kafka原理剖析及实战演练

一、消息系统概述

  一）消息系统按消息发送模型分类

　　1、peer-to-peer（单播）

　　　　特点：

• 一般基于pull或polling接收消息
• 发送对队列中的消息被一个而且仅仅一个接收者所接收，即使有多个接收者在同一队列中侦听同一消息
• 即支持异步“即发即弃”的消息传送方式，也支持同步请求/应答传送方式

　　2、发布/订阅（支持单播和多播）

　　　　特点：

• 发布到一个主题的消息，可被多个订阅者所接收
• 发布/订阅可基于push消费数据，也可基于pull或者polling消费数据
• 解耦能力比P2P模型更强

  二）消息系统使用场景

• 解耦 各位系统之间通过消息系统这个统一的接口交换数据，无须了解彼此的存在
• 冗余 部分消息系统具有消息持久化能力，可规避消息处理前丢失的风险
• 扩展 消息系统是统一的数据接口，各系统可独立扩展
• 峰值处理能力 消息系统可顶住峰值流量，业务系统可根据处理能力从消息系统中获取并处理对应量的请求
• 可恢复性 系统中部分组件失效并不会影响整个系统，它恢复后仍然可从消息系统中获取并处理数据
• 异步通信 在不需要立即处理请求的场景下，可以将请求放入消息系统，合适的时候再处理

  三）常用的消息系统对比

　　1、RabbitMQ

　　Erlang编写，支持多协议 AMQP，XMPP，SMTP，STOMP。 支持负载均衡、数据持久化。同时支持Peer-to-Peer和发布/订阅模式

　　使用场景：比较重量级，企业开发中。

　　2、Redis

　　基于Key-Value对的NoSQL数据库，同时支持MQ功能，可做轻量级队列服务使用。就入队操作而言，Redis对短消息（小于10KB）的性能比RabbitMQ好，长消息的性能比RabbitMQ差。

　　3、ZeroMQ

　　轻量级，不需要单独的消息服务器或中间件，应用程序本身扮演该角色，Peer-to-Peer。它实质上是一个库，需要开发人员自己组合多种技术，使用复杂度高。

　　特点：不支持数据的持久化，很难做到异步发送，做到的是点对点异步缓存。

　　4、ActiveMQ

　　JMS实现，Peer-to-Peer，支持持久化、 XA事务

　　5、Kafka/Jafka

　　高性能跨语言的分布式发布/订阅消息系统，数据持久化，全分布式，同时支持在线和离线处理

　　7、MetaQ/RocketMQ

　　纯Java实现，发布/订阅消息系统，支持本地事务和XA分布式事务

二、kafka

　　http://www.jasongj.com/tags/Kafka/

  一）kafka概述

　　1、kafka简介　　

　　Apache Kafka是分布式发布-订阅消息系统，在 kafka官网上对 kafka 的定义：一个分布式发布-订阅消息传递系统。 它最初由LinkedIn公司开发，Linkedin于2010年贡献给了Apache基金会并成为顶级开源项目。Kafka是一种快速、可扩展的、设计内在就是分布式的，分区的和可复制的提交日志服务。

　　2、kafka的设计目标

• 高吞吐量、低延迟：在廉价的商用机器上单机可支持每秒100万条消息的读写
• 消息持久化、可靠性：所有消息均被持久化到磁盘，无消息丢失，支持消息重放
• 可扩展性，完全分布式：producer、broker、consumer均支持水平扩展
• 高并发：支持数千个客户端同时读写
• 容错性：允许集群中节点失败（若副本数量为n,则允许n-1个节点失败）
• 同时满足适应在线流处理和离线批处理

　　3、kafka2.0.0版本新增改变了哪些功能详细

　　kafka2.0.0版本新增改变了哪些功能详细：http://www.aboutyun.com/forum.php?mod=viewthread&tid=24981

