面试题：消息队列Kafka的Replication副本机制下，ISR集合是如何维护和运作的

Question

详细描述在Kafka的Replication副本机制里，ISR（In - Sync Replicas）集合的概念、维护过程以及它在副本同步和故障处理等方面起到的关键作用。

Answer 1

ISR集合概念

• ISR（In - Sync Replicas）即同步副本集合，是指与Leader副本保持“同步”状态的Follower副本集合。在Kafka中，只有ISR中的副本才有资格被选举为新的Leader。“同步”意味着这些Follower副本能够及时从Leader副本拉取数据并进行同步，其落后Leader副本的消息条数在一定阈值内。

ISR维护过程

1. 副本加入ISR：
   • 当一个Follower副本启动并开始从Leader副本拉取数据时，如果它能够及时跟上Leader副本的进度，即落后的消息条数不超过配置的阈值（通过参数 replica.lag.time.max.ms 和 replica.lag.max.messages 控制，新版本主要依赖 replica.lag.time.max.ms），就会被添加到ISR集合中。
2. 副本移出ISR：
   • 如果Follower副本由于网络延迟、磁盘I/O问题等原因，导致它与Leader副本的同步延迟超过了 replica.lag.time.max.ms 配置的时间，或者落后Leader副本的消息条数超过了 replica.lag.max.messages（旧版本），该Follower副本就会被移出ISR集合。
   • 当Follower副本恢复正常，重新追上Leader副本的进度时，又会被重新加入到ISR集合中。

在副本同步和故障处理方面的关键作用

1. 副本同步：
   • 保证数据一致性：ISR集合确保了数据的一致性。只有ISR中的副本同步了数据，才能认为消息已成功提交。这样可以避免数据丢失，因为即使Leader副本发生故障，新选举的Leader也能从ISR中的副本获取到最新的数据。
   • 提高同步效率：Kafka只需要与ISR中的副本进行数据同步，而不需要关注所有的Follower副本。这减少了同步的开销，因为ISR中的副本相对来说是健康且同步状态良好的。
2. 故障处理：
   • Leader选举：当Leader副本发生故障时，Kafka会从ISR集合中选举一个新的Leader。由于ISR中的副本与Leader保持同步，选举出的新Leader能够保证数据的完整性和一致性，最大程度减少数据丢失和不一致的风险。
   • 数据恢复：在故障恢复过程中，Kafka使用ISR中的副本数据进行数据恢复。例如，如果某个Follower副本所在的节点故障，当该节点恢复后，它可以从ISR中的其他副本重新同步数据，快速恢复到故障前的状态。