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Kafka 为什么要抛弃 Zookeeper？

article 2024/10/25 18:51:31

嗨，你好，我是猿java

在很长一段时间里，ZooKeeper都是 Kafka的标配，现如今，Kafka官方已经在慢慢去除ZooKeeper，Kafka 为什么要抛弃 Zookeeper？这篇文章我们来聊聊其中的缘由。

Kafka 和 ZooKeeper 的关系

ZooKeeper 是一个分布式协调服务，常用于管理配置、命名和同步服务。长期以来，Kafka 使用 ZooKeeper 负责管理集群元数据、控制器选举和消费者组协调等任务理，包括主题、分区信息、ACL（访问控制列表）等。

ZooKeeper 为 Kafka 提供了选主（leader election）、集群成员管理等核心功能，为 Kafka提供了一个可靠的分布式协调服务，使得 Kafka能够在多个节点之间进行有效的通信和管理。然而，随着 Kafka的发展，其对 ZooKeeper的依赖逐渐显露出一些问题，这些问题也是下面 Kafka去除 Zookeeper的原因。

抛弃ZooKeeper的原因

1. 复杂性增加

ZooKeeper 是独立于 Kafka 的外部组件，需要单独部署和维护，因此，使用 ZooKeeper 使得 Kafka的运维复杂度大幅提升。运维团队必须同时管理两个分布式系统（Kafka和 ZooKeeper），这不仅增加了管理成本，也要求运维人员具备更高的技术能力。

2. 性能瓶颈

作为一个协调服务，ZooKeeper 并非专门为高负载场景设计，因此，随着集群规模扩大，ZooKeeper在处理元数据时的性能问题日益突出。例如，当分区数量增加时，ZooKeeper需要存储更多的信息，这导致了监听延迟增加，从而影响Kafka的整体性能34。在高负载情况下，ZooKeeper可能成为系统的瓶颈，限制了Kafka的扩展能力。

3. 一致性问题

Kafka 内部的分布式一致性模型与 ZooKeeper 的一致性模型有所不同。由于 ZooKeeper和 Kafka控制器之间的数据同步机制不够高效，可能导致状态不一致，特别是在处理集群扩展或不可用情景时，这种不一致性会影响消息传递的可靠性和系统稳定性。

4. 发展自己的生态

Kafka 抛弃 ZooKeeper，我个人觉得最核心的原因是：Kafka生态强大了，需要自立门户，这样就不会被别人卡脖子。纵观国内外，有很多这样鲜活的例子，当自己弱小时，会先选择使用别家的产品，当自己羽翼丰满时，再选择自建完善自己的生态圈。

引入KRaft

为了剥离和去除 ZooKeeper，Kafka 引入了自己的亲儿子 KRaft（Kafka Raft Metadata Mode）。KRaft 是一个新的元数据管理架构，基于 Raft 一致性算法实现的一种内置元数据管理方式，旨在替代 ZooKeeper 的元数据管理功能。其优势在于：

完全内置，自包含：KRaft 将所有协调服务嵌入 Kafka 自身，不再依赖外部系统，这样大大简化了部署和管理，因为管理员只需关注 Kafka 集群。
高效的一致性协议：Raft 是一种简洁且易于理解的一致性算法，易于调试和实现。KRaft 利用 Raft 协议实现了强一致性的元数据管理，优化了复制机制。
提高元数据操作的扩展性：新的架构允许更多的并发操作，并减少了因为扩展性问题导致的瓶颈，特别是在高负载场景中。
降低延迟：在消除 ZooKeeper 作为中间层之后，Kafka 的延迟性能有望得到改善，特别是在涉及选主和元数据更新的场景中。
完全自主：因为是自家产品，所以产品的架构设计，代码开发都可以自己说了算，未来架构走向完全控制在自己手上。

KRaft的设计细节

控制器（Controller）节点的去中心化：KRaft 模式中，控制器节点由一组 Kafka 服务进程代替，而不是一个独立的 ZooKeeper 集群。这些节点共同负责管理集群的元数据，通过 Raft 实现数据的一致性。
日志复制和恢复机制：利用 Raft 的日志复制和状态机应用机制，KRaft 实现了对元数据变更的强一致性支持，这意味着所有控制器节点都能够就集群状态达成共识。
动态集群管理：KRaft 允许动态地向集群中添加或移除节点，而无需手动去 ZooKeeper 中更新配置，这使得集群管理更为便捷。

下面给出一张 Zookeeper 和 KRaft的对比图：

总结

本文，我们分析了为什么 Kafka 要移除 ZooKeeper，主要原因有两个：ZooKeeper不能满足 Kafka的发展以及 Kafka想创建自己的生态。在面临越来越复杂的数据流处理需求时，KRaft 模式为 Kafka 提供了一种更高效、简洁的架构方案。不论结局如何，Kafka 和 ZooKeeper曾经也度过了一段美好的蜜月期，祝福 Kafka 在 KRaft模式越来越强大，为使用者带来更好的体验。