Kafka(カフカ)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

Kafkaは、大量のデータをリアルタイムに処理することに特化した、分散イベントストリーミングプラットフォームである。もともとはLinkedIn社で開発され、現在はApacheソフトウェア財団によってオープンソースソフトウェアとして管理されている。システム間で発生する膨大な量のデータストリーム、すなわち「イベント」を、高速かつ確実に取り扱うための基盤として広く利用されている。Kafkaの主な役割は、データを生成するシステム（プロデューサー）と、そのデータを利用するシステム（コンシューマー）の間に立ち、両者を仲介することである。この仲介役がいることで、プロデューサーとコンシューマーは互いに直接通信する必要がなくなり、それぞれが独立して動作できる「疎結合」なシステム設計が可能になる。これにより、システムの柔軟性、拡張性、耐障害性が大幅に向上する。

Kafkaのアーキテクチャは、いくつかの主要なコンポーネントで構成されている。まず、データの発信元となるのが「プロデューサー」である。これは、アプリケーションやサーバーなど、メッセージを生成してKafkaに送信するクライアントを指す。一方、Kafkaからデータを受信して処理するのが「コンシューマー」である。プロデューサーとコンシューマーがやり取りするデータは「メッセージ」と呼ばれ、これらは「トピック」というカテゴリ単位で管理される。トピックは、ファイルシステムのフォルダのように、メッセージを論理的に分類するための名前空間である。例えば、「user_activity」や「payment_log」といったトピックを作成し、関連するメッセージをまとめて扱うことができる。

Kafkaクラスタは、一つ以上の「ブローカー」と呼ばれるサーバーから構成される。ブローカーはメッセージを実際に保存し、プロデューサーからの書き込み要求やコンシューマーからの読み取り要求を処理する役割を担う。高いスループットとスケーラビリティを実現するため、一つのトピックはさらに複数の「パーティション」に分割される。各パーティションは、メッセージが追加された順に並んだログ構造を持っており、それぞれのメッセージには「オフセット」と呼ばれる一意の連番が割り当てられる。このパーティション分割により、一つのトピックに対する読み書きを複数のブローカーに分散させ、並列処理を可能にしている。

耐障害性を確保するために、Kafkaはレプリケーション（複製）の仕組みを備えている。各パーティションは、複数のブローカーにコピーが作成される。そのうちの一つがリーダーとなり、読み書きを担当し、残りはフォロワーとしてリーダーのデータを同期する。リーダーのブローカーに障害が発生した場合、フォロワーの中から新しいリーダーが自動的に選出され、サービスの継続性を保つ。

コンシューマーは「コンシューマーグループ」という単位で動作する。一つのコンシューマーグループに属する複数のコンシューマーは、協力して一つのトピックからメッセージを消費する。具体的には、トピック内の各パーティションは、グループ内のいずれか一つのコンシューマーにのみ割り当てられる。これにより、メッセージが重複して処理されることを防ぎつつ、コンシューマーの数を増やすことで処理能力を簡単にスケールアウトできる。コンシューマーは自身がどこまでメッセージを読み取ったかをオフセットによって管理するため、障害からの復旧時にも中断した箇所から処理を再開できる。

これらのクラスタ全体の管理、例えばブローカーの状態やトピックの設定情報などは、かつてはApache ZooKeeperという別のコンポーネントによって行われていた。しかし、近年のバージョンではZooKeeperへの依存をなくし、Kafka自身がメタデータを管理するKRaftモードが導入され、運用がより簡素化されている。

Kafkaが持つ際立った特徴は、その高い性能と信頼性にある。ディスクへのシーケンシャルな書き込みを基本とすることで、非常に高いスループットを実現する。また、メッセージはコンシューマーに読み取られてもすぐには削除されず、設定された期間やサイズに基づいてディスク上に保持される「永続性」を持つ。これにより、データの損失リスクを低減し、必要に応じて過去のデータを再処理することも可能である。

Kafkaのユースケースは多岐にわたる。Webサイトのクリックストリームやアプリケーションのログなど、大量のデータをリアルタイムに収集・集約するログ収集基盤としての利用は代表的である。また、マイクロサービスアーキテクチャにおいて、各サービス間の非同期なデータ連携を担うメッセージングシステムとしても活用される。さらに、IoTデバイスから送られてくるセンサーデータや金融取引のデータなどをリアルタイムに分析し、不正検知やモニタリングを行うイベント駆動型アプリケーションの基盤としても重要な役割を果たす。このように、Kafkaは現代のデータ集約、処理、連携の要となる技術であり、データ駆動型のシステムを構築する上で不可欠な存在となっている。