leader 選舉 和 follower 信息同步

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

Producer 把數(shù)據(jù)上傳到 Broker，Producer可以指定數(shù)據(jù)有幾個分區(qū)、幾個備份。上面的圖中，數(shù)據(jù)有兩個分區(qū) 0、1，每個分區(qū)都有自己的副本：0'、 1'。

黃色的分區(qū)為 leader，白色的為 follower。

leader 處理 partition 的所有讀寫請求，與此同時，follower會被動定期地去復制leader上的數(shù)據(jù)。 如下圖所示，紅色的為 leader，綠色的為 follower，leader復制自己到其他 Broker 中：

Topic 分區(qū)被放在不同的 Broker 中，保證 Producer 和 Consumer 錯開訪問 Broker，避免訪問單個 Broker造成過度的IO壓力，使得負載均衡。

Zookeeper 在 Kafka 中的作用

1、Broker注冊

Broker是分布式部署并且相互之間相互獨立，但是需要有一個注冊系統(tǒng)能夠?qū)⒄麄€集群中的Broker管理起來，此時就使用到了Zookeeper。在Zookeeper上會有一個專門用來進行Broker服務器列表記錄的節(jié)點：

/brokers/ids

每個Broker在啟動時，都會到Zookeeper上進行注冊，即到/brokers/ids下創(chuàng)建屬于自己的節(jié)點，如/brokers/ids/[0...N]。

Kafka使用了全局唯一的數(shù)字來指代每個Broker服務器，不同的Broker必須使用不同的Broker ID進行注冊，創(chuàng)建完節(jié)點后，每個Broker就會將自己的IP地址和端口信息記錄到該節(jié)點中去。其中，Broker創(chuàng)建的節(jié)點類型是臨時節(jié)點，一旦Broker宕機，則對應的臨時節(jié)點也會被自動刪除。

2、Topic注冊

在Kafka中，同一個Topic的消息會被分成多個分區(qū)并將其分布在多個Broker上，這些分區(qū)信息及與Broker的對應關(guān)系也都是由Zookeeper在維護，由專門的節(jié)點來記錄，如：

/borkers/topics

Kafka中每個Topic都會以/brokers/topics/[topic]的形式被記錄，如/brokers/topics/login和/brokers/topics/search等。Broker服務器啟動后，會到對應Topic節(jié)點（/brokers/topics）上注冊自己的Broker ID并寫入針對該Topic的分區(qū)總數(shù)，如/brokers/topics/login/3->2，這個節(jié)點表示Broker ID為3的一個Broker服務器，對于"login"這個Topic的消息，提供了2個分區(qū)進行消息存儲，同樣，這個分區(qū)節(jié)點也是臨時節(jié)點。

3、生產(chǎn)者負載均衡

由于同一個Topic消息會被分區(qū)并將其分布在多個Broker上，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，那么如何實現(xiàn)生產(chǎn)者的負載均衡，Kafka支持傳統(tǒng)的四層負載均衡，也支持Zookeeper方式實現(xiàn)負載均衡。

(1) 四層負載均衡，根據(jù)生產(chǎn)者的IP地址和端口來為其確定一個相關(guān)聯(lián)的Broker。通常，一個生產(chǎn)者只會對應單個Broker，然后該生產(chǎn)者產(chǎn)生的消息都發(fā)往該Broker。這種方式邏輯簡單，每個生產(chǎn)者不需要同其他系統(tǒng)建立額外的TCP連接，只需要和Broker維護單個TCP連接即可。但是，其無法做到真正的負載均衡，因為實際系統(tǒng)中的每個生產(chǎn)者產(chǎn)生的消息量及每個Broker的消息存儲量都是不一樣的，如果有些生產(chǎn)者產(chǎn)生的消息遠多于其他生產(chǎn)者的話，那么會導致不同的Broker接收到的消息總數(shù)差異巨大，同時，生產(chǎn)者也無法實時感知到Broker的新增和刪除。

