kafka是一個分布式、支持分區(qū)的（partition）、多副本的（replica），基于zookeeper協(xié)調(diào)的分布式消息系統(tǒng)，它的最大的特性就是可以實時的處理大量數(shù)據(jù)以滿足各種需求場景。

2.1 基礎(chǔ)架構(gòu)與名詞解釋

• Producer：Producer即生產(chǎn)者，消息的產(chǎn)生者，是消息的入口。
• Broker：Broker是kafka實例，每個服務(wù)器上有一個或多個kafka的實例，我們姑且認為每個broker對應(yīng)一臺服務(wù)器。每個kafka集群內(nèi)的broker都有一個不重復(fù)的編號，如圖中的broker-0、broker-1等……
• Topic：消息的主題，可以理解為消息的分類，kafka的數(shù)據(jù)就保存在topic。在每個broker上都可以創(chuàng)建多個topic。
• Partition：Topic的分區(qū)，每個topic可以有多個分區(qū)，分區(qū)的作用是做負載，提高kafka的吞吐量。同一個topic在不同的分區(qū)的數(shù)據(jù)是不重復(fù)的，partition的表現(xiàn)形式就是一個一個的文件夾！
• Replication:每一個分區(qū)都有多個副本，副本的作用是做備胎。當(dāng)主分區(qū)（Leader）故障的時候會選擇一個備胎（Follower）上位，成為Leader。在kafka中默認副本的最大數(shù)量是10個，且副本的數(shù)量不能大于Broker的數(shù)量，follower和leader絕對是在不同的機器，同一機器對同一個分區(qū)也只可能存放一個副本（包括自己）。
• Message：每一條發(fā)送的消息主體。
• Consumer：消費者，即消息的消費方，是消息的出口。
• Consumer Group：我們可以將多個消費組組成一個消費者組，在kafka的設(shè)計中同一個分區(qū)的數(shù)據(jù)只能被消費者組中的某一個消費者消費。同一個消費者組的消費者可以消費同一個topic的不同分區(qū)的數(shù)據(jù)，這也是為了提高kafka的吞吐量！
• Zookeeper：kafka集群依賴zookeeper來保存集群的的元信息，來保證系統(tǒng)的可用性。

2.2 工作流程分析

2.2.1 發(fā)送數(shù)據(jù)

kafka為什么要做分區(qū)呢？分區(qū)的主要目的是：

• 方便擴展：因為一個topic可以有多個partition，所以我們可以通過擴展機器去輕松的應(yīng)對日益增長的數(shù)據(jù)量。
• 提高并發(fā)：以partition為讀寫單位，可以多個消費者同時消費數(shù)據(jù)，提高了消息的處理效率。

• partition在寫入的時候可以指定需要寫入的partition，如果有指定，則寫入對應(yīng)的partition。
• 如果沒有指定partition，但是設(shè)置了數(shù)據(jù)的key，則會根據(jù)key的值hash出一個partition。
• 如果既沒指定partition，又沒有設(shè)置key，則會輪詢選出一個partition。

通過上圖中的通過ACK應(yīng)答機制！在生產(chǎn)者向隊列寫入數(shù)據(jù)的時候可以設(shè)置參數(shù)來確定是否確認kafka接收到數(shù)據(jù)，這個參數(shù)可設(shè)置的值為0、1、all。

• 0代表producer往集群發(fā)送數(shù)據(jù)不需要等到集群的返回，不確保消息發(fā)送成功。安全性最低但是效率最高。
• 1代表producer往集群發(fā)送數(shù)據(jù)只要leader應(yīng)答就可以發(fā)送下一條，只確保leader發(fā)送成功。
• all代表producer往集群發(fā)送數(shù)據(jù)需要所有的follower都完成從leader的同步才會發(fā)送下一條，確保leader發(fā)送成功和所有的副本都完成備份。安全性最高，但是效率最低。

2.2.2 保存數(shù)據(jù)

log文件就實際是存儲message的地方，我們在producer往kafka寫入的也是一條一條的message，那存儲在log中的message是什么樣子的呢？消息主要包含消息體、消息大小、offset、壓縮類型……等等！

我們重點需要知道的是下面三個：

• offset：offset是一個占8byte的有序id號，它可以唯一確定每條消息在parition內(nèi)的位置！
• 消息大?。合⒋笮≌加?byte，用于描述消息的大小。
• 消息體：消息體存放的是實際的消息數(shù)據(jù)（被壓縮過），占用的空間根據(jù)具體的消息而不一樣。

無論消息是否被消費，kafka都會保存所有的消息。那對于舊數(shù)據(jù)有什么刪除策略呢？

• 基于時間，默認配置是168小時（7天）。
• 基于大小，默認配置是1073741824。

2.2.3 消費數(shù)據(jù)

一般消息系統(tǒng)，consumer存在兩種消費模型：

• push：優(yōu)勢在于消息實時性高。劣勢在于沒有考慮consumer消費能力和飽和情況，容易導(dǎo)致producer壓垮consumer。
• pull：優(yōu)勢在可以控制消費速度和消費數(shù)量，保證consumer不會出現(xiàn)飽和。劣勢在于當(dāng)沒有數(shù)據(jù)，會出現(xiàn)空輪詢，消耗cpu。

• 1）先找到offset的368801message所在的segment文件（利用二分法查找），這里找到的就是在第二個segment文件。
• 2）打開找到的segment中的.index文件（也就是368796.index文件，該文件起始偏移量為368796+1，我們要查找的offset為368801的message在該index內(nèi)的偏移量為368796+5=368801，所以這里要查找的相對offset為5）。由于該文件采用的是稀疏索引的方式存儲著相對offset及對應(yīng)message物理偏移量的關(guān)系，所以直接找相對offset為5的索引找不到，這里同樣利用二分法查找相對offset小于或者等于指定的相對offset的索引條目中最大的那個相對offset，所以找到的是相對offset為4的這個索引。
• 3）根據(jù)找到的相對offset為4的索引確定message存儲的物理偏移位置為256。打開數(shù)據(jù)文件，從位置為256的那個地方開始順序掃描直到找到offset為368801的那條Message。