【kafka】生产者消息投递可靠性（ACK机制，ISR机制，leader选举机制）

为了保证producer的消息能可靠的投递到指定的topic，topic的每个分区partition收到消息后，都需要向producer发送ack（acknowlege确认收到），如果生产者producer收到了ack，则进行下一轮的发送，否则重新发送。

ACK机制的实现

问题：分区中现有一个leader副本节点和多个follower副本节点，生产者将消息发送过来的时候，何时返回ack给生产者？

leader副本负责读与写，follower副本同步leader的数据。

方案1：leader和所有的follower都同步完成，才发送ack给生产者
方案2：leader+follower同步完成的数量过半，就发送ack给生产者

kafka采用的eader+follower完全同步机制(ISR中follower)，所有节点同步完成才返回ack。

存在问题：leader+follower完全同步时，假如有1个leader+4个follower，1个leader和3个follower都同步完成，1个follower同步超级慢或者挂掉，会影响返回或者不返回ack。

ISR机制的实现

• [x] ISR机制

当leader挂掉的时候，由controller会在follower副本中选举出一个leader。但是这个剩余follower副本有一个条件，就是follower必须在ISR列表中。

leader和ISR中的follower副本都同步完成时，就返回ack。

ISR （IN-SYNC Replication） 维护了与leader信息一致的follower副本的信息，当leader挂掉的时候 就从这个ISR中选举。

ISR信息存放在zookeeper的topic信息中，由kafka动态维护

leader如何动态维护ISR？

• replica.lag.max.messages 默认值4000
  如果某个follower副本落后leader副本的消息数超过了这个值，那么leader副本就会把该follower副本从ISR中移除。

在0.9之后的版本中已经移除。

存在问题，生产者批量产生多余4000条的消息，发送给leader，此时ISR中所有的follower副本全部落后于leader，都会被剔除ISR。然后又要有新的follower副本加入ISR（问题：频繁操作ISR，还要操作zookeeper）。

• replica.lag.time.max.ms
  follower副本响应leader副本的最长等待时间。超过这个时间将会从ISR中移除。

生产者生产消息进行投递——>分区中的leader——>通知到ISR中所有的follower副本进行同步数据——>ISR中所有的follower告知leader同步完成——>leader返回ack——>生产者

• [x] acks 生产者投递消息的ACK的级别设置
  如果需要等到ISR所有的follower副本返回消息leader，可能需要等待，便产生了不同的ack可靠性级别

• acks=0 消费者只管投递消息，leader一接收到消息还没有写入磁盘就返回ack。

优点：延迟性最低
缺点：如果接收到消息后leader没有写入磁盘就挂掉，从ISR中的follower新选举leader后，会丢失数据。

• acks=1 消费者只等到leader写入磁盘完成，不管follower副本是否同步完成，就返回ack。

问题：leader写入磁盘完成后挂掉了，ISR中的follower还没有来得及同步。从ISR中的follower新选举leader后，会丢失数据。

• acks=-1或者all

消费者投递消息后，等待leader和ISR中所有的follower副本同步完成，leader才返回ack。

优点：leader和ISR中所有的follower都同步完成，不丢数据，达到副本数据一致性。

问题：leader在返回ack之前就挂掉了，会从ISR中的follower中选出leader，此时所有leader+follower数据都一致。生产者没有收到leader的ack回应会重试投递，会造成数据重复。

• [x] leader、follower故障处理

log中每个消息都会有对应一个offset偏移量。

• HW 高水位线（High Watermark）， LEO 日志尾部偏移量（Log End Offset）

leader与ISR中所有的follower的文件的最小LEO为HW。如上图所示，HW为12。

• 对于消费者来说，leader中不大与HW的数据才能被consumer可见。如图所示leader文件中的0～12可以被消费者所见。

• [x] 分区中ISR中的某follower副本挂掉后，leader会将该follower副本剔除ISR。
  待该follower恢复后，读取本地磁盘记录的上次HW，并将文件大于HW的部分截取掉，从HW位置开始请求向leader同步。当follower的LEO达到该分区partition的HW时候（即该follower赶上了leader），就可以重新加入到ISR中。

leader选举机制的实现

• [x] 分区中的leader挂掉后，需要从ISR的follower副本中选举出新的leader。
  

图示HW为9，消费者只能看到0～9

假如leader挂掉了，选举follower2为leader，那么以新leader通知其他节点以HW 9为基准，超过HW的部分需要截取掉，leader自身的（LEO为11 大于HW 9）不用截取掉。然后从新的leader开始同步。

• 保证了副本数据之间的一致性
• 保证了消费者消费数据的一致性
• 不能保证数据投递不丢失或者不重复。**