Kafka文件存储机制

一.topic中partition存储分布

　　在本地的kafka中，我们只启动一个broker，创建两个topic：single-todo和single-todo-vip　，每个topic有两个partition，在${KAFKA_HOME}conf/server.properties中log.dirs=/tmp/kafka-logs。启动kafka后，我们在/tmp/kafka-log目录下看到一下文件夹：

drwxrwxr-x   ysl  ysl    2月    : single-todo-/
drwxrwxr-x   ysl  ysl    2月    : single-todo-/
drwxrwxr-x   ysl  ysl    2月    : single-todo-vip-/
drwxrwxr-x   ysl  ysl    2月    : single-todo-vip-/

　　从上面我们可以看出，在Kafka文件存储中，同一个topic下有多个不同partition，每个partition为一个目录，partiton命名规则为topic名称+有序序号，第一个partiton序号从0开始，序号最大值为partitions数量减1。

二.partiton中文件存储方式

• 每个partion(目录)相当于一个巨型文件被平均分配到多个大小相等segment(段)数据文件中。但每个段segment file消息数量不一定相等，这种特性方便old segment file快速被删除。
• 每个partiton只需要支持顺序读写就行了，segment文件生命周期由服务端配置参数决定。

　　这样做的好处就是能快速删除无用文件，有效提高磁盘利用率。

三.partiton中segment文件存储结构

• segment file组成：由2大部分组成，分别为index file和data file，此2个文件一一对应，成对出现，后缀".index"和“.log”分别表示为segment索引文件、数据文件.
• segment文件命名规则：partion全局的第一个segment从0开始，后续每个segment文件名为上一个segment文件最后一条消息的offset值。数值最大为64位long大小，19位数字字符长度，没有数字用0填充。

　　索引文件存储大量元数据，数据文件存储大量消息，索引文件中元数据指向对应数据文件中message的物理偏移地址。

　　segment data file由许多message组成，下面详细说明message物理结构如下：

　　

　　

参数说明：

关键字	解释说明
8 byte offset	在parition(分区)内的每条消息都有一个有序的id号，这个id号被称为偏移(offset),它可以唯一确定每条消息在parition(分区)内的位置。即offset表示partiion的第多少message
4 byte message size	message大小
4 byte CRC32	用crc32校验message
1 byte “magic"	表示本次发布Kafka服务程序协议版本号
1 byte “attributes"	表示为独立版本、或标识压缩类型、或编码类型。
4 byte key length	表示key的长度,当key为-1时，K byte key字段不填
K byte key	可选
value bytes payload	表示实际消息数据。

四.在partition中如何通过offset查找message

　　第一步查找segment file,以起始偏移量命名并排序这些文件，只要根据offset **二分查找**文件列表，就可以快速定位到具体文件。

　　第二步根据元数据物理位置和xxxxxxxxx.log的物理偏移地址，然后再通过xxxxxxx.log顺序查找直到offset=x为止

五.总结

Kafka高效文件存储设计特点

• Kafka把topic中一个parition大文件分成多个小文件段，通过多个小文件段，就容易定期清除或删除已经消费完文件，减少磁盘占用。
• 通过索引信息可以快速定位message和确定response的最大大小。
• 通过index元数据全部映射到memory，可以避免segment file的IO磁盘操作。
• 通过索引文件稀疏存储，可以大幅降低index文件元数据占用空间大小。