　　4、kafka的适应场景

• 日志收集：一个公司可以用Kafka可以收集各种服务的log，通过kafka以统一接口服务的方式开放给各种consumer，例如hadoop、Hbase、Solr等。
• 消息系统：解耦和生产者和消费者、缓存消息等。
• 用户活动跟踪：Kafka经常被用来记录web用户或者app用户的各种活动，如浏览网页、搜索、点击等活动，这些活动信息被各个服务器发布到kafka的topic中，然后订阅者通过订阅这些topic来做实时的监控分析，或者装载到hadoop、数据仓库中做离线分析和挖掘。
• 运营指标：Kafka也经常用来记录运营监控数据。包括收集各种分布式应用的数据，生产各种操作的集中反馈，比如报警和报告。
• 流式处理：比如spark streaming和storm
• 事件源

　　5、kafka最详细原理总结

　　http://www.itkeyword.com/doc/3033455819328241799/kafka-apache-scala

  二）kafka架构

　　1、kafka架构图

　　2、kafka架构组件

• 话题（Topic）：是特定类型的消息流。消息是字节的有效负载（Payload），话题是消息的分类名或种子（Feed）名；
• 生产者（Producer）：是能够发布消息到话题的任何对象；
• 服务代理（Broker）：已发布的消息保存在一组服务器中，它们被称为代理（Broker）或Kafka集群；
• 消费者（Consumer）：可以订阅一个或多个话题，并从Broker拉数据，从而消费这些已发布的消息；

　　　　1、topic

• 逻辑概念：同一个topic的消息可分布在一个或多个节点（broker）上
• 一个topic包含一个或者多个partition（partition均匀分布在集群中）
• 每条消息都属于且仅属于一个topic
• producer发布数据时，必须指定将改消息发布到哪一个topic
• consumer订阅消息时，也必须指定订阅那个topic的消息

　　　　2、partition

• 物理概念：一个partition只分布在一个broker上（不考虑备份的情况）
• 一个partition物理上对应一个文件夹
• 一个partition包含多个segment（线段、部分）
• 一个segment对应一个文件
• segment由一个个不可变记录组成
• 记录只会被append到segment中，不会被单独删除或者修改
• 清除过期日志时，直接删除一个或多个segment

　　kafka的最小物理单位是partition，所以offset是记录在partition中的（segment index中），那么partition是跨机器的，offset的是partiton内管理的。

　　kafka 提供两种分配策略 range和roundrobin，由参数partition.assignment.strategy指定，默认是range策略。本文只讨论range策略。所谓的range其实就是按照阶段平均分配。

　　3、sync(同步) producer和async(异步) producer

　　　　1、sync producer特点

• 低延迟
• 低吞吐率
• 无数据丢失

　　　　2、async producer特点

• 高延迟
• 高吞吐率
• 可能会有数据丢失 

　　4、consumer和partition

　　kafka的配置要点：https://yq.aliyun.com/ziliao/417900

　　更多内容见：http://www.open-open.com/lib/view/open1434551761926.html

1. 如果consumer比partition多，是浪费，因为kafka的设计是在一个partition上是不允许并发的，所以consumer数不要大于partition数
2. 如果consumer比partition少，一个consumer会对应于多个partitions，这里主要合理分配consumer数和partition数，否则会导致partition里面的数据被取的不均匀
3. 如果consumer从多个partition读到数据，不保证数据间的顺序性，kafka只保证在一个partition上数据是有序的，但多个partition，根据你读的顺序会有不同
4. 增减consumer，broker，partition会导致rebalance，所以rebalance后consumer对应的partition会发生变化
5. High-level接口中获取不到数据的时候是会block的

  三）单点版kafka的安装使用

 　　1、kafka部署方式

• 在虚拟机上部署kafka
  • 使用kafka带的zookeeper起kafka：适用单独部署kafka
  • 使用单独的zookeeper起kafka：公司架构已有zookeeper
• 使用docker部署kafka
  • 使用kafka带的zookeeper起kafka：适用单独部署kafka
  • 使用单独的zookeeper起kafka：公司架构已有zookeeper

