面试题：Kafka中Controller的作用是什么？选举流程是怎样的？以及如何避免脑裂问题？

本文主要是介绍面试题：Kafka中Controller的作用是什么？选举流程是怎样的？以及如何避免脑裂问题？，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

题目来源

网上冲浪：还不懂分布系统，速看深度剖析Kafka Controller选举过程
在查找关于Kafka单机分区的上限以及分区多了会有怎样的问题的时候，发现了这个比较有趣的问题，就记录了下来。
一般所有的分布式系统，都会涉及到这个问题：脑裂、以及如何避免脑裂问题。

题目描述

Kafka中Controller的作用是什么？
Kafka中Controller的选举流程是什么？
Kafka脑裂是什么？
Kafka如何避免脑裂问题？

题目答案

Kafka中Controller中的作用是什么？
– 管理partition的ISR列表：当Follower副本无法及时跟随Leader副本时，Controller会将其从ISR列表中移除。
– 分区重平衡：当添加或者删除Broker节点时，Controller负责对Partition的分布进行重平衡，以确保数据的均匀分布。
– 当集群中有一个副本的leader挂掉了，controller需要在集群中选举出一个新的leader，选举的规则是从isr集合中最左边获得。
– 当集群中新增或者减少broker，controller将该信息同步给其他broker。
– 当集群中有分区新增或者减少，controller将该信息同步给其他broker。
– 存储集群元数据
Controller保存了集群中最全的元数据信息，并通过发送请求同步到其他Broker上面
– 从我参考文章中的信息来看，Controller节点不负责存储数据。但是好像之前看bilibili视频的时候，Controller节点又是存储数据的。重新思考之后，Controller可能是一个子进程，由Broker进程在竞选Controller成功后创建，可以跟Broker处于同一个节点上面。
Kafka集群的Controller选举过程是怎样的？
– 注册Controller节点
Kafka集群刚上线时，每个Broker启动时会向zookeeper尝试注册一个/controller节点，因为同一时刻只能存在一个/controller节点，所以只有一个Broker可以成功创建节点并成为Controller，获得的序号最小的那个broker将会作为集群中的controller。
– 监听Controller节点
所有非Controller的Broker都会在Zookeeper中对/controller路径设置一个Watcher事件，这样当Controller节点发生变化时（例如Controller失效），所有非Controller就会收到一个Watcher事件。
– 选举新的Controller
当某个Broker接收到Controller节点变化的通知后，它会再次尝试在Zookeeper中的/controller路径下创建临时节点。与Kafka集群刚上线时的“注册Controller节点”类似，只有一个Broker能够成功在Zookeeper中创建/controller临时节点，并成为新的Controller。新的Controller会在选举成功后接管集群元数据的管理工作。
– 更新集群元数据
新Controller在选举成功后，需要更新集群元数据，包括分区状态、副本状态等。同时，新控制器会通知所有相关的Broker更新他们的元数据信息。这样，集群中所有的Broker都能够知道新Controller的身份，并进行协同工作。
– 备注
临时节点的特点是在创建它的客户端（即Broker节点）断开连接时，它会自动被Zookeeper节点删除。这种机制保证了只有一个Broker节点能够成为Controller，以避免多个控制器同时对集群元数据进行操作引发问题。
Kafka脑裂是什么？
脑裂问题是分布式系统中经常出现的现象，Kafka脑裂问题是由于网络或其他原因（比如Full GC）导致多个Broker认为自己是Controller，从而导致元数据不一致和分区状态混乱的问题。
Kafka脑裂是怎么产生的？Kafka和Zookeeper是如何避免脑裂问题？
– 假设有三个Broker，a、b、c，其中a是Controller。此时的epoch number是1（Kafka是通过epoch number（纪元编号）解决脑裂问题）。
– 现在a因为full gc时间过程，导致与zookeeper的会话超时了。zookeeper就会删除/controller节点，并通知b和c竞选Controller节点。
– b和c 参加竞选，假设b成为了新的Controller，将epoch number的值设置为2。之后b就会向c同步新的元数据信息，通c更新元数据信息。
– a结束Full GC后，继续向b和c同步数据，b和c发现epoch number小于自己当前保存的epoch number的值，就会拒绝a的管理，并通知a当前最新的epoch number是2了，a就会知道自己已经不是Controller了，最后与b重新建立连接，并从b同步最新的元数据。这样就解决了脑裂的问题。