Kafka-服务端-PartitionLeaderSelector、ReplicaStateMachine

PartitionLeaderSelector

通过对前面的分析可知，PartitionMachine将Leader副本选举、确定ISR集合的工作委托给了PartitionLeaderSelector接口实现，PartitionMachine可以专注于管理分区状态。这是策略模式的一种典型的应用场景。

图展示了PartitionLeaderSelector的实现类，这五个不同的实现提供了不同的策略。PartitionLeaderSelector接口的定义如下：

NoOpLeaderSelector是其中最简单的实现，它并没有进行Leader选举，而是将currentLeaderAndlsr直接返回，需要接收LeaderAndIsrRequest的Broker则是分区的AR集合。代码就不贴出来了。

OfflinePartitionLeaderSelector会根据currentLeaderAndlsr选举新的Leader和ISR集合，策略如下：

1. 如果在ISR集合中存在至少一个可用的副本，则从ISR集合中选择新的Leader副本，当前ISR集合为新ISR集合。
2. 如果ISR集合中没有可用的副本且“Unclean leader election”配置被禁用，那么就抛出异常。
3. 如果“Unclean leader election”被开启，则从AR集合中选择新的Leader副本和ISR集合。
4. 如果AR集合中没有可用的副本，抛出异常。

对于剩余的PartitionLeaderSelector实现，这里只介绍其策略。

PreferredReplicaPartitionLeaderSelector的策略是：如果“优先副本”可用且在ISR集合中，则选取其为Leader副本，当前的ISR集合为新的ISR集合，并向AR集合中所有可用副本发送LeaderAndIsrRequest,否则会抛出异常。

ReassignedPartitionLeaderSelector涉及到副本的重新分配，副本重新分配的相关概念后面详细分析，这里先简单了解ReassignedPartitionLeaderSelector的策略：选取的新Leader副本必须在新指定的AR集合中且同时在当前ISR集合中，当前ISR集合为新ISR集合，接收LeaderAndIsrRequest的副本是新指定的AR集合中的副本。

ControlledShutdownLeaderSelector的策略是：从当前ISR集合中排除正在关闭的副本后作为新的ISR集合，从新ISR集合中选择新的Leader,需要向AR集合中可用的副本发送LeaderAndIsrRequest。

ReplicaStateMachine

ReplicaStateMachine是Controller Leader用于维护副本状态的状态机。副本状态由ReplicaState接口表示，它有七个子类，分别代表了副本的七种不同的状态，如表所示。

ReplicaState之间的转换如图所示。下面介绍各个ReplicaState状态之间转换时需要完成的相关操作。

• NonExistentReplica →NewReplica Controller向此副本所在Broker发送LeaderAndIsrRequest,并向集群中所有可用的Broker发送UpdateMetadataRequest。
• NewReplica →OnlineReplicaController将NewReplica加入到AR集合中。
• OnlineReplica,OfflineReplica→OnlineReplica

Controller向此副本所在的Broker发送LeaderAndIsrRequest,并向集群中所有可用的Broker发送UpdateMetadataRequest。

• NewReplica,OnlineReplica,OflineReplica,ReplicaDeletionIneligible →OffineReplica
  Controller向副本所在Broker发送StopReplicaRequest,之后会从ISR集合中清除此副本，最后向其他可用副本所在的Broker发送LeaderAndIsrRequest,并向集群中所有可用的Broker发送UpdateMetadataRequest。
• OffineReplica→ReplicaDeletionStarted
  Controller向副本所在Broker发送StopReplicaRequest。
• ReplicaDeletionStarted →ReplicaDeletionSuccessful只做状态转换，并没有其他操作。
• ReplicaDeletionStarted →ReplicaDeletionIneligible只做状态转换，并没有其他操作。
• ReplicaDeletionSuccessful →NonExistentReplicaController从AR集合中删除此副本。

在ReplicaStateMachine中也有controllerContext、zkUtils、brokerRequestBatch字段，它们的功能与PartitionStateMachine中的同名字段相同，ReplicaStateMachine剩余的字段如下所述。

• replicaState:Map[PartitionAndReplica,ReplicaState]类型，记录每个副本对应的ReplicaState状态。
• brokerChangeListener:ZooKeeper的监听器，用于监听Broker的变化，例如Broker宕机或重新上线等事件。

ReplicaStateMachine启动时会对replicaState集合进行初始化，并调用handleStateChanges()方法尝试将可用副本转换为OnlineReplica状态。