframework.kafka.support.serializer.JsonSerializer;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

@Configuration
public class KafkaConfig {

    @Bean
    public ProducerFactory<String, String> producerFactory() {
        Map<String, Object> config = new HashMap<>();
        config.put(org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG, "localhost:9092"); 
        config.put(org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig.
                   KEY_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer.class);
        config.put(org.apache.kafka.clients.producer.ProducerConfig.
                   VALUE_SERIALIZER_CLASS_CONFIG, org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer.class);
        return new DefaultKafkaProducerFactory<>(config);
    }

    @Bean
    public KafkaTemplate<String, String> kafkaTemplate() {
        return new KafkaTemplate<>(producerFactory());
    }
}

Normalmente, essa classe também é usada para definir configurações específicas do Kafka, como o endereço dos servidores do Kafka, serializadores para chaves e valores das mensagens, e outras configurações relacionadas à produção e consumo de mensagens.

Essa configuração permite ao aplicativo criar um KafkaTemplate devidamente configurado, que pode ser injetado em outras partes do código para enviar mensagens para tópicos do Kafka de maneira eficiente e confiável.

Bom, finalizamos nossas configurações, no geral os projetos feitos com Spring Boot utilizam essas configurações bases, para todo projeto inicial você irá utilizar configurações como estas, pois é a base do funcionamento de um projeto com Mensagerias Pub/Sub.

Quando usar o Apache Kafka?

O Apache Kafka é uma escolha adequada em uma variedade de situações e cenários, especialmente quando se trata de lidar com fluxos massivos de dados, comunicação em tempo real e integração de sistemas distribuídos.

Separei 4 casos comuns em que o Apache Kafka é altamente recomendado:

1. Streaming de Dados em Tempo Real:

  • Processamento de Eventos em Tempo Real: Quando há necessidade de processar e reagir a eventos em tempo real, como em análises de dados em tempo real, monitoramento de aplicativos, detecção de fraudes, entre outros.
  • Arquiteturas Orientadas a Eventos: Para construir arquiteturas orientadas a eventos, onde vários serviços podem se comunicar por meio de mensagens assíncronas, permitindo escalabilidade e desacoplamento entre componentes.

2. Integração de Sistemas:

  • Integração de Microsserviços e Aplicações Distribuídas: Para conectar sistemas heterogêneos e microsserviços, permitindo a troca de mensagens de forma eficiente e confiável entre diferentes partes de uma arquitetura distribuída.

3. Big Data e Processamento de Dados:

  • Ingestão e Processamento de Grandes Volumes de Dados: Quando há a necessidade de lidar com grandes volumes de dados em tempo real, armazenar e processar logs, eventos, métricas, e realizar análises posteriormente.

4. Tolerância a Falhas e Escalabilidade:

  • Arquiteturas Tolerantes a Falhas: Quando é crucial ter alta disponibilidade, durabilidade e capacidade de se recuperar automaticamente de falhas no sistema.

Conclusão sobre o Apache Kafka:

O Kafka oferece uma arquitetura sólida de mensagens distribuídas, composta por produtores, consumidores e tópicos, permitindo a troca de dados de maneira confiável e eficiente.

Sua flexibilidade e capacidade de processar fluxos de dados em tempo real o tornam ideal para uma variedade de casos de uso, desde análises em tempo real até integração de sistemas distribuídos e processamento de grandes volumes de dados.

Porém ele não é o único, existe outros como: RabbitMQ, IBM MQ, Sqs da AWS, entre outros.

Além disso, o Kafka proporciona:

  • Escalabilidade Horizontal: Pode ser facilmente dimensionado adicionando mais nós ao cluster, permitindo lidar com volumes crescentes de dados.
  • Durabilidade e Tolerância a Falhas: As mensagens são persistidas, garantindo alta durabilidade, enquanto a replicação garante a tolerância a falhas.
  • Baixa Latência: Permite o processamento rápido de eventos em tempo real, atendendo a demandas de aplicações sensíveis a latência.
  • Ecossistema Amplo: Possui uma comunidade vibrante e oferece integrações com várias ferramentas e frameworks, facilitando sua adoção em diferentes ambientes.

Pontos Positivos do Apache Kafka:

  • Excelente para streaming de dados em tempo real e processamento de eventos.
  • Altamente escalável e capaz de lidar com grandes volumes de dados.
  • Durabilidade e tolerância a falhas por meio da replicação de mensagens.
  • Grande comunidade de desenvolvedores e ecossistema robusto.

Pontos Negativos do Apache Kafka:

  • Complexidade inicial de configuração: Pode ser desafiador configurar e entender todos os aspectos do Kafka, especialmente para iniciantes.
  • Requer manutenção e monitoramento contínuos para garantir um desempenho adequado e a integridade dos dados.
  • Pode ser overkill para cenários simples ou aplicações com baixo volume de dados.

Em resumo, o Apache Kafka é uma ferramenta poderosa para lidar com fluxos de dados em tempo real, mas sua implementação eficaz requer uma compreensão aprofundada de seus conceitos e funcionalidades.

Se usado adequadamente, Este Broker pode ser um ativo valioso para uma variedade de aplicações que demandam processamento de dados em tempo real, integração de sistemas distribuídos e escalabilidade.

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