leader 選舉 和 follower 信息同步

如上圖所示李破，kafaka集群的 broker宠哄，和 Consumer 都需要連接 Zookeeper。
Producer 直接連接 Broker嗤攻。

Producer 把數(shù)據(jù)上傳到 Broker毛嫉，Producer可以指定數(shù)據(jù)有幾個(gè)分區(qū)、幾個(gè)備份妇菱。上面的圖中承粤，數(shù)據(jù)有兩個(gè)分區(qū) 0暴区、1，每個(gè)分區(qū)都有自己的副本：0'辛臊、 1'仙粱。

黃色的分區(qū)為 leader，白色的為 follower浪讳。

leader 處理 partition 的所有讀寫請(qǐng)求缰盏，與此同時(shí)，follower會(huì)被動(dòng)定期地去復(fù)制leader上的數(shù)據(jù)淹遵。 如下圖所示口猜，紅色的為 leader，綠色的為 follower透揣，leader復(fù)制自己到其他 Broker 中：

Topic 分區(qū)被放在不同的 Broker 中须尚，保證 Producer 和 Consumer 錯(cuò)開訪問 Broker，避免訪問單個(gè) Broker造成過度的IO壓力侍咱，使得負(fù)載均衡耐床。

Zookeeper 在 Kafka 中的作用

1、Broker注冊(cè)

Broker是分布式部署并且相互之間相互獨(dú)立楔脯，但是需要有一個(gè)注冊(cè)系統(tǒng)能夠?qū)⒄麄€(gè)集群中的Broker管理起來撩轰，此時(shí)就使用到了Zookeeper。在Zookeeper上會(huì)有一個(gè)專門用來進(jìn)行Broker服務(wù)器列表記錄的節(jié)點(diǎn)：

/brokers/ids

每個(gè)Broker在啟動(dòng)時(shí)昧廷，都會(huì)到Zookeeper上進(jìn)行注冊(cè)堪嫂，即到/brokers/ids下創(chuàng)建屬于自己的節(jié)點(diǎn)，如/brokers/ids/[0...N]木柬。

Kafka使用了全局唯一的數(shù)字來指代每個(gè)Broker服務(wù)器皆串，不同的Broker必須使用不同的Broker ID進(jìn)行注冊(cè)，創(chuàng)建完節(jié)點(diǎn)后眉枕，每個(gè)Broker就會(huì)將自己的IP地址和端口信息記錄到該節(jié)點(diǎn)中去恶复。其中，Broker創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)類型是臨時(shí)節(jié)點(diǎn)速挑，一旦Broker宕機(jī)谤牡，則對(duì)應(yīng)的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)也會(huì)被自動(dòng)刪除。

2梗摇、Topic注冊(cè)

在Kafka中拓哟，同一個(gè)Topic的消息會(huì)被分成多個(gè)分區(qū)并將其分布在多個(gè)Broker上想许，這些分區(qū)信息及與Broker的對(duì)應(yīng)關(guān)系也都是由Zookeeper在維護(hù)伶授，由專門的節(jié)點(diǎn)來記錄断序，如：

/borkers/topics

Kafka中每個(gè)Topic都會(huì)以/brokers/topics/[topic]的形式被記錄，如/brokers/topics/login和/brokers/topics/search等糜烹。Broker服務(wù)器啟動(dòng)后违诗，會(huì)到對(duì)應(yīng)Topic節(jié)點(diǎn)（/brokers/topics）上注冊(cè)自己的Broker ID并寫入針對(duì)該Topic的分區(qū)總數(shù)，如/brokers/topics/login/3->2疮蹦，這個(gè)節(jié)點(diǎn)表示Broker ID為3的一個(gè)Broker服務(wù)器诸迟，對(duì)于"login"這個(gè)Topic的消息，提供了2個(gè)分區(qū)進(jìn)行消息存儲(chǔ)愕乎，同樣阵苇，這個(gè)分區(qū)節(jié)點(diǎn)也是臨時(shí)節(jié)點(diǎn)。

