Apache Kafka 核心组件和流程-日志管理器-设计-原理（入门教程轻松学）

Posted 2023-02-23 程序员小熊

作者：稀有气体
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/liyiming2017/article/details/82805479
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本入门教程，涵盖Kafka核心内容，通过实例和大量图表，帮助学习者理解，任何问题欢迎留言。

目录：

• kafka简介
• kafka安装和使用
• kafka核心概念
• kafka核心组件和流程--控制器
• kafka核心组件和流程--协调器
• kafka核心组件和流程--日志管理器
• kafka核心组件和流程--副本管理器
• kafka编程实战

上一节介绍了协调器。协调器主要负责消费者和kafka集群间的协调。那么消费者消费时，如何定位消息呢？消息是如何存储呢？本节将为你揭开答案。

3 日志管理器

3.1 日志的存储

Kafka的消息以日志文件的形式进行存储。不同主题下不同分区的消息是分开存储的。同一个分区的不同副本也是以日志的形式，分布在不同的broker上存储。

这样看起来，日志的存储是以副本为单位的。在程序逻辑上，日志确实是以副本为单位的，每个副本对应一个log对象。但实际在物理上，一个log又划分为多个logSegment进行存储。

举个例子，创建一个topic名为test，拥有3个分区。为了简化例子，我们设定只有1个broker，1个副本。那么所有的分区副本都存储在同一个broker上。

第二章中，我们在kafka的配置文件中配置了log.dirs=/tmp/kafka-logs。此时在/tmp/kafka-logs下面会创建test-0，test-1，test-2三个文件夹，代表三个分区。命名规则为“topic名称-分区编号”

我们看test-0这个文件夹，注意里面的logSegment并不代表这个文件夹，logSegment代表逻辑上的一组文件，这组文件就是.log、.index、.timeindex这三个不同文件扩展名，但是同文件名的文件。

1. .log存储消息
2. .index存储消息的索引
3. .timeIndex，时间索引文件，通过时间戳做索引。

这三个文件配合使用，用来保存和消费时快速查找消息。

刚才说到同一个logSegment的三个文件，文件名是一样的。命名规则为.log文件中第一条消息的前一条消息偏移量，也称为基础偏移量，左边补0，补齐20位。比如说第一个LogSegement的日志文件名为00000000000000000000.log，假如存储了200条消息后，达到了log.segment.bytes配置的阈值（默认1个G），那么将会创建新的logSegment，文件名为00000000000000000200.log。以此类推。另外即使没有达到log.segment.bytes的阈值，而是达到了log.roll.ms或者log.roll.hours设置的时间触发阈值，同样会触发产生新的logSegment。

 

3.2 日志定位

日志定位也就是消息定位，输入一个消息的offset，kafka如何定位到这条消息呢？

日志定位的过程如下:

1、根据offset定位logSegment。（kafka将基础偏移量也就是logsegment的名称作为key存在concurrentSkipListMap中）

2、根据logSegment的index文件查找到距离目标offset最近的被索引的offset的position x。

3、找到logSegment的.log文件中的x位置，向下逐条查找，找到目标offset的消息。

结合下图中例子，我再做详细的讲解：

这里先说明一下.index文件的存储方式。.index文件中存储了消息的索引，存储内容是消息的offset及物理位置position。并不是每条消息都有自己的索引，kafka采用的是稀疏索引，说白了就是隔n条消息存一条索引数据。这样做比每一条消息都建索引，查找起来会慢，但是也极大的节省了存储空间。此例中我们假设跨度为2，实际kafka中跨度并不是固定条数，而是取决于消息累积字节数大小。

例子中consumer要消费offset=15的消息。我们假设目前可供消费的消息已经存储了三个logsegment，分别是00000000000000000，0000000000000000010，0000000000000000020。为了讲解方便，下面提到名称时，会把前面零去掉。

下面我们详细讲一下查找过程。

1. kafka收到查询offset=15的消息请求后，通过二分查找，从concurrentSkipListMap中找到对应的logsegment名称，也就是10。
2. 从10.index中找到offset小于等于15的最大值，offset=14，它对应的position=340
3. 从10.log文件中物理位置340，顺序往下扫描文件，找到offset=15的消息内容。

可以看到通过稀疏索引，kafka既加快了消息查找的速度，也顾及了存储的开销。