持续总结中！2024年面试必问 20 道 Kafka面试题（一）

一、Kafka 的基础概念有哪些？

Kafka 是一个分布式流处理平台，由 LinkedIn 开发，并于 2011 年成为 Apache 软件基金会的一部分。以下是 Kafka 的一些基础概念：

1. Broker: Kafka 集群由多个 Broker 组成，每个 Broker 存储消息数据并提供消息服务。Broker 充当消息生产者和消费者之间的中介。

2. Topic: Kafka 中的消息以 Topic 为单位进行分类。一个 Topic 可以被视为一个消息类别或者消息队列。生产者将消息发送到特定的 Topic，而消费者从 Topic 中读取消息。

3. Partition: 为了能够横向扩展和并行处理，每个 Topic 可以被分割成多个 Partition。Partition 是 Kafka 中数据的基本存储单元，每个 Partition 在物理上对应一个日志文件，消息在写入时会被追加到日志文件的末尾。

4. Producer: 生产者是向 Kafka Broker 发送消息的客户端。生产者负责创建消息并决定将消息发送到哪个 Topic 的哪个 Partition。

5. Consumer: 消费者是读取 Kafka Broker 上消息的客户端。消费者可以订阅一个或多个 Topic，并从 Partition 中读取消息。

6. Consumer Group: 消费者组是 Kafka 中的一个核心概念，用于实现消息的并发消费和负载均衡。一个 Consumer Group 由多个 Consumer 组成，它们共同消费订阅的 Topic 中的消息。

7. Replica: 为了提高数据的可靠性和可用性，Kafka 支持消息的副本机制。每个 Partition 都可以有多个 Replica，其中有一个 Leader 和若干 Follower。Leader 负责处理所有的读写请求，而 Follower 从 Leader 中同步数据。

8. Leader: 在一个 Partition 的所有 Replica 中，会选举出一个 Leader。所有的读写操作都是通过 Leader 来进行的。

9. Follower: 除了 Leader 之外的其他 Replica 称为 Follower。Follower 的任务是复制 Leader 的数据，以保证数据的高可用性。

10. Controller: Kafka 集群中会有一个 Broker 被选举为 Controller，负责管理集群的元数据和 Partition 的 Leader 选举。

11. ZooKeeper: 在 Kafka 的早期版本中，ZooKeeper 被用来进行集群协调，如选举 Controller、管理 Partition 的状态等。但在新版本中，Kafka 正在逐步去除对 ZooKeeper 的依赖。

12. Offset: Offset 是 Kafka 中用于追踪消息位置的机制。每个消息在 Partition 中都有一个唯一的 Offset，消费者使用 Offset 来确定自己读取消息的位置。

13. Message: Kafka 中的消息是字节数组，它与特定的业务逻辑无关，生产者和消费者可以自定义序列化和反序列化的方式。

14. ISR (In-Sync Replicas): ISR 是指与 Leader 保持同步的 Follower Replicas 的集合。Leader 会维护一个 ISR 列表，确保数据的一致性。

15. High Availability (HA): Kafka 通过 Partition 的副本机制实现了高可用性。如果 Leader 宕机，会从 ISR 中选举出新的 Leader。

16. Durability: Kafka 通过将消息持久化到磁盘，并使用 Replica 来保证消息的持久性，从而确保数据不会丢失。

17. Scalability: Kafka 可以水平扩展，通过增加 Broker 的数量来处理更多的数据和请求。

18. Fault Tolerance: Kafka 的设计允许集群中的节点失败，而不会丢失数据或停止服务。

19. Stream Processing: Kafka 不仅支持消息队列的功能，还支持流处理，可以对数据流进行实时处理和分析。

20. Exactly-Once Semantics (EOS): Kafka 支持精确一次的消息传递语义，确保消息在传输过程中不会丢失或重复。

这些基础概念构成了 Kafka 的核心架构，使其成为一个强大且灵活的分布式消息系统。

二、Broker 在 Kafka 中扮演什么角色？

在 Kafka 架构中，Broker 扮演着至关重要的角色。以下是 Broker 在 Kafka 中的主要功能和特点：

1. 消息存储: Broker 是 Kafka 集群中的消息存储节点。每个 Broker 存储着多个 Topic 的消息数据。这些数据被分成多个 Partition，每个 Partition 相当于一个日志文件，消息被追加到日志文件的末尾。

2. 消息处理: Broker 负责处理来自生产者的消息发送请求和来自消费者的消息读取请求。生产者将消息发送到特定的 Topic 和 Partition，Broker 负责接收并将这些消息存储在对应的日志文件中。消费者从 Broker 读取消息，并根据 Offset 来确定读取的位置。

3. 负载均衡: Kafka 集群由多个 Broker 组成，每个 Broker 可以存储多个 Partition。这种设计允许 Kafka 通过增加 Broker 的数量来实现水平扩展，从而处理更多的消息数据和请求。

4. 数据复制: 为了提高数据的可靠性和可用性，Broker 支持消息的副本机制。每个 Partition 可以有多个 Replica，包括一个 Leader 和多个 Follower。Broker 负责管理这些 Replica，确保数据在 Leader 和 Follower 之间同步。

5. Leader 选举: 当一个 Partition 的 Leader 宕机时，Broker 负责从 Follower 中选举出新的 Leader。这个过程称为 Leader 选举，确保 Partition 的高可用性。

6. 数据持久性: Broker 通过将消息持久化到磁盘来保证数据的持久性。即使在 Broker 宕机的情况下，只要 Replica 存在，消息数据也不会丢失。

7. 数据一致性: Broker 负责维护 Partition 的数据一致性。在写入消息时，Broker 会等待所有同步的 Replica（即 ISR 中的 Replica）确认消息已写入，然后才向生产者确认消息发送成功。

8. 集群协调: 在 Kafka 的早期版本中，Broker 依赖 ZooKeeper 来进行集群协调，如选举 Controller、管理 Partition 的状态等。但在新版本中，Kafka 正在逐步去除对 ZooKeeper 的依赖，转而使用内部的 Raft 协议进行集群管理。

9. 配置管理: Broker 负责管理 Kafka 集群的配置信息，如 Topic 的配置、日志保留策略、副本因子等。这些配置信息对集群的行为和性能有重要影响。

10. 网络通信: Broker 作为 Kafka 集群的网络节点，负责处理来自生产者和消费者的网络请求。Broker 监听来自客户端的连接请求，并维护与客户端之间的网络连接。

11. 资源管理: Broker 管理其自身的资源使用情况，包括 CPU、内存、磁盘和网络资源。Broker 需要合理地分配和管理资源，以支持高效的消息处理。

12. 监控和日志: Broker 提供监控接口，允许管理员监控 Broker 的运行状态和性能指标。此外，Broker 还会记录日志信息，用于问题诊断和性能分析。

总之，Broker 在 Kafka 中扮演着消息存储、处理、复制、协调和管理的核心角色，是 Kafka 高性能、高可用和可扩展架构的关键组成部分。