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Kafka核心总控制器Controller

在Kafka集群中会有一个或者多个broker，其中有一个broker会被选举为控制器（Kafka Controller），它负责管理整个
集群中所有分区和副本的状态。
当某个分区的leader副本出现故障时，由控制器负责为该分区选举新的leader副本。
当检测到某个分区的ISR集合发生变化时，由控制器负责通知所有broker更新其元数据信息。
当使用kafka-topics.sh脚本为某个topic增加分区数量时，同样还是由控制器负责让新分区被其他节点感知
到。
 

Controller选举机制

在kafka集群启动的时候，会自动选举一台broker作为controller来管理整个集群，选举的过程是集群中每个broker都会
尝试在zookeeper上创建一个 /controller 临时节点，zookeeper会保证有且仅有一个broker能创建成功，这个broker
就会成为集群的总控器controller。
当这个controller角色的broker宕机了，此时zookeeper临时节点会消失，集群里其他broker会一直监听这个临时节
点，发现临时节点消失了，就竞争再次创建临时节点，就是我们上面说的选举机制，zookeeper又会保证有一个broker
成为新的controller。
具备控制器身份的broker需要比其他普通的broker多一份职责，具体细节如下：
1. 监听broker相关的变化。为Zookeeper中的/brokers/ids/节点添加BrokerChangeListener，用来处理broker
增减的变化。
2. 监听topic相关的变化。为Zookeeper中的/brokers/topics节点添加TopicChangeListener，用来处理topic增减
的变化；为Zookeeper中的/admin/delete_topics节点添加TopicDeletionListener，用来处理删除topic的动作。
3. 从Zookeeper中读取获取当前所有与topic、partition以及broker有关的信息并进行相应的管理。对于所有topic
所对应的Zookeeper中的/brokers/topics/[topic]节点添加PartitionModificationsListener，用来监听topic中的
分区分配变化。
4. 更新集群的元数据信息，同步到其他普通的broker节点中。
 

Partition副本选举Leader机制

controller感知到分区leader所在的broker挂了(controller监听了很多zk节点可以感知到broker存活)，controller会从
ISR列表(参数unclean.leader.election.enable=false的前提下)里挑第一个broker作为leader(第一个broker最先放进ISR
列表，可能是同步数据最多的副本)，如果参数unclean.leader.election.enable为true，代表在ISR列表里所有副本都挂
了的时候可以在ISR列表以外的副本中选leader，这种设置，可以提高可用性，但是选出的新leader有可能数据少很多。
副本进入ISR列表有两个条件：
1. 副本节点不能产生分区，必须能与zookeeper保持会话以及跟leader副本网络连通
2. 副本能复制leader上的所有写操作，并且不能落后太多。(与leader副本同步滞后的副本，是由
replica.lag.time.max.ms 配置决定的，超过这个时间都没有跟leader同步过的一次的副本会被移出ISR列表)
 

消费者消费消息的offset记录机制

每个consumer会定期将自己消费分区的offset提交给kafka内部topic：__consumer_offsets，提交过去的时候，key是
consumerGroupId+topic+分区号，value就是当前offset的值，kafka会定期清理topic里的消息，最后就保留最新的
那条数据
因为__consumer_offsets可能会接收高并发的请求，kafka默认给其分配50个分区(可以通过
offsets.topic.num.partitions设置)，这样可以通过加机器的方式抗大并发。
 

消费者Rebalance机制

rebalance就是说如果消费组里的消费者数量有变化或消费的分区数有变化，kafka会重新分配消费者消费分区的关系。
比如consumer group中某个消费者挂了，此时会自动把分配给他的分区交给其他的消费者，如果他又重启了，那么又会
把一些分区重新交还给他。
注意：rebalance只针对subscribe这种不指定分区消费的情况，如果通过assign这种消费方式指定了分区，kafka不会进
行rebanlance。
如下情况可能会触发消费者rebalance
1. 消费组里的consumer增加或减少了
2. 动态给topic增加了分区
3. 消费组订阅了更多的topic
rebalance过程中，消费者无法从kafka消费消息，这对kafka的TPS会有影响，如果kafka集群内节点较多，比如数百
个，那重平衡可能会耗时极多，所以应尽量避免在系统高峰期的重平衡发生。
Rebalance过程如下
当有消费者加入消费组时，消费者、消费组及组协调器之间会经历以下几个阶段