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3.6、Zookeeper 在 Kafka 中的作用

zk相当于是kafka的一个基础设施，了解zk在kafka中的作用，可以对kafka的原理有进一步的了解。

首先从controller看起，这是zk中一个重要的组成：Controller 作为 Kafka Server端一个重要的组件，它的角色类似于其他分布式系统Master的角色，跟其他系统不一样的是，Kafka集群的任何一台Broker都可以作为Controller，但是在一个集群中同时只会有一个 Controller是alive状态。在于分布式系统中，总会有一个地方需要对全局 meta 做一个统一的维护，Kafka 的 Controller 就是充当这个角色的。Controller 是运行在 Broker 上的，任何一台 Broker 都可以作为 Controller，但是一个集群同时只能存在一个 Controller，也就意味着 Controller 与数据节点是在一起的，Controller 做的主要事情如下：

  • Broker 的上线、下线处理；
  • 新创建的 topic 或已有 topic 的分区扩容，处理分区副本的分配、leader 选举；
  • 管理所有副本的状态机和分区的状态机，处理状态机的变化事件；
  • topic 删除、副本迁移、leader 切换等处理。

Broker在启动时，会尝试去ZK创建/controller节点，第一个成功创建/controller节点的Broker会被指定为为控制器。了解了controller之后，通过一个图看在controller在zk整体中的情况：

3.6、Zookeeper 在 Kafka 中的作用_Zk在Kafka中的作用

controller就是zk中的一个节点，谁创建成功了谁就成为控制器，除此之外，还有其他作用：

  • Broker注册：Broker在zookeeper中保存为一个临时节点，节点的路径是/brokers/ids/[brokerid],每个节点会保存对应broker的IP以及端口等信息.
  • Topic注册：在kafka中,一个topic会被分成多个区并被分到多个broker上，分区的信息以及broker的分布情况都保存在zookeeper中，根节点路径为/brokers/topics,每个topic都会在topics下建立独立的子节点，每个topic节点下都会包含分区以及broker的对应信息
  • partition状态信息：/brokers/topics/[topic]/partitions/[0…N] 其中[0…N]表示partition索引号
  • Controller epoch：此值为一个数字,kafka集群中第一个broker第一次启动时为1，以后只要集群中center controller中央控制器所在broker变更或挂掉，就会重新选举新的center controller，每次center controller变更controller_epoch值就会 + 1;
  • Controller注册信息：存储center controller中央控制器所在kafka broker的信息
  • 生产者负载均衡：当Broker启动时，会注册该Broker的信息，以及可订阅的topic信息。生产者通过注册在Broker以及Topic上的watcher动态的感知Broker以及Topic的分区情况，从而将Topic的分区动态的分配到broker上.
  • 消费者：kafka有消费者分组的概念，每个分组中可以包含多个消费者，每条消息只会发给分组中的一个消费者，且每个分组之间是相互独立互不影响的。Consumer注册信息:
    每个consumer都有一个唯一的ID(consumerId可以通过配置文件指定,也可以由系统生成),此id用来标记消费者信息./consumers/[groupId]/ids/[consumerIdString]是一个临时的znode,此节点的值为请看consumerIdString产生规则,即表示此consumer目前所消费的topic + partitions列表.
  • 消费者与分区的对应关系:对于每个消费者分组，kafka都会为其分配一个全局唯一的Group ID,分组内的所有消费者会共享该ID,kafka还会为每个消费者分配一个consumer ID,通常采用hostname:uuid的形式。在kafka的设计中规定，对于topic的每个分区，最多只能被一个消费者进行消费，也就是消费者与分区的关系是一对多的关系。消费者与分区的关系也被存储在zookeeper中节点的路劲为 /consumers/[group_id]/owners/[topic]/[broker_id-partition_id],该节点的内容就是消费者的Consumer ID
  • 消费者负载均衡:消费者服务启动时，会创建一个属于消费者节点的临时节点，节点的路径为 /consumers/[group_id]/ids/[consumer_id],该节点的内容是该消费者订阅的Topic信息。每个消费者会对/consumers/[group_id]/ids节点注册Watcher监听器，一旦消费者的数量增加或减少就会触发消费者的负载均衡。消费者还会对/brokers/ids/[brokerid]节点进行监听，如果发现服务器的Broker服务器列表发生变化，也会进行消费者的负载均衡

参考:

​​Kafka 源码解析之 Controller 选举及服务启动流程（十六）​​

​​Kafka – 控制器 | All In Infra (zhongmingmao.me)​​

​​Kafka Controller | 隔壁老王的Blog (gebilaowang.info)​​

​​apache kafka系列之在zookeeper中存储结构_李志涛的专栏-CSDN博客_zookeeper存储结构​​

​​【zookeeper在kafka中的作用】 - ITeye博客​​

Kafka 集群中有一个 broker 会被选举为 Controller，负责管理集群 broker 的上下线，所有 topic 的分区副本分配和 leader 选举等工作。

​​Reference​​

Controller 的管理工作都是依赖于 Zookeeper 的。

  • Controller 的选举是，每个broker 都会监控当前Controller 是否挂掉，哪一个broker看到Controller挂掉了，就自己上位。

以下为 partition 的 leader 选举过程：

3.6、Zookeeper 在 Kafka 中的作用_Zk在Kafka中的作用_02