面试题：消息队列在集群环境下的容错与恢复策略

Question

假设你负责维护一个使用Kafka搭建的大规模消息队列集群，该集群有多个broker节点。当其中一个broker节点突然宕机时，Kafka是如何保证消息不丢失并快速恢复服务的？请详细描述Kafka的分区副本机制、选举策略以及在这个过程中Zookeeper扮演的角色。

Answer 1

分区副本机制

1. 多副本设置：Kafka的每个分区都可以配置多个副本（包括领导者副本和跟随者副本）。领导者副本负责处理该分区的所有读写请求，跟随者副本则从领导者副本同步数据，以保持数据的一致性。
2. 数据同步：跟随者副本通过向领导者副本发送Fetch请求来获取数据，领导者副本会记录已同步到跟随者副本的最新位置（HW，High Watermark）。只有当领导者副本和跟随者副本都成功写入消息后，这条消息才被认为是已提交的，消费者才能消费到该消息。

选举策略

1. 领导者选举：当一个broker节点宕机，其上的领导者副本不可用时，Kafka需要从该分区的跟随者副本中选举出一个新的领导者副本。选举过程通常基于ISR（In - Sync Replicas，同步副本集）。只有在ISR中的副本才有资格被选举为领导者。
2. ISR机制：ISR集合中的副本是与领导者副本保持一定程度同步的跟随者副本。如果一个跟随者副本落后领导者副本太多（由参数 replica.lag.time.max.ms 控制，默认10秒），它会被移出ISR。当ISR中的副本与领导者副本的同步差距缩小到一定范围时，又会被重新加入ISR。选举时，通常选择ISR中第一个副本（按照副本ID排序）作为新的领导者。

Zookeeper扮演的角色

1. 集群管理：Zookeeper负责维护Kafka集群的元数据，包括broker节点的存活状态、分区的领导者副本分布等信息。当一个broker节点宕机时，Zookeeper会检测到这个变化，并通知其他broker节点。
2. 选举协调：在领导者选举过程中，Zookeeper提供了一种分布式协调机制。它帮助Kafka确定哪个副本应该成为新的领导者。例如，Kafka通过在Zookeeper上创建临时节点来进行选举投票，最终确定新的领导者。
3. 状态监控：Zookeeper持续监控集群中各个broker节点的状态，确保整个集群的元数据信息始终保持最新，以便在发生故障时能够快速恢复服务，保证消息不丢失。