 　　2、下载kafka

　　kafka下载最新版地址：Apache Kafka

　　kafka下载指定版本：Index of /dist/kafka

　　zookeeper下载地址：Index of /apache/zookeeper/stable

　　下载二进制包

wget http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/kafka/2.0.0/kafka_2.11-2.0.0.tgz

wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/zookeeper/stable/zookeeper-3.4.12.tar.gz

　　3、kafka的目录结构

kafka_2.11-2.0.0
├── bin
├── config
├── libs
├── LICENSE
├── NOTICE
└── site-docs

4 directories, 2 files

　　kafka配置文件

############################# Server Basics
# The id of the broker. This must be set to a unique integer for each broker.
broker.id=0

# Switch to enable topic deletion or not, default value is false
delete.topic.enable=true

############################# Socket Server Settings
#   FORMAT:
#     listeners = listener_name://host_name:port
#   EXAMPLE:
#     listeners = PLAINTEXT://your.host.name:9092
listeners=PLAINTEXT://kafka01.test.com:9092

# Hostname and port the broker will advertise to producers and consumers. If not set, 
# it uses the value for "listeners" if configured.  Otherwise, it will use the value
# returned from java.net.InetAddress.getCanonicalHostName().
advertised.listeners=PLAINTEXT://kafka01.test.com:9092

# The number of threads that the server uses for receiving requests from the network and sending responses to the network
num.network.threads=3

# The number of threads that the server uses for processing requests, which may include disk I/O
num.io.threads=8

# The send buffer (SO_SNDBUF) used by the socket server
socket.send.buffer.bytes=102400

# The receive buffer (SO_RCVBUF) used by the socket server
socket.receive.buffer.bytes=102400

# The maximum size of a request that the socket server will accept (protection against OOM)
socket.request.max.bytes=104857600

############################# Log Basics

# A comma seperated list of directories under which to store log files
log.dirs=/opt/ytd_data01/kafka

num.partitions=5
# This value is recommended to be increased for installations with data dirs located in RAID array.
num.recovery.threads.per.data.dir=1

############################# Internal Topic Settings  
# For anything other than development testing, a value greater than 1 is recommended for to ensure availability such as 3.
offsets.topic.replication.factor=1
transaction.state.log.replication.factor=1
transaction.state.log.min.isr=1

############################# Log Flush Policy
# The number of messages to accept before forcing a flush of data to disk
#log.flush.interval.messages=10000

# The maximum amount of time a message can sit in a log before we force a flush
#log.flush.interval.ms=1000

############################# Log Retention Policy 
# The minimum age of a log file to be eligible for deletion due to age
log.retention.hours=24
# segments don't drop below log.retention.bytes. Functions independently of log.retention.hours.
#log.retention.bytes=1073741824

# The maximum size of a log segment file. When this size is reached a new log segment will be created.
log.segment.bytes=1073741824

log.retention.check.interval.ms=300000

############################# Zookeeper
# root directory for all kafka znodes.
zookeeper.connect=zk01.test.com:2181,zk02.test.com:2181,zk03.test.com:2181

# Timeout in ms for connecting to zookeeper
zookeeper.connection.timeout.ms=6000

############################# Group Coordinator Settings 
group.initial.rebalance.delay.ms=0

　　4、四种部署方式

　　　　1、在虚拟上部署

　　使用kafka带的zookeeper起kafka

cd /opt/ytd_soft
wget http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/kafka/2.0.0/kafka_2.11-2.0.0.tgz
tar xvf kafka_2.11-2.0.0.tgz
cd kafka_2.11-2.0.0
#zookeeper默认是前台启动，让其后台启动使用nohup command &&
#前台启动
#./bin/zookeeper-server-start.sh config/zookeeper.properties
#后台启动
nohup ./bin/zookeeper-server-start.sh config/zookeeper.properties &&
ss -lutnp |grep 2181