3感论、生產(chǎn)者負(fù)載均衡

由于同一個(gè)Topic消息會(huì)被分區(qū)并將其分布在多個(gè)Broker上绅项，因此，生產(chǎn)者需要將消息合理地發(fā)送到這些分布式的Broker上比肄，那么如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者的負(fù)載均衡快耿，Kafka支持傳統(tǒng)的四層負(fù)載均衡，也支持Zookeeper方式實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡芳绩。

(1) 四層負(fù)載均衡掀亥，根據(jù)生產(chǎn)者的IP地址和端口來為其確定一個(gè)相關(guān)聯(lián)的Broker。通常妥色，一個(gè)生產(chǎn)者只會(huì)對(duì)應(yīng)單個(gè)Broker搪花，然后該生產(chǎn)者產(chǎn)生的消息都發(fā)往該Broker。這種方式邏輯簡(jiǎn)單垛膝，每個(gè)生產(chǎn)者不需要同其他系統(tǒng)建立額外的TCP連接鳍侣，只需要和Broker維護(hù)單個(gè)TCP連接即可。但是吼拥，其無法做到真正的負(fù)載均衡倚聚，因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)中的每個(gè)生產(chǎn)者產(chǎn)生的消息量及每個(gè)Broker的消息存儲(chǔ)量都是不一樣的，如果有些生產(chǎn)者產(chǎn)生的消息遠(yuǎn)多于其他生產(chǎn)者的話凿可，那么會(huì)導(dǎo)致不同的Broker接收到的消息總數(shù)差異巨大惑折，同時(shí)，生產(chǎn)者也無法實(shí)時(shí)感知到Broker的新增和刪除枯跑。

(2) 使用Zookeeper進(jìn)行負(fù)載均衡惨驶，由于每個(gè)Broker啟動(dòng)時(shí)，都會(huì)完成Broker注冊(cè)過程敛助，生產(chǎn)者會(huì)通過該節(jié)點(diǎn)的變化來動(dòng)態(tài)地感知到Broker服務(wù)器列表的變更粗卜，這樣就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的負(fù)載均衡機(jī)制。

4纳击、消費(fèi)者負(fù)載均衡

與生產(chǎn)者類似续扔，Kafka中的消費(fèi)者同樣需要進(jìn)行負(fù)載均衡來實(shí)現(xiàn)多個(gè)消費(fèi)者合理地從對(duì)應(yīng)的Broker服務(wù)器上接收消息攻臀，每個(gè)消費(fèi)者分組包含若干消費(fèi)者，每條消息都只會(huì)發(fā)送給分組中的一個(gè)消費(fèi)者纱昧，不同的消費(fèi)者分組消費(fèi)自己特定的Topic下面的消息刨啸，互不干擾。

5识脆、分區(qū) 與 消費(fèi)者 的關(guān)系

消費(fèi)組 (Consumer Group)：
consumer group 下有多個(gè) Consumer（消費(fèi)者）设联。
對(duì)于每個(gè)消費(fèi)者組 (Consumer Group)，Kafka都會(huì)為其分配一個(gè)全局唯一的Group ID灼捂，Group 內(nèi)部的所有消費(fèi)者共享該 ID离例。訂閱的topic下的每個(gè)分區(qū)只能分配給某個(gè) group 下的一個(gè)consumer(當(dāng)然該分區(qū)還可以被分配給其他group)。
同時(shí)悉稠，Kafka為每個(gè)消費(fèi)者分配一個(gè)Consumer ID粘招，通常采用"Hostname:UUID"形式表示。

在Kafka中偎球，規(guī)定了每個(gè)消息分區(qū) 只能被同組的一個(gè)消費(fèi)者進(jìn)行消費(fèi)洒扎，因此，需要在 Zookeeper 上記錄 消息分區(qū) 與 Consumer 之間的關(guān)系衰絮，每個(gè)消費(fèi)者一旦確定了對(duì)一個(gè)消息分區(qū)的消費(fèi)權(quán)力袍冷，需要將其Consumer ID 寫入到 Zookeeper 對(duì)應(yīng)消息分區(qū)的臨時(shí)節(jié)點(diǎn)上，例如：