(2) 使用Zookeeper進行負載均衡，由于每個Broker啟動時，都會完成Broker注冊過程，生產(chǎn)者會通過該節(jié)點的變化來動態(tài)地感知到Broker服務器列表的變更，這樣就可以實現(xiàn)動態(tài)的負載均衡機制。

4、消費者負載均衡

與生產(chǎn)者類似，Kafka中的消費者同樣需要進行負載均衡來實現(xiàn)多個消費者合理地從對應的Broker服務器上接收消息，每個消費者分組包含若干消費者，每條消息都只會發(fā)送給分組中的一個消費者，不同的消費者分組消費自己特定的Topic下面的消息，互不干擾。

5、分區(qū) 與 消費者 的關(guān)系

消費組 (Consumer Group)：
consumer group 下有多個 Consumer（消費者）。
對于每個消費者組 (Consumer Group)，Kafka都會為其分配一個全局唯一的Group ID，Group 內(nèi)部的所有消費者共享該 ID。訂閱的topic下的每個分區(qū)只能分配給某個 group 下的一個consumer(當然該分區(qū)還可以被分配給其他group)。
同時，Kafka為每個消費者分配一個Consumer ID，通常采用"Hostname:UUID"形式表示。

在Kafka中，規(guī)定了每個消息分區(qū) 只能被同組的一個消費者進行消費，因此，需要在 Zookeeper 上記錄 消息分區(qū) 與 Consumer 之間的關(guān)系，每個消費者一旦確定了對一個消息分區(qū)的消費權(quán)力，需要將其Consumer ID 寫入到 Zookeeper 對應消息分區(qū)的臨時節(jié)點上，例如：

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

其中，[broker_id-partition_id]就是一個 消息分區(qū) 的標識，節(jié)點內(nèi)容就是該 消息分區(qū) 上 消費者的Consumer ID。

6、消息 消費進度Offset 記錄

在消費者對指定消息分區(qū)進行消息消費的過程中，需要定時地將分區(qū)消息的消費進度Offset記錄到Zookeeper上，以便在該消費者進行重啟或者其他消費者重新接管該消息分區(qū)的消息消費后，能夠從之前的進度開始繼續(xù)進行消息消費。Offset在Zookeeper中由一個專門節(jié)點進行記錄，其節(jié)點路徑為:

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

節(jié)點內(nèi)容就是Offset的值。

7、消費者注冊

消費者服務器在初始化啟動時加入消費者分組的步驟如下

注冊到消費者分組。每個消費者服務器啟動時，都會到Zookeeper的指定節(jié)點下創(chuàng)建一個屬于自己的消費者節(jié)點，例如/consumers/[group_id]/ids/[consumer_id]，完成節(jié)點創(chuàng)建后，消費者就會將自己訂閱的Topic信息寫入該臨時節(jié)點。

對 消費者分組 中的 消費者 的變化注冊監(jiān)聽。每個 消費者 都需要關(guān)注所屬 消費者分組 中其他消費者服務器的變化情況，即對/consumers/[group_id]/ids節(jié)點注冊子節(jié)點變化的Watcher監(jiān)聽，一旦發(fā)現(xiàn)消費者新增或減少，就觸發(fā)消費者的負載均衡。

對Broker服務器變化注冊監(jiān)聽。消費者需要對/broker/ids/[0-N]中的節(jié)點進行監(jiān)聽，如果發(fā)現(xiàn)Broker服務器列表發(fā)生變化，那么就根據(jù)具體情況來決定是否需要進行消費者負載均衡。

進行消費者負載均衡。為了讓同一個Topic下不同分區(qū)的消息盡量均衡地被多個 消費者 消費而進行 消費者 與 消息 分區(qū)分配的過程，通常，對于一個消費者分組，如果組內(nèi)的消費者服務器發(fā)生變更或Broker服務器發(fā)生變更，會發(fā)出消費者負載均衡。

以下是kafka在zookeep中的詳細存儲結(jié)構(gòu)圖：

補充

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