#启动kafka，默认非daemon启动，-daemon启动
./bin/kafka-server-start.sh -daemon config/server.properties
ss -lutnp|grep 9092

　　测试kafka是否可用

#创建topic
# cd /opt/ytd_soft/kafka_2.11-2.0.0
# bin/kafka-topics.sh --zookeeper localhost:2181 --create --topic test1 --partitions 3 --replication-factor 1
Created topic "test1".
#查看topic详情
# bin/kafka-topics.sh --zookeeper localhost:2181 --describe --topic test1
Topic:test1    PartitionCount:3    ReplicationFactor:1    Configs:
    Topic: test1    Partition: 0    Leader: 0    Replicas: 0    Isr: 0
    Topic: test1    Partition: 1    Leader: 0    Replicas: 0    Isr: 0
    Topic: test1    Partition: 2    Leader: 0    Replicas: 0    Isr: 0

#模拟消费者consumer(kafka之前的版本参数是：bin/kafka-console-consumer.sh --zookeeper localhost:2181 --topic test --from-beginning)
bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic test1  --from-beginning

#另外一个窗口，模拟生产者producer
# cd /opt/ytd_soft/kafka_2.11-2.0.0
# bin/kafka-console-producer.sh --broker-list localhost:9092 --topic test1
>11
>111
>222

　　使用单独的zookeeper起kafka

　　安装启动zookeeper

cd /opt/ytd_soft
wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/zookeeper/stable/zookeeper-3.4.12.tar.gz
tar xvf zookeeper-3.4.12.tar.gz 
cd zookeeper-3.4.12/
bin/zkServer.sh start conf/zoo_sample.cfg 
bin/zkServer.sh status conf/zoo_sample.cfg 
ss -lutnp|grep 2181

　　部署kafka，更改kafka配置文件server.properties（若zookeeper是集群或zookeeper不在本机上必须更改），其他步骤和上面的一样

zookeeper.connect=localhost:2181

　　　　2、使用docker部署（自己创建镜像）

　　使用kafka带的zookeeper起kafka

　　使用kafka带的zookeeper起kafka

 　　部署zookeeper

jdk和zookeeper创建镜像时下载

FROM centos:7.9

RUN cp -rp /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo{,.bak} && curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-6.repo

RUN yum -y install vim lsof wget tar bzip2 unzip vim-enhanced passwd sudo yum-utils hostname net-tools rsync man git make automake cmake patch logrotate python-devel libpng-devel libjpeg-devel pwgen python-pip

RUN mkdir /opt/java &&\
    wget --no-check-certificate --no-cookies --header "Cookie: oraclelicense=accept-securebackup-cookie" http://download.oracle.com/otn-pub/java/jdk/8u191-b12/2787e4a523244c269598db4e85c51e0c/jdk-8u191-linux-x64.tar.gz -P /opt/java

RUN tar zxvf /opt/java/jdk-8u191-linux-x64.tar.gz -C /opt/java &&\
    JAVA_HOME=/opt/java/jdk1.8.0_191 &&\
    sed -i "/^PATH/i export JAVA_HOME=$JAVA_HOME" /root/.bash_profile &&\
    sed -i "s%^PATH.*$%&:$JAVA_HOME/bin%g" /root/.bash_profile &&\
    source /root/.bash_profile

ENV ZOOKEEPER_VERSION "3.4.12"

RUN mkdir /opt/zookeeper &&\
    wget http://mirror.olnevhost.net/pub/apache/zookeeper/zookeeper-$ZOOKEEPER_VERSION/zookeeper-$ZOOKEEPER_VERSION.tar.gz -P /opt/zookeeper

