【Kafka源码】ReplicaManager启动过程

在KafkaServer启动过程的入口中,会启动Replica Manager,众所周知,这是一个副本管理器。replica在Kafka中扮演的角色很重要,是保证消息不丢失的一个重要概念。

replica的个人理解概念如下:producer发送的消息给broker,broker是分为多个partition的,对于同一个partition中的broker,这些机器是有主从的概念的。producer只会向leader写入消息,consumer只会从leader读取消息,(leader负责读写,replica保证消息不丢)。为了保证消息不丢失,follower会定时从leader拉取消息,保持与leader的消息同步。当然,producer可以配置是否需要有follower同步成功,以及需要多少个replica,(即需要多少个ack)才算是消息发送成功。这块看个人的需求。

下面我们看下Replica Manager的启动过程。

一、入口

入口在KafkaServer的start方法中,比较简洁:

replicaManager = new ReplicaManager(config, metrics, time, kafkaMetricsTime, zkUtils, kafkaScheduler, logManager,isShuttingDown)
replicaManager.startup()

我们主要看下ReplicaManager里面都有什么内容。

二、ReplicaManager实例化

我们看看实例化的过程:

/* epoch of the controller that last changed the leader */
@volatile var controllerEpoch: Int = KafkaController.InitialControllerEpoch - 1
private val localBrokerId = config.brokerId
private val allPartitions = new Pool[(String, Int), Partition](valueFactory = Some { case (t, p) =>
  new Partition(t, p, time, this)
})
private val replicaStateChangeLock = new Object
val replicaFetcherManager = new ReplicaFetcherManager(config, this, metrics, jTime, threadNamePrefix)
private val highWatermarkCheckPointThreadStarted = new AtomicBoolean(false)
val highWatermarkCheckpoints = config.logDirs.map(dir => (new File(dir).getAbsolutePath, new OffsetCheckpoint(new File(dir, ReplicaManager.HighWatermarkFilename)))).toMap
private var hwThreadInitialized = false
this.logIdent = "[Replica Manager on Broker " + localBrokerId + "]: "
val stateChangeLogger = KafkaController.stateChangeLogger
private val isrChangeSet: mutable.Set[TopicAndPartition] = new mutable.HashSet[TopicAndPartition]()
private val lastIsrChangeMs = new AtomicLong(System.currentTimeMillis())
private val lastIsrPropagationMs = new AtomicLong(System.currentTimeMillis())

val delayedProducePurgatory = DelayedOperationPurgatory[DelayedProduce](
    purgatoryName = "Produce", config.brokerId, config.producerPurgatoryPurgeIntervalRequests)
val delayedFetchPurgatory = DelayedOperationPurgatory[DelayedFetch](
    purgatoryName = "Fetch", config.brokerId, config.fetchPurgatoryPurgeIntervalRequests)
  • 首先是这个controllerEpoch,这个值表示的是leader发生变化时controller的epoch。epoch存储在zk中的/Controller_epoch中。
  • 第二步是从配置broker.id中获取当前机器的brokerId。
  • 实例化ReplicaFetcherManager,是一个follower从leader拉取消息的管理器,这里面有文章。
  • 设置highWatermarkCheckPointThreadStarted为false,为了后续启动相关的线程用。
  • 从文件(replication-offset-checkpoint)中获取所有topic和partition的HW,这个文件中存储了每个topic和partition对应的最新的checkPoint对应的offset值。HW表示的是topic的partition对应的最后一次commit的消息的offset值,也是用于消息完整性的保证。
  • 定义了isrChangerSet,表示了isr改变顺序的集合。至于isr是干啥的,网上的内容比较多,搜索即可。
  • 最后涉及到两个配置,分别是:

    • producer.purgatory.purge.interval.requests:默认值1000,用于在procucer的ack设置是-1或者1时,跟踪消息是否添加成功,使用DelayedProduce实现。成功后清除。
    • fetch.purgatory.purge.interval.requests:默认值1000,fetch 请求清除时的清除间隔

