Apache Kafka 分区重分配的实现原理解析

在 Apache Kafka 中，分区重分配是指在集群中添加或删除 Broker 时必须进行的操作。重分配是将主题的分区重新分配给集群中的 Brokers 的过程。在重分配完成后，每个 Broker 都应该被分配到相同数量的分区，从而使集群完全平衡。

重分配过程

当新增或者删除 Broker 后，集群控制器 (Controller) 开始处理重分配任务。控制器首先按照 broker ID 的顺序进行排序，并将每个 Broker 分配一个索引。

然后，控制器从 ZooKeeper 中获取当前主题分区的分配情况，并构建一个分区到 Broker 的索引表。这个索引表指定了每个分区当前所在的 Broker，以及是否是分配给“活跃”的 Broker 而不是“不活跃”的 Broker。

接下来，控制器为每个分区计算其“新”的所有偏移量，包括代理分配和 ISR 更新。在对每个分区进行分配之前，控制器必须更新分区的当前状态。它检查当前的分区状态，以便判断分区是否需要移动。然后，控制器分配分区给新的 Broker。

示例 1

为了更好地理解分区重分配的过程，我们假设我们的集群有两个 Broker，每个 Broker 有两个分区。然后，我们添加一个 Broker，以便在集群中有三个 Broker。在此示例中，我们将有一个主题（Topic）和四个分区。控制器将如下执行：

1. 找出 broker 0，1，2 中最小的一个，得出 broker 0 最小；
2. 分配每个分区给一个broker，如：分区 1 挂在 broker 0，分区 2 挂在 broker 1 上，分区 3 挂在 broker 2 上，提交分区分配方案给 ZooKeeper；
3. 控制器删除 broker 0，1 中的第一个 broker，即 broker 0，进行重分配操作；
4. 重分配过程中，控制器将分区 1 由 broker 0 移动到 broker 1，将分区 3 由 broker 2 移动到 broker 1，分配方案提交到 ZooKeeper；
5. 完成重分配。

示例 2

下一个案例，我们将更改上一个示例。我们通过将每个分区的副本数增加到 3 来翻倍主题中的分区数。现在我们有 6 个分区。

1. 找出 broker 0，1，2 中最小的一个，得出 broker 0 最小；
2. 将分区分配到 broker 上，分区 1，2，3 分别挂在 broker 0 上，分配方案提交到 ZooKeeper；
3. 控制器删除 broker 0 后执行重分配，此时 broker 1 和 broker 2 中有副本，并将分区从 broker 0 指向 broker 1 和 broker 2。其中 副本 1 (ISR) 是 broker 1 和 broker 0，副本 2 是 broker 2 和 broker 0；
4. 处理所有的副本，分配方案提交到 ZooKeeper；
5. 完成重分配。

这就是 Apache Kafka 分区重分配的实现原理。可以看到，这个过程需要控制器与 ZooKeeper 之间的交互，并需要对分区进行处理以确定分配的最佳机制。