什么是Pulsar？

Apache Pulsar 是 Apache 软件基金会顶级项目，是下一代 云原生 分布式消息流平台，集消息、存储、轻量化函数式计算为一体，采用计算与存储分离架构设计，支持多租户、持久化存储、多机房跨区域数据复制，具有强一致性、高吞吐以及低延时的高可扩展流数据存储特性。

Pulsar 的关键特性

• Pulsar 的单个实例原生支持多个集群，可跨机房在集群间无缝地完成消息复制。
• 极低的发布延迟和端到端延迟。
• 可无缝扩展到超过 一百万 个 topic。
• 简单的客户端 API，支持 Java、Go、Python 和 C++。
• 支持多种 topic 订阅模式(独占订阅、共享订阅、故障转移订阅)。
• 通过 Apache BookKeeper 提供的持久化消息存储机制保证消息传递 。
• 由轻量级的 serverless 计算框架 Pulsar Functions 实现流原生的数据处理。
• 基于 Pulsar Functions 的 serverless connector 框架 Pulsar IO 使得数据更易移入、移出 Apache Pulsar。
• 分层式存储可在数据陈旧时，将数据从热存储卸载到冷/长期存储(如S3、GCS)中。

Pulsar vs Kafka

下方链接为 Pulsar与 Kafka详细对比报告，可自行下载查看

https://streamnative.io/en/blog/tech/2020-07-08-pulsar-vs-kafka-part-1

https://streamnative.io/zh/blog/tech/2020-07-22-pulsar-vs-kafka-part-2

• 性能与可用性

基准测试(StreamNative)

数据来源

https://mp.weixin.qq.com/s/UZJTOEpzX8foUJv9XMJxOw

https://streamnative.io/en/blog/tech/2020-11-09-benchmark-pulsar-kafka-performance

https://streamnative.io/whitepaper/benchmark-pulsar-vs-kafka

• 吞吐量(Throughput)

在与 Kafka 的持久性保证相同的情况下， Pulsar 可达到 605 MB /s 的发布和端到端 吞吐量 (与 Kafka 相同)以及 3.5 GB/s 的 catch-up read 吞吐量(比 Kafka 高 3.5 倍)。Pulsar 的吞吐量不会因分区数量的增加和持久性级别的改变而受到影响，而 Kafka 的吞吐量会因分区数量或持久性级别的改变而受到严重影响。

• 延迟性(Latency)

在不同的测试实例(包括不同订阅数量、不同主题数量和不同持久性保证)中，Pulsar 的延迟显著低于 Kafka。Pulsar P99 延迟在 5 到 15 毫秒之间。Kafka P99 延迟可能长达数秒，并且会因主题数量、订阅数量和不同持久性保证而受到巨大影响。

• 功能性

1. 多语言客户端(C/C++、Python、Java、Go ...)
2. 管理工具(Pulsar Manager vs Kafka Manager)
3. 内置流处理Built-In Stream Processing(Pulsar Function vs Kafka Streams)
4. Rich Integrations (Pulsar Connectors)
5. Exactly-Once Processing
6. 日志压缩
7. 多租户(Pulsar)
8. 安全管理(Pulsar)

架构设计

Pulsar 采用存储和计算分离的软件架构。 在消息领域，Pulsar 是第一个将存储计算分离 云原生 架构落地的 开源 项目 。由于在 Broker 层不存储任何数据，这种架构为用户带来了更高的可用性、更灵活的扩容和管理、避免数据的 reblance 和 catch-up。

在 Apache Pulsar 的分层架构中，服务层 Broker 和存储层 BookKeeper 的每个节点都是对等的。Broker 仅仅负责消息的服务支持，不存储数据。这为服务层和存储层提供了瞬时的节点扩展和无缝的失效恢复。

持久化存储(Persistent storage)

Pulsar 使用 BookKeeper 分布式日志存储数据库作为存储组件，在底层使用日志作为存储模型。

Pulsar 将所有未确认消息(即未处理消息)存储在 BookKeeper 中的多个“bookie”服务器上。

BookKeeper 通过 Quorum Vote 的方式来实现数据的一致性，跟 Master/Slave 模式不同，BookKeeper 中每个节点也是对等的，对一份数据会 并发 地同时写入指定数目的存储节点。

一个Topic实际上是一个ledgers流。Ledger本身就是一个日志。所以一系列的子日志(Ledgers)组成了一个父日志(Topic)。

Ledgers追加到一个Topic，条目(消息或者一组消息)追加到Ledgers。Ledger一旦关闭是不可变的。Ledger作为最小的删除单元，也就是说我们不能删除单个条目而是去删除整个Ledger。

Ledgers本身也被分解为多个Fragment。Fragment是BookKeeper集群中最小的分布单元。

每个Ledger(由一个或多个Fragment组成)可以跨多个BookKeeper节点(Bookies)进行复制，以实现数据容灾和提升读取性能。每个Fragment都在一组不同的Bookies中复制(存在足够的Bookies)。

conf/bookkeeper.conf

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## Server parameters

#############################################################################

# Directories BookKeeper outputs its write ahead log.

# Could define multi directories to store write head logs, separated by ','.

journalDirectories=/data/appData/pulsar/bookkeeper/journal

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## Ledger storage settings

#############################################################################

# Directory Bookkeeper outputs ledger snapshots

# could define multi directories to store snapshots, separated by ','

ledgerDirectories=/data/appData/pulsar/bookkeeper/ledgers

conf/broker.conf

### --- Managed Ledger --- ###

# Number of bookies to use when creating a ledger

managedLedgerDefaultEnsembleSize=2

# Number of copies to store for each message

managedLedgerDefaultWriteQuorum=2

# Number of guaranteed copies (acks to wait before write is complete)

managedLedgerDefaultAckQuorum=2

元数据存储(Metadata storage)

Pulsar 和BookKeeper都使用Apache Zookeeper 来存储元数据和监控节点健康状况。

$ $PULSAR_HOME/bin/pulsar zookeeper-shell

> ls /

[admin, bookies, counters, ledgers, loadbalance, managed-ledgers, namespace, pulsar, schemas, stream, zookeeper]

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