三、启动ReplicaManager

我们主要看下ReplicaManager的start方法:

def startup() {
// start ISR expiration thread
scheduler.schedule("isr-expiration", maybeShrinkIsr, period = config.replicaLagTimeMaxMs, unit = TimeUnit.MILLISECONDS)
scheduler.schedule("isr-change-propagation", maybePropagateIsrChanges, period = 2500L, unit = TimeUnit.MILLISECONDS)
}

这块主要启动了两个定时任务,分别是maybeShrinkIsr和maybePropagateIsrChanges。下面我们着重分析下。

3.1 maybeShrinkIsr

这个方法的调用时间间隔由配置replica.lag.time.max.ms控制,主要用于检查partition对应的isr列表中是否有心跳过期的isr。

  private def maybeShrinkIsr(): Unit = {
    trace("Evaluating ISR list of partitions to see which replicas can be removed from the ISR")
    allPartitions.values.foreach(partition => partition.maybeShrinkIsr(config.replicaLagTimeMaxMs))
  }

这块主要是遍历了所有的partition,每个partition都执行maybeShrinkIsr方法,下面我们进入maybeShrinkIsr,分析下主要做了哪些事情。

  def maybeShrinkIsr(replicaMaxLagTimeMs: Long) {
    val leaderHWIncremented = inWriteLock(leaderIsrUpdateLock) {
      leaderReplicaIfLocal() match {
        case Some(leaderReplica) =>
          val outOfSyncReplicas = getOutOfSyncReplicas(leaderReplica, replicaMaxLagTimeMs)
          if(outOfSyncReplicas.size > 0) {
            val newInSyncReplicas = inSyncReplicas -- outOfSyncReplicas
            assert(newInSyncReplicas.size > 0)
            info("Shrinking ISR for partition [%s,%d] from %s to %s".format(topic, partitionId,
              inSyncReplicas.map(_.brokerId).mkString(","), newInSyncReplicas.map(_.brokerId).mkString(",")))
            // update ISR in zk and in cache
            updateIsr(newInSyncReplicas)
            // we may need to increment high watermark since ISR could be down to 1

            replicaManager.isrShrinkRate.mark()
            maybeIncrementLeaderHW(leaderReplica)
          } else {
            false
          }

        case None => false // do nothing if no longer leader
      }
    }

整个步骤如下:

  • leaderReplicaIfLocal:先检查当前的partition的leader是否为当前的broker,如果为是,就不进入下面的方法,否则进入下面的方法。
  • getOutOfSyncReplicas:获取不同步的replica列表,获取的方法是首先从isr中去除掉leader,然后把当前时间-lastCaughtUpTimeMs大于replicaMaxLagTimeMs的replica筛选出来,即为outOfSyncReplicas。这里面的lastCaughtUpTimeMs是指上次同步的时间,不一定是心跳时间。
  • 如果outOfSyncReplicas中存在replica,则继续。两个列表进行差值运算后得到新的isr列表,之后更新isr列表(即zk中的数据)。
  • 最后可能需要更新下HW

3.2 maybePropagateIsrChanges

这个方法的调用时间是固定的,不由配置决定,代码中写死,为2500ms。这个方法会把isr的变化内容更新到zk中去,执行这个方法的条件是:

  • ISR变化没有被广播出去
  • 最近5s内没有ISR变化或者上次广播的时间距离当前时间超过了60s,其实这里的广播就是指写入到zk中
  def maybePropagateIsrChanges() {
    val now = System.currentTimeMillis()
    isrChangeSet synchronized {
      if (isrChangeSet.nonEmpty &&
        (lastIsrChangeMs.get() + ReplicaManager.IsrChangePropagationBlackOut < now ||
          lastIsrPropagationMs.get() + ReplicaManager.IsrChangePropagationInterval < now)) {
        ReplicationUtils.propagateIsrChanges(zkUtils, isrChangeSet)
        isrChangeSet.clear()
        lastIsrPropagationMs.set(now)
      }
    }
  }
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