RUN tar zxvf /opt/zookeeper/zookeeper*.tar.gz -C /opt/zookeeper

RUN echo "source /root/.bash_profile" > /opt/zookeeper/start.sh &&\
    echo "cp /opt/zookeeper/zookeeper-"$ZOOKEEPER_VERSION"/conf/zoo_sample.cfg /opt/zookeeper/zookeeper-"$ZOOKEEPER_VERSION"/conf/zoo.cfg" >> /opt/zookeeper/start.sh &&\
    echo "/opt/zookeeper/zookeeper-$"ZOOKEEPER_VERSION"/bin/zkServer.sh start-foreground" >> /opt/zookeeper/start.sh

EXPOSE 2181

ENTRYPOINT ["sh", "/opt/zookeeper/start.sh"]

　　部署kafka（jdk和kafka安装包提前下载）

FROM centos:7.9

ENV KAFKA_VERSION "2.11-2.0.0"

RUN cp -rp /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo{,.bak} && curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-6.repo

RUN yum -y install vim lsof wget tar bzip2 unzip vim-enhanced passwd sudo yum-utils hostname net-tools rsync man git make automake cmake patch logrotate python-devel libpng-devel libjpeg-devel pwgen python-pip

RUN mkdir /opt/java

ADD jdk-8u191-linux-x64.tar.gz /opt/java

RUN JAVA_HOME=/opt/java/jdk1.8.0_191 &&\
    sed -i "/^PATH/i export JAVA_HOME=$JAVA_HOME" /root/.bash_profile &&\
    sed -i "s%^PATH.*$%&:$JAVA_HOME/bin%g" /root/.bash_profile &&\
    source /root/.bash_profile

RUN mkdir /opt/kafka

ADD kafka_$KAFKA_VERSION.tgz /opt/kafka 

RUN sed -i 's/num.partitions.*$/num.partitions=3/g' /opt/kafka/kafka_$KAFKA_VERSION/config/server.properties

RUN echo "source /root/.bash_profile" > /opt/kafka/start.sh &&\
    echo "cd /opt/kafka/kafka_"$KAFKA_VERSION >> /opt/kafka/start.sh &&\
    echo "sed -i 's%zookeeper.connect=.*$%zookeeper.connect=zookeeper:2181%g'  /opt/kafka/kafka_"$KAFKA_VERSION"/config/server.properties" >> /opt/kafka/start.sh &&\
    echo "bin/kafka-server-start.sh config/server.properties" >> /opt/kafka/start.sh &&\
    chmod a+x /opt/kafka/start.sh

EXPOSE 9092

ENTRYPOINT ["sh", "/opt/kafka/start.sh"]

　　创建镜像

cd /opt/kafka/dockerfile
docker build -t zookeeper:v1.1 -f zookeeper.dockerfile .
docker build -t kafka:v1.0 -f kafka.dockerfile .

　　启动kafka和zookeeper容器，先启动zookeeper

docker images|egrep "zookeeper|kafka"

docker run -itd  --name  zookeeper -h zookeeper -p 2181:2181 zookeeper:v1.1 /bin/bash
#--link 关联容器
docker run -itd --name kafka -h kafka -p 9092:9092 --link zookeeper kafka:v1.0 /bin/bash

ss -lutnp|egrep "2181|9092"

　　测试kafka的可用性

docker exec -it kafka /bin/bash
source /root/.bash_profile

#创建topic
cd /opt/kafka/kafka_2.11-2.0.0
bin/kafka-topics.sh --zookeeper zookeeper:2181 --create --topic test1 --partitions 3 --replication-factor 1
bin/kafka-topics.sh --zookeeper zookeeper:2181 --create --topic test2 --partitions 3 --replication-factor 1

#查看topic详情
bin/kafka-topics.sh --zookeeper zookeeper:2181 --describe --topic test2

bin/kafka-topics.sh --zookeeper zookeeper:2181 --describe --topic test1

#起consumer（注意版本差异，有可能参数不同）
bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic test1  --from-beginning

