摘要：2025年3月18日，Kafka 迎来了具有里程碑意义的 4.0 版本更新，这次更新不仅带来了性能的显著提升，更在功能和架构上实现了全面革新，为开发者和运维人员解锁了前所未有的技术可能性。下面，让我们深入剖析 Kafka 4.0 的新特性，探究其背后的技术逻辑
2025年3月18日，Kafka 迎来了具有里程碑意义的 4.0 版本更新，这次更新不仅带来了性能的显著提升，更在功能和架构上实现了全面革新，为开发者和运维人员解锁了前所未有的技术可能性。下面，让我们深入剖析 Kafka 4.0 的新特性，探究其背后的技术逻辑与应用场景。
Kafka 4.0 最引人瞩目的变化之一，当属其默认运行在 KRaft（Kafka Raft）模式下，彻底摆脱了对 Apache ZooKeeper 的依赖。在 Kafka 的发展历程中，ZooKeeper 曾是其核心组件，负责协调分布式系统中的元数据管理、Broker 注册、主题分区分配等关键任务。然而，随着 Kafka 功能的不断丰富与用户规模的持续扩大，ZooKeeper 逐渐成为系统部署和运维中的一个复杂性来源，增加了运营成本与管理难度。
KRaft 模式的引入，标志着 Kafka 在架构上的自我进化达到了一个新高度。通过采用基于 Raft 一致性算法的共识机制，Kafka 将元数据管理内嵌于自身体系，实现了对 ZooKeeper 的无缝替代。这一转变带来了多方面的显著优势：
简化部署与运维：运维人员无需再为维护 ZooKeeper 集群投入额外精力，降低了整体运营开销。新架构减少了系统的复杂性，使得 Kafka 的安装、配置和日常管理变得更加直观和高效。增强可扩展性：KRaft 模式下，Kafka 集群的扩展性得到了进一步提升。新增 Broker 节点的加入流程更加简便，能够更好地适应大规模数据处理场景下对系统资源动态调整的需求。提升系统性能与稳定性：去除 ZooKeeper 这一外部依赖后，Kafka 在元数据操作的响应速度和一致性方面表现出色。尤其是在高并发写入和读取场景下，系统的稳定性和可靠性得到了增强，减少了因外部组件故障可能导致的单点问题。对于正在使用 Kafka 的团队而言，这一变革意味着需要重新审视现有的部署架构和运维流程，以充分利用 KRaft 模式带来的优势。同时，这也为新用户降低了入门门槛，使他们能够更轻松地搭建和使用 Kafka 集群。
在大规模数据处理场景中，消费者组的重平衡操作一直是影响系统性能和用户体验的关键环节。Kafka 4.0 通过引入新的消费者组协议（KIP-848），对这一核心功能进行了深度优化。传统上，当消费者组内的成员发生变化（如消费者实例的加入或退出）时，整个组会触发重平衡过程，以重新分配分区的消费任务。然而，这一过程往往会导致短暂的停机时间和延迟增加，尤其是在消费者组规模较大或分区数量较多的情况下。 新的消费者组协议将重平衡逻辑从客户端转移到了服务器端，从根本上解决了上述问题。具体而言，代理端现在承担了更多的协调工作，能够更智能地管理和调度分区分配。这种架构调整带来了以下显著改进：
减少停机时间：重平衡过程变得更加高效和快速，消费者组能够以更短的时间恢复正常的消费工作，最大限度地降低了对业务连续性的影响。降低延迟：优化后的重平衡机制减少了因网络通信和数据同步导致的延迟，提高了消费者组对消息的处理效率，使得系统能够更及时地响应业务需求。提升可靠性：新的协议增强了消费者组在面对网络波动或节点故障时的稳定性，确保了数据消费的连续性和完整性，避免了因重平衡失败可能导致的数据丢失或重复消费问题。对于需要处理海量消息的实时数据分析、日志监控等应用场景，这一改进无疑具有重要意义。开发者可以构建更具弹性和高效性的消费端架构，以满足日益增长的数据处理需求。
Kafka 4.0 新增的队列功能（KIP-932），为开发者提供了更为灵活的消息处理模式选择。传统上，Kafka 以其强大的发布 - 订阅模型著称，适用于一对多的消息广播场景。然而，在某些特定场景下，如点对点的消息传递、任务分配等，传统的队列语义更具优势。 通过引入 “共享组” 这一创新概念，Kafka 成功地将队列语义融入其核心功能之中。共享组允许多个消费者协同处理同一个分区的消息，实现了消息的公平共享和顺序消费。这一特性不仅丰富了 Kafka 的消息处理模式，还拓展了其在多种业务场景下的应用可能性：
支持传统队列场景：对于需要保证消息严格顺序且仅由一个消费者处理的场景，如订单处理、任务调度等，Kafka 的队列功能能够完美适配，提供高效、可靠的消息传递服务。提升资源利用率：共享组机制使得多个消费者能够动态地共享分区资源，根据业务负载自动调整消费速率，提高了系统资源的利用率和整体吞吐量。简化架构设计：开发者无需在 Kafka 与其他专门的队列系统之间进行复杂的集成和数据迁移，即可满足多样化的消息处理需求，降低了系统架构的复杂性。这一特性的推出，使得 Kafka 在消息中间件领域的竞争力进一步增强，能够更好地满足企业在构建复杂分布式系统时对消息传递多样性的要求。
