【kafka原理】kafka Log存储解析以及索引机制

作者：石臻臻, CSDN博客之星Top5、Kafka Contributor 、nacos Contributor、华为云 MVP ,腾讯云TVP, 滴滴Kafka技术专家 、KnowStreaming。

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本文设置到的配置项有

首先启动kafka集群,集群中有三台Broker; 设置3个分区,3个副本;

1发送topic消息

启动之后kafka-client发送一个topic为消息szz-test-topic的消息

public static void main(String[] args) {
        Properties props = new Properties();
        props.put("bootstrap.servers", "xxx1:9092,xxx2:9092,xxx3:9092");
        props.put("acks", "all");
        props.put("retries", 0);
        props.put("batch.size", 16384);
        props.put("linger.ms", 1);
        props.put("buffer.memory", 33554432);
        props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
        props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
        Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);
        for(int i = 0; i < 5; i++){
            producer.send(new ProducerRecord<String, String>("szz-test-topic", Integer.toString(i), Integer.toString(i)));
        }
        producer.close();
    }

发送了之后可以去log.dirs路径下看看

这里的3个文件夹分别代表的是3个分区; 那是因为我们配置了这个topic的分区数num.partitions=3; 和备份数offsets.topic.replication.factor=3; 这3个文件夹中的3个分区有Leader有Fllower; 那么我们怎么知道谁是谁的Leader呢？

2查看topic的分区和副本

bin/kafka-topics.sh  --describe --topic szz-test-topic --zookeeper localhost:2181

可以看到查询出来显示 分区Partition-0在broker.id=0中,其余的是副本Replicas 2,1 分区Partition-1在broker.id=1中,其余的是副本Replicas 0,2 ...

或者也可以通过zk来 查看leader在哪个broker上

get /brokers/topics/src-test-topic/partitions/0/state

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] get /brokers/topics/szz-test-topic/partitions/0/state
{"controller_epoch":5,"leader":0,"version":1,"leader_epoch":0,"isr":[0,1,2]}
cZxid = 0x1001995bf

3分区文件都有啥

进入文件夹看到如下文件:

在这里插入图片描述

我们试试多发送一些消息,看它会不会生成新的 segment

public static void main(String[] args) {
        Properties props = new Properties();
        props.put("bootstrap.servers", "xxx1:9092,xxx2:9092,xxx3:9092");
        props.put("acks", "all");
        props.put("retries", 0);
        props.put("batch.size", 163840);
        props.put("linger.ms", 10);
        props.put("buffer.memory", 33554432);
        props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
        props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
        Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);
        for(int i = 0; i < 1200; i++){
            //将一个消息设置大一点
            byte[] log = new byte[904800];
            String slog = new String(log);
            producer.send(new ProducerRecord<String, String>("szz-test-topic",0, Integer.toString(i),  slog));
        }
        producer.close();
    }

在这里插入图片描述

从图中可以看到第一个segment文件00000000000000000000.log快要满log.segment.bytes 的时候就开始创建了00000000000000005084.log了; 并且.log和.index、.timeindex文件是一起出现的; 并且名称是以文件第一个offset命名的

• .log存储消息文件
• .index存储消息的索引
• .timeIndex，时间索引文件，通过时间戳做索引

消息文件

上面的几个文件我们来使用kafka自带工具bin/kafka-run-class.sh 来读取一下都是些啥bin/kafka-run-class.sh kafka.tools.DumpLogSegments --files 00000000000000000000.log

最后一行:

baseoffset:5083  position: 1072592768  CreateTime: 1603703296169

.index 消息索引

bin/kafka-run-class.sh kafka.tools.DumpLogSegments --files 00000000000000000000.index 最后一行:

offset:5083  position:1072592768

.timeindex 时间索引文件

bin/kafka-run-class.sh kafka.tools.DumpLogSegments --files 00000000000000000000.timeindex

最后一行:

timestamp: 1603703296169 offset: 5083

Kafka如何查找指定offset的Message的

找了个博主的图 @lizhitao 比如：要查找绝对offset为7的Message：

1. 首先是用二分查找确定它是在哪个LogSegment中，自然是在第一个Segment中。
2. 打开这个Segment的index文件，也是用二分查找找到offset小于或者等于指定offset的索引条目中最大的那个offset。自然offset为6的那个索引是我们要找的，通过索引文件我们知道offset为6的Message在数据文件中的位置为9807。
3. 打开数据文件，从位置为9807的那个地方开始顺序扫描直到找到offset为7的那条Message。

Kafka 中的索引文件，以稀疏索引(sparse index)的方式构造消息的索引，它并不保证每个消息在索引文件中都有对应的索引项。每当写入一定量（由 broker 端参数 log.index.interval.bytes 指定，默认值为 4096，即 4KB）的消息时，偏移量索引文件 和 时间戳索引文件 分别增加一个偏移量索引项和时间戳索引项，增大或减小 log.index.interval.bytes 的值，对应地可以缩小或增加索引项的密度。

稀疏索引通过 MappedByteBuffer 将索引文件映射到内存中，以加快索引的查询速度。

leader-epoch-checkpoint

leader-epoch-checkpoint 中保存了每一任leader开始写入消息时的offset; 会定时更新 follower被选为leader时会根据这个确定哪些消息可用

4参考文档

kafka官方文档

Kafka的Log存储解析

Kafka-工作流程，文件存储机制，索引机制，如何通过offset找到对应的消息

Broker配置文件详解

日常运维、问题排查=> 滴滴开源LogiKM一站式Kafka监控与管控平台