面试题：消息队列如何通过集群架构保障高可用性

Question

请阐述常见消息队列（如RabbitMQ、Kafka ）采用集群架构保障高可用性的原理及具体机制，例如节点之间如何进行数据同步与故障检测。

Answer 1

RabbitMQ集群高可用原理及机制

1. 数据同步：
   • 镜像队列：RabbitMQ通过镜像队列实现数据同步。在镜像队列模式下，队列会在多个节点上创建镜像副本。消息会被发送到主节点，然后主节点将消息同步到镜像节点。这样，当主节点出现故障时，镜像节点可以接替成为主节点继续提供服务。例如，一个包含三个节点的RabbitMQ集群，队列myQueue可以配置为在三个节点上都有镜像，当消息发送到队列时，主节点接收消息并将其复制到另外两个镜像节点。
2. 故障检测：
   • 心跳机制：节点之间通过心跳机制来检测彼此的状态。每个节点会定期向其他节点发送心跳消息，如果在一定时间内没有收到某个节点的心跳响应，就会认为该节点可能出现故障。例如，默认情况下，RabbitMQ节点每5秒发送一次心跳消息。
   • 仲裁机制：当检测到某个节点故障时，集群会通过仲裁机制来决定如何处理。对于镜像队列，如果主节点故障，镜像节点会通过选举产生新的主节点。例如，在一个三节点的集群中，如果主节点故障，两个镜像节点会进行选举，获胜的节点成为新的主节点。

Kafka集群高可用原理及机制

1. 数据同步：
   • 分区副本：Kafka的每个主题（Topic）被划分为多个分区（Partition），每个分区可以有多个副本（Replica）。副本分为领导者（Leader）副本和追随者（Follower）副本。生产者发送消息到领导者副本，领导者副本接收消息后将其同步给追随者副本。例如，一个主题myTopic有3个分区，每个分区有3个副本，当生产者发送消息到myTopic的某个分区时，消息首先到达该分区的领导者副本，然后领导者副本将消息同步给该分区的两个追随者副本。
2. 故障检测：
   • Zookeeper协作：Kafka依赖Zookeeper来进行节点状态的管理和故障检测。每个Kafka节点会在Zookeeper上注册自己的信息，Zookeeper通过监控这些节点的状态来发现故障节点。例如，当某个Kafka节点崩溃时，Zookeeper会感知到该节点的连接丢失，然后通知其他Kafka节点。
   • 领导者选举：当领导者副本所在的节点出现故障时，追随者副本会进行选举产生新的领导者。选举过程通常基于ISR（In - Sync Replicas，同步副本集），只有在ISR中的副本才有资格参与选举。例如，某个分区的领导者节点故障，在ISR中的追随者副本会竞争成为新的领导者，选举算法可能基于副本的日志偏移量等因素，日志偏移量最大的副本通常会被选为新的领导者。