#单开一个会话，起producer（输入测试数据，看consumer是否全部接收）
docker exec -it kafka /bin/bash
source /root/.bash_profile
bin/kafka-console-producer.sh --broker-list localhost:9092 --topic test1

  四）kafka 高可用

　　参考：http://www.jasongj.com/2015/04/24/KafkaColumn2/#ACK%E5%89%8D%E9%9C%80%E8%A6%81%E4%BF%9D%E8%AF%81%E6%9C%89%E5%A4%9A%E5%B0%91%E4%B8%AA%E5%A4%87%E4%BB%BD

　　1、CAP理论（原则或定理）

　　CAP理论和BASE理论详细信息见链接：https://www.cnblogs.com/duanxz/p/5229352.html

　　　　1、简述CAP理论

　　CAP原则又称CAP定理，指的是在一个分布式系统中， Consistency（一致性）、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分区容错性），三者不可得兼。

　　CAP原则是NOSQL数据库的基石。Consistency（一致性）。 Availability（可用性）。Partition tolerance（分区容错性）。

　　分布式系统的CAP理论：理论首先把分布式系统中的三个特性进行了如下归纳：

• 一致性（C）：在分布式系统中的所有数据备份，在同一时刻是否同样的值。（等同于所有节点访问同一份最新的数据副本）
  • 通过某个节点的写操作结果对后面通过其他节点的读操作可见
  • 若更新数据后，并发访问情况下可立即感知该更新，称为强制一致性
  • 若允许之后部分或者全部感知不到该更新，称为弱一致性
  • 若之后的一段时间（通常该事件不固定）后，一定可以感知该更新，称为最终一致性
• 可用性（A）：在集群中一部分节点故障后，集群整体是否还能响应客户端的读写请求。（对数据更新具备高可用性）
  • 任何一个个没有发生故障的节点，必须在有限的时间内返回合理的结果
• 分区容忍性（P）：以实际效果而言，分区相当于对通信的时限要求。系统如果不能在时限内达成数据一致性，就意味着发生了分区的情况，必须就当前操作在C和A之间做出选择。
  • 部分节点宕机或者无法与节点通信时，各分区间还可保持分布式系统的功能

　　　　2、CAP理论特征

　　CAP理论：分布式系统中，一致性、可用性、分区容忍性最多只可同时满足两个

　　一般分区容忍性都要求有保障，因此很多时候在可用性与一致性之间做权衡。

 　　2、一致性方案

 　　　　1、master-slave

• RDBMS的读写分离是典型的master-slave方案
• 同步复制可保证一致性，但会影响可用性
• 异步复制可提高可用性，但会降低一致性

　　　　2、WNR

• 主要用于去中心话（P2P）的分布式系统中。dynamoDB和Cassandra是采用此方案
• N代表副本数，W代表每次写操作要保证的最少写成功的副本数，R代表每次读至少读取的副本数
• 当W+R>N时，可保证每次读取的数据至少有一个副本具有最新的更新（大于）
• 多个写操作的顺序难以保证，可能导致多副本间的写操作书序不一致，dynamo通过向量适中保证最终一致性

　　　　3、paxos及其变种一致性算法（更多使用的是其变种）

• Google的chubby，zookeeper的Zab，RAFT

　　3、replica（复制使用pull）

• 当某个topic的replication-factor为N且N大于1时，每个partion都会有N个副本（replica）
• replica的个数小于等于broker数：对每个partition而言每个broker上只会有一个replica，因此broker ID表示replica
• 所有partition的所有replica默认情况会均匀分布到所有broker上

　　4、何时commit——ISR

　　Kafka HA一致性重要机制ISR：Kafka HA Kafka一致性重要机制之ISR(kafka replica)_1. rerplica.lag.time.max.ms-CSDN博客