/consumers/[group_id]/owners/[topic]/[broker_id-partition_id]

其中猫牡，[broker_id-partition_id]就是一個(gè) 消息分區(qū) 的標(biāo)識(shí)胡诗，節(jié)點(diǎn)內(nèi)容就是該 消息分區(qū) 上 消費(fèi)者的Consumer ID。

6淌友、消息 消費(fèi)進(jìn)度Offset 記錄

在消費(fèi)者對(duì)指定消息分區(qū)進(jìn)行消息消費(fèi)的過程中煌恢，需要定時(shí)地將分區(qū)消息的消費(fèi)進(jìn)度Offset記錄到Zookeeper上，以便在該消費(fèi)者進(jìn)行重啟或者其他消費(fèi)者重新接管該消息分區(qū)的消息消費(fèi)后震庭，能夠從之前的進(jìn)度開始繼續(xù)進(jìn)行消息消費(fèi)瑰抵。Offset在Zookeeper中由一個(gè)專門節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄，其節(jié)點(diǎn)路徑為:

/consumers/[group_id]/offsets/[topic]/[broker_id-partition_id]

節(jié)點(diǎn)內(nèi)容就是Offset的值器联。

7二汛、消費(fèi)者注冊(cè)

消費(fèi)者服務(wù)器在初始化啟動(dòng)時(shí)加入消費(fèi)者分組的步驟如下

注冊(cè)到消費(fèi)者分組。每個(gè)消費(fèi)者服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)拨拓，都會(huì)到Zookeeper的指定節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建一個(gè)屬于自己的消費(fèi)者節(jié)點(diǎn)肴颊，例如/consumers/[group_id]/ids/[consumer_id]，完成節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建后渣磷，消費(fèi)者就會(huì)將自己訂閱的Topic信息寫入該臨時(shí)節(jié)點(diǎn)婿着。

對(duì) 消費(fèi)者分組 中的 消費(fèi)者 的變化注冊(cè)監(jiān)聽。每個(gè) 消費(fèi)者 都需要關(guān)注所屬 消費(fèi)者分組 中其他消費(fèi)者服務(wù)器的變化情況，即對(duì)/consumers/[group_id]/ids節(jié)點(diǎn)注冊(cè)子節(jié)點(diǎn)變化的Watcher監(jiān)聽竟宋，一旦發(fā)現(xiàn)消費(fèi)者新增或減少奥务，就觸發(fā)消費(fèi)者的負(fù)載均衡。

對(duì)Broker服務(wù)器變化注冊(cè)監(jiān)聽袜硫。消費(fèi)者需要對(duì)/broker/ids/[0-N]中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)聽，如果發(fā)現(xiàn)Broker服務(wù)器列表發(fā)生變化挡篓，那么就根據(jù)具體情況來決定是否需要進(jìn)行消費(fèi)者負(fù)載均衡婉陷。

進(jìn)行消費(fèi)者負(fù)載均衡。為了讓同一個(gè)Topic下不同分區(qū)的消息盡量均衡地被多個(gè) 消費(fèi)者 消費(fèi)而進(jìn)行 消費(fèi)者 與 消息 分區(qū)分配的過程官研，通常秽澳，對(duì)于一個(gè)消費(fèi)者分組，如果組內(nèi)的消費(fèi)者服務(wù)器發(fā)生變更或Broker服務(wù)器發(fā)生變更戏羽，會(huì)發(fā)出消費(fèi)者負(fù)載均衡担神。

以下是kafka在zookeep中的詳細(xì)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖：

補(bǔ)充

早期版本的 kafka 用 zk 做 meta 信息存儲(chǔ)，consumer 的消費(fèi)狀態(tài)始花，group 的管理以及 offse t的值妄讯。考慮到zk本身的一些因素以及整個(gè)架構(gòu)較大概率存在單點(diǎn)問題酷宵，新版本中確實(shí)逐漸弱化了zookeeper的作用亥贸。新的consumer使用了kafka內(nèi)部的group coordination協(xié)議，也減少了對(duì)zookeeper的依賴