关于kafka:kafka之四副本同步机制

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上一篇有很大一部分也提到了正本同步机制，但有些细节点没提到，这里再转载一篇文章来聊聊正本同步机制。

咱们晓得,kafka 每个 topic 的 partition 会有 N 个正本，kafka 通过多正本机制实现故障主动转移，当 kafka 集群中一个 broker 生效状况下，会在 N 个正本中从新选出一个 broker 作为 leader 提供服务，从而做到高可用。N 个正本中，其中一个为 leader，其余的都为 follower，leader 解决 partition 的所有读写申请，follower 会定期地复制 leader 上的数据。

Kafka 提供了数据复制算法，如果 leader 产生故障或挂掉，Kafka 确保从同步正本列表中选举一个正本为 leader，新 leader 被选举并被承受客户端的音讯写入。leader 负责保护 ISR（In-Sync Replicas 的缩写，示意正本同步队列）中所有音讯。当 producer 发送一条音讯到 broker 后，leader 写入音讯，并复制到所有 follower。音讯提交之后才被胜利复制到所有的同步正本。音讯复制提早受最慢的 follower 限度，kafka 会检测慢正本，如果 follower“落后”太多或者失败，leader 将会把他从 ISR 中删除。

所谓同步，必须满足两个条件：

正本节点必须能与 zookeeper 放弃会话（心跳机制）
副本能复制 leader 上的所有写操作，并且不能落后太多（卡主或滞后的正本管制由 replica.lag.time.max.ms 配置）

默认状况下，Kafka topic 的 replica 数量为 1，即每个 partition 都有一个惟一的 leader，为了确保音讯的可靠性，通常利用中将其值（由 broker 的参数 offsets.topic.replication.factor 指定）大小设定为 1。所有的正本（replicas）统称为 AR (Assigned Replicas）。ISR 是 AR 的一个子集，由 leader 保护 ISR 列表，follower 从 Leader 同步数据有一些提早，任意一个超过阈值都会把 follower 踢出 ISR，存入 OSR（Outof-Sync Replicas）列表，新退出的 follower 也会先寄存到 OSR 中。AR = ISR + OSR

HW（HighWatermark）俗称 高水位，取一个 partition 对应的 ISR 中最小的 LEO 作为 HW，consumer 最多只能生产到 HW 所在的地位。另外每个 replica 都有 HW，leader 和 follower 各自负责更新本人的 HW 的状态。对于 leader 新写入的音讯，consumer 不能立刻生产，leader 会期待该音讯被所有 ISR 中的 replicas 都同步后，才更新 HW，此时音讯能力被 consumer 生产，这样就保障了如果 Leader 所在的 broker 生效，该音讯仍可从新选举的 leader 中获取。对于来自外部的 broker 的读取申请，没有 HW 的限度。

下图具体阐明了当 producer 生产音讯到 broker 后，ISR 及 HW 和 LEO(log end offset)的流转过程：

由此可见，Kafka 的复制机制既不是齐全的同步复制，也不是单纯的异步复制。事实上，同步机制要求所有能工作的 follower 都复制完，这条音讯才会被 commit，这种复制形式极大的影响了吞吐率。而异步复制形式下，follower 异步的从 leader 复制数据，数据只有被 Leader 写入 log 就被工作曾经 commit，这种状况下如果 follower 没有全复制完，落后与 Leader，忽然 leader 宕机，则会丢数据。而 Kafka 这种应用 ISR 的形式则很好的平衡了确保数据不失落以及吞吐率。

Kafka 的 ISR 治理最终都会反馈到 Zookeeper 节点上，具体位置为：
/brokers/topics/[topic]/partitions/[partition]/state。目前有两个中央会对这个 Zookeeper 节点进行保护：

Controller 保护：Kafka 集群中的其中一个 Broker 会被选举为 Controller，次要负责 Partition 治理和正本状态治理，也会执行相似于重调配 partition 之类的治理工作。在合乎某些特定条件下，Controller 下的 LeaderSelector 会选举新的 leader, ISR 和新的 leader_epoch 及 controller_epoch 写入 Zookeeper 的相干节点中。同时发动 LeaderAndIsrRequest 告诉所有的 replicas。
leader 来保护：leader 有独自的线程定期检查 ISR 中 follower 是否脱离 ISR，如果发现 ISR 变动，则会将新的 ISR 的信息返回到 Zookeeper 的相干节点中。

正本不同的异常情况：

慢正本：在肯定周期时间内，follower 不能追赶上 leader。最常见的起因之一是 IO 瓶颈导致 follower 追加复制音讯速度鳗鱼从 leader 拉取速度
正本卡住：在肯定周期时间内，follower 进行从 leader 拉取申请。follower replica 卡住了是因为 GC 暂停或 follower 生效或死亡。
新启动正本：当用户给 topic 减少正本因子时，新的 follower 不再同步正本列表中，直到他们齐全追赶上 leader 日志。

正文完