　　如何处理replica恢复？

  五）docker集群版kafka的安装使用

　　1、创建zookeeper和kafka镜像

　　实验环境是MAC的注意：docker在MAC电脑实现，它不支持MAC通过hosts绑定或IP直接访问kafka集群的

　　　　解决（前提配置文件中写的hostname）：1、hosts绑定改成：127.0.0.1 kafka01

　　　　　　　2、连接程序连接地址写成：localhost:9092

  六）kafka如何使用zookeeper

　　zookeeper：https://www.cnblogs.com/happy-king/p/9921458.html

　　1、配置管理

　　2、leader election

　　3、服务发现

  七）kafka高性能之道

　　1、高效使用磁盘

• 顺序写磁盘 顺序写磁盘性能高于随机写内存
• Append Only 数据不更新，无记录级的数据删除（只会整个segment删除）
• 充分利用Page Cache
  • I/O Scheduler将连续的小块写组装成大块的物理写从而提高性能
  • I/O Scheduler会尝试将一些写操作重新按顺序排好，从而减少磁盘头的移动时间
  • 充分利用所有空闲内存（非JVM内存）
    • 应用层cache也会有对应的page cache与之对应，直接使用page cache可增大可用cache
    • 如使用heap内的cache，会增加GC负担
• 读操作可直接在page cache内进行。如果进程重启，JVM内的cache会失效，但page cache仍然可用
• 可通过如下参数强制flush，但不建议
  • log.flush.interval.messages=10000
  • log.flush.interval.ms=1000
• 支持多directory（多使用多drive）

　　2、零拷贝

　　　　1、传统模式下的拷贝

　　　　传统模式下的拷贝：数据从文件传输到网络需要4次数据拷贝，4次上下文切换（用户态和内核态）和2次系统调用

File.read(fileDesc, buf, len); 
Socket.send(socket, buf, len);

　　　　2、零拷贝

　　通过NIO的transferTo/transferFrom调用操作系统的sendfile实现零拷贝。总共发生2次内核数据拷贝（没有CPU参与(或没有用户态的)的拷贝），2次上下文切换和1次系统调用，消除了CPU数据拷贝 

伪代码

　　3、批处理和压缩

• Producer和Consumer均支持批量处理数据，从而减少了网络传输的开销 （少次多量）
• Producer可将数据压缩后发送给broker，从而减少网络传输代价。目前支持Snappy, Gzip和LZ4压缩 

　　4、partition（可以设置成broker数量一致）

• 通过Partition实现了并行处理和水平扩展
• Partition是Kafka（包括Kafka Stream）并行处理的最小单位
• 不同Partition可处于不同的Broker（节点），充分利用多机资源
• 同一Broker（节点）上的不同Partition可置于不同的Directory，如果节点上有多个Disk Drive，可将不同的Drive对应不同的Directory，从而使Kafka充分利用多Disk Drive的磁盘优势
   

　　5、ISR

 　　ISR（In-Sync Replicas）

　　对每个消息都做f+1的备份：以单个消息为进行备份的基本单位，进行可靠性保障

　　ISR最核心的思想：以一段时间而非以一个消息为基本单位，进行可靠性保障

　　　　1、ISR实现了可用性和一致性的动态平衡 （会话失效后10秒删除节点）

replica.lag.time.max.ms=10000

　　　　2、ISR可容忍更多的节点失败 

• Majority Quorum如果要容忍f个节点失败，则至少需要2f+1个节点
• ISR如果要容忍f个节点失败，至少需要f+1个节点

　　　　3、如何处理Replica Crash 

• Leader crash后，ISR中的任何replica皆可竞选成为Leader
• 如果所有replica都crash，可选择让第一个recover的replica或者第一个在ISR中的replica成为leader
• unclean.leader.election.enable=true 

  八）kafka数据迁移

　　kafka 扩容之后迁移topic：https://my.oschina.net/remainsu/blog/1816010

　　kafka集群中数据自动迁移：Kafka集群中数据自动迁移-powerful_boy-ChinaUnix博客

　　kafka配置：https://www.cnblogs.com/angellst/p/9368493.html