Kafka架构和高可用机制图解，阿里腾讯都在用，看不懂来找我

今天先来说说kafka吧，我看Hbase没什么人看，于是直接跳过，讲大家最喜欢的。

一、Kafka架构图

在一套kafka架构中有多个Producer，多个Broker,多个Consumer，每个Producer可以对应多个Topic，每个Consumer只能对应一个ConsumerGroup。

整个Kafka架构对应一个ZK集群，通过ZK管理集群配置，选举Leader，以及在consumer group发生变化时进行rebalance。

对于一个复杂的分布式系统，如果没有丰富的经验和牛逼的架构能力，很难把系统做得简单易维护，我们都知道，一个软件的生命周期中，后期维护占了70%，所以系统的可维护性是极其重要的， kafka 能成为大数据领域的事实标准，很大原因是因为运维起来很方便简单，今天我们来看下 kafka 是怎么来简化运维操作的。

kafka 使用多副本来保证消息不丢失，多副本就涉及到kafka的复制机制，在一个超大规模的集群中，时不时地这个点磁盘坏了，那个点cpu负载高了，出现各种各样的问题，多个副本之间的复制，如果想完全自动化容错，就要做一些考量和取舍了。我们举个例子说明下运维中面对的复杂性，我们都知道 kafka 有个 ISR集合，我先说明下这个概念：

kafka不是完全同步，也不是完全异步，是一种ISR机制：

1. leader会维护一个与其基本保持同步的Replica列表，该列表称为ISR(in-sync Replica)，每个Partition都会有一个ISR，而且是由leader动态维护

2. 如果一个follower比一个leader落后太多，或者超过一定时间未发起数据复制请求，则leader将其重ISR中移除

3. 当ISR中所有Replica都向Leader发送ACK时，leader才commit，这时候producer才能认为一个请求中的消息都commit了。

在这种机制下，如果一个 producer 一个请求发送的消息条数太多，导致flower瞬间落后leader太多怎么办?如果 follower不停的移入移出 ISR 会不会影响性能?如果对这种情况加了报警，就有可能造成告警轰炸，如果我们不加报警，如果是broker 挂掉或者 broker 因为IO性能或者GC问题夯住的情况导致落后leader太多，这种真正需要报警情况怎么办呢?

今天我们来看下 kafka 是怎么在设计上让我们完全避免这种运维中头疼的问题的。

二、kafka的复制机制

kafka 每个分区都是由顺序追加的不可变的消息序列组成，每条消息都一个唯一的offset 来标记位置。

kafka中的副本机制是以分区粒度进行复制的，我们在kafka中创建 topic的时候，都可以设置一个复制因子，这个复制因子决定着分区副本的个数，如果leader 挂掉了，kafka 会把分区主节点failover到其他副本节点，这样就能保证这个分区的消息是可用的。leader节点负责接收producer 打过来的消息，其他副本节点(follower)从主节点上拷贝消息。

kakfa 日志复制算法提供的保证是当一条消息在 producer 端认为已经 committed的之后，如果leader 节点挂掉了，其他节点被选举成为了 leader 节点后，这条消息同样是可以被消费到的。

这样的话，leader 选举的时候，只能从 ISR集合中选举，集合中的每个点都必须是和leader消息同步的，也就是没有延迟，分区的leader 维护ISR 集合列表，如果某个点落后太多，就从 ISR集合中踢出去。

producer 发送一条消息到leader节点后， 只有当ISR中所有Replica都向Leader发送ACK确认这条消息时，leader才commit，这时候producer才能认为这条消息commit了，正是因为如此，kafka客户端的写性能取决于ISR集合中的最慢的一个broker的接收消息的性能，如果一个点性能太差，就必须尽快的识别出来，然后从ISR集合中踢出去，以免造成性能问题。

三、一个副本怎么才算是跟得上leader的副本

一个副本不能 “caught up” leader 节点，就有可能被从 ISR集合中踢出去，我们举个例子来说明，什么才是真正的 “caught up” —— 跟leader节点消息同步。

kafka 中的一个单分区的 topic — foo，复制因子为 3 ，分区分布和 leader 和 follower 如下图，现在broker 2和3 是 follower 而且都在 ISR 集合中。我们设置replica.lag.max.messages 为4，只要 follower 只要不落后leader 大于3条消息，就然后是跟得上leader的节点，就不会被踢出去， 设置replica.lag.time.max.ms 为 500ms， 意味着只要 follower 在每 500ms内发送fetch请求，就不会被认为已经dead ，不会从ISR集合中踢出去。

现在 producer 发送一条消息，offset 为3， 这时候 broker 3 发生了 GC， 入下图：

因为 broker 3 现在在 ISR 集合中， 所以要么 broker 3 拉取同步上这条 offset 为3 的消息，要么 3 被从 ISR集合中踢出去，不然这条消息就不会 committed， 因为replica.lag.max.messages=4 为4， broker 3 只落后一条消息，不会从ISR集合中踢出去， broker 3 如果这时候 GC 100ms， GC 结束，然后拉取到 offset 为3的消息，就再次跟 leader 保持完全同步，整个过程一直在 ISR集合中，如下图：

四、什么时候一个副本才会从ISR集合中踢出去

（编辑：ASP站长网）