随着 Kafka 4.0 的发布，其对 Java 版本的要求也相应提高，Kafka 客户端和 Kafka Streams 需要 Java 11，而 Kafka 代理、Connect 和相关工具则需要 Java 17。这一升级举措具有多方面的重要意义：
性能优化：较新的 Java 版本在性能方面有了显著提升，包括更快的 JIT 编译器、优化的垃圾回收机制等。这将直接反映在 Kafka 的运行效率上，提高消息处理速度和系统响应能力。安全增强：新版本的 Java 修复了众多安全漏洞，并引入了更强大的安全特性。升级到指定的 Java 版本，能够确保 Kafka 系统在日益复杂的网络安全环境中具备更高的安全性，保护数据的完整性和保密性。功能扩展：Java 11 和 17 引入了许多新特性和 API，如 HttpClient、Switch 表达式增强等。这些新特性为 Kafka 的开发和扩展提供了更多可能性，有助于构建更现代化、功能更强大的应用程序。对于使用 Kafka 的项目团队而言，这一变化提醒他们在升级 Kafka 版本时，务必同步检查和更新 Java 运行环境，以确保系统的兼容性和稳定性。同时，这也是推动团队技术栈升级，拥抱现代化开发工具和实践的良好契机。
为了保持平台的简洁性和可持续发展，Kafka 4.0 删除了至少 12 个月前被废弃的 API。这一举措虽然可能对部分依赖旧 API 的项目造成一定影响，但从长远来看，具有诸多积极意义：
鼓励采用新功能：通过移除旧 API，Kafka 团队引导开发者积极拥抱新的特性和改进，促进技术的不断进步和创新。新 API 往往经过更充分的优化和测试，能够提供更好的性能、易用性和功能扩展性。降低维护成本：减少 API 的维护负担，使开发团队能够将更多精力集中在核心功能的开发和优化上，加快新特性的发布周期，提升整个 Kafka 生态系统的迭代速度。提升开发体验：一个简洁、一致的 API 设计有助于减少开发者的学习成本和认知负担，使他们能够更专注于业务逻辑的实现，提高开发效率和代码质量。在进行项目升级时，开发者需要仔细审查代码中使用的 API，及时替换已废弃的调用，以确保系统在新版本下的正常运行。同时，这也是一个梳理代码、优化架构的绝佳机会，有助于提升项目的整体技术水平。
除了上述主要特性外，Kafka 4.0 还在多个方面进行了优化和增强：
事务服务器端防御（KIP-890）：降低了生产者故障期间"僵尸事务"的可能性，进一步提高了数据传输的可靠性。在分布式系统中，事务的一致性始终是一个关键挑战，这一改进为解决该问题提供了更有力的保障。合格领导者副本（KIP-966）：引入了合格领导者副本（ELR）的预览版，确保了领导者选举的安全性，防止数据丢失。这在高可用性和容错性要求严格的场景下，具有重要的应用价值。预投票机制（KIP-996）：通过允许节点在启动选举前检查其领导资格，减少了不必要的 KRaft 领导者选举，提高了集群的稳定性和运行效率。这一机制能够有效避免因网络波动或短暂问题引发的频繁选举，保障系统的持续稳定运行。Kafka Streams 作为 Kafka 生态系统中的重要组件，用于构建实时流处理应用程序，在 Kafka 4.0 中也得到了显著优化：
KIP-1104：允许在 KTable 连接中从键和值中提取外键：这一改进简化了连接操作，减少了存储开销，并为开发者提供了更直观的体验。KIP-1112：允许自定义处理器包装：通过引入 ProcessorWrapper 接口，简化了在 Kafka Streams 中应用横切逻辑，减少了手动将逻辑集成到每个处理器中而产生的维护开销。KIP-1065：向 ProductionExceptionHandler 添加 "retry" 返回选项：解决了 Kafka Streams 中的持续错误问题，提供了可定制的错误处理，使得可以重试、优雅地失败或丢弃有问题的记录，从而继续高效地处理。KIP-1091：改进 Kafka Streams 运算符指标：为每个 StreamThread 和客户端实例添加了状态度量，提供了对应用程序状态的详细可见性。Kafka Connect 是一个用于在 Kafka 和其他数据系统之间进行可扩展且可靠的数据集成工具，在 Kafka 4.0 中也得到了多项增强：
KIP-1040：改进 InsertField、ExtractField 和其他转换中可空值的处理：添加更多配置旋钮以处理空值。KIP-1031：在 MirrorSourceConnector 中控制偏移量转换：添加 emit.offset-syncs.enabled 配置，可用于禁用配置同步。KIP-1017：Kafka Connect 的健康检查端点：添加一个 REST 端点，可用于确定 Kafka Connect 工作进程是否健康。以上就是Kafka4.0版本带来的改变。
来源：散文随风想
