### Kafka的文件存储原理
>kafka 是一个分布式的缓存队列，文件存储时 将topic流数据进行分区存储（存放到多个broker节点），这样起到负载均衡、分布式并行处理的作用，因此具体存储的形式是 以`topic-partition` 形式命名的。

- 随着单文件的大小增大，检索效率降低，因此 参数 `log.segment.bytes` 设置 单文件最大为1G，这意味着topic的一个分区也将分成多个segment，每个segment最大为1G，文件检索时效率更高。文件追加写入的策略是buffer满足4k，将数据写入*.log，并向*.index, *.timeindex写入索引
- kafka的写是追加写，这会跳过文件的检索步骤，kafka官网指出追加写入速率为`600MB/S` ,随机写速率为 `100KB/S` ,使得使用机械硬盘的性能不逊于固态硬盘。
- kafka的读，当读取对应topic的相应分区时，先通过segment来选择具体的读取文件，然后通过 offset向*.index 查询物理偏移量，再去*.log读取数据。此外，kafka实现零拷贝，使得数据无需在用户缓存空间进行传递拷贝，仅需要复制到内核缓冲区，然后发送到网卡，省去两次拷贝的开销

### 文件的清理
>kafka时一个分布式的缓存队列，它的数据不像HDFS那样长期存储，kafka默认会将存在7天的过期数据进行删除。
- `log.cleanup.policy`, 可选为 delete、compact，默认是delete
- `log.retention.hours` 默认 167 ，7天时间过期
- `log.retention.bytes` 默认 -1 ，分区内的数据最大值，默认没有限制
- `log.segment.bytes`,默认1073741824 ， 分区内的 `segment` 的最大值，默认为1G
- `log.cleaner.interval.ms` ,默认为 30000 ，5 分钟，这个参数适用于所有日志清理策略，包括删除（`log.cleanup.policy=delete`）和压缩（`log.cleanup.policy=compact`）。
如果`log.cleanup.policy = compact` ，这不会删除过期数据，而是将重复建的记录进行合并，仅仅保留最新的记录，旧的记录将被清除。因此每个键在压缩后的日志中是唯一的最新值。需要配合使用下列参数
- `log.cleaner.enable=true` 启用日志压缩功能。
- `log.cleaner.min.cleanable.ratio` 定义清理的最低比例。即当未清理的数据量超过指定比例`(默认 0.5)`时，Kafka 会触发压缩。 
- `log.cleaner.backoff.ms`，默认15000， 当 Kafka 完成一次日志压缩后，等待指定时间后才会执行下一次压缩。

### kafka的监控
> [kafka-console-ui]([[https://drive.google.com/file/d/1-38QwSMsq3MvrpTofa8YeNLpp4KyE407/view?usp=drive_link]]) 下载
```bash
unzip kafka-console-ui.zip -d /usr/local/
cd /usr/local/kafka-console-ui bin/start.sh
bin/start.sh
```
访问localhost:7766，点击最右边的运维，添加集群信息

### Kafka集群动态添加节点
![](./assert/5.png)

### Kafka的选举机制
>`controller` 选举

各个`broker`节点会向`zookeper`的 注册`/controller`节点 ，如果注册了这个节点，这个`broker`就是 `controller`节点
当 controller broker 宕机时，Zookeeper 会检测到 `/controller` 节点的会话过期，并自动删除该节点。
其他的 broker 都会监听该节点的变化，一旦监听到`/controller`节点被删除，brokers 会竞相尝试创建新的 `/controller` 节点

![controller节点](./assert/6.png)
>`partition leader` 选举

`topic`存在多个分区，而这每个分区又存在副本，这些副本之间有主从关系，为主从分区。主分区负责处理读写请求，从分区从 Leader 副本同步数据，确保数据冗余和容错。
集群的`/controller`的`broker`节点有`controller`组件，他会进行主从分区的选取，形成一个`ISR`(动态副本集)

- 问题：如果`topic`的主分区所在节点宕机，需要从`ISR`中重新选举主分区，这个选举是顺序性的，最大程度保证和宕机的leader的最新数据是同步一致的。`controller`会协调这个选举过程，一旦检测到leader没有heartbeat，认为其宕机，立即选取新leader，并将zookeeper和broker的元数据进行更新，保证`topic`分区可用
- **`unclean.leader.election.enable`**：当设置为 `true` 时，允许非 ISR 副本成为 Leader；当设置为 `false` 时，仅允许 ISR 中的副本成为 Leader（默认值为 `false`，即不启用非 ISR 选举）

### Kafka的数据同步
>上述说到了topic的主分区宕机之后的leader选举，此时还需要进行分区数据的同步，选举出新的leader分区将自己的数据完整地同步到follower分区
- 情况一：就是当从分区正在同步主分区的数据，但是此时leader宕机，从分区的数据对于宕机leader的数据来说是不完整的，那么只能从`ISR`中选择第一个，数据最新的从分区为新的主分区，然后进行数据的同步
- 情况二：就是宕机的是从分区`broker`节点，这不会影响集群的运行，会将从分区从`ISR`中去除，如果从分区的`broker`恢复过来，从分区会向主分区同步，并重新加入`ISR`

### Kafka的数据均衡
>Kafka的一些`broker`因为`leader`的频繁选举导致负载较重，此时可以进行分区再平衡，**Leader 分区转移为 Follower 分区**，从而减少该节点的压力。

我们可以选择关闭Kafka的leader平衡管理，改为自动管理。
`auto.leader.rebalance.enable`,默认为true，集群自动管理leader的切换选举
`leader.imbalance.check.interval.seconds`，默认300，集群检查是否选举切换leader的间隔时间

现在我们关闭集群的leader平衡管理，使用手动管理
- 直接指定`topic`的leader
  ```bash
  kafka-leader-election.sh --bootstrap-server nn1:9092 --topic topic_a --partition 1 --election-type preferred
```
- 也可以手动生成均衡计划
  ```bash
  # 首先创建一个topic.json 输入如下内容 填写需要均衡的分区
  {"topics":[{"topic":"topic_a"}],"version":1}
  # 使用这个均衡优化命令生成优化计划 
  kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server nn1:9092 --broker-list 0,1,2,3,4 --topics-to-move-json-file topic.json --generate 
  # 将上述命令生成的优化计划 编辑为 reassignment.json
  kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server nn1:9092 --execute --reassignment-json-file reassignment.json
  # 验证是否重新分配成功
  kafka-reassign-partitions.sh --bootstrap-server nn1:9092 --reassignment-json-file reassignment.json --verify
  ```