一位7年工作經驗的小伙伴，面試被問到這樣一道題，說：”談談你對Kafka副本Leader選舉原理的理解“。當時，他想，這Kafka用的不就是Zookeeper 的選舉嗎？難道Kafka又自己搞了一套。沒錯，這回Kafka自己造了一個輪子。

那么今天，我給大家來聊一聊我對Kafka副本Leader選舉原理的理解。

1、選舉原理

確實Kafka早期的版本就是直接用Zookeeper來完成選舉的。利用了Zookeeper的Watch機制；節點不允許重復寫入以及臨時節點這些特性。這樣實現比較簡單，省事。但是也會存在一定的弊端。比如分區和副本數量過多，所有的副本都直接參與選舉的話，一旦某個出現節點的增減，就會造成大量的Watch事件被觸發，ZooKeeper的就會負載過重，不堪重負。

新版本的Kafka中換了一種實現方式。不是所有的Repalica都參與Leader選舉，而是由其中的一個Broker統一來指揮，這個Broker的角色就叫做Controller控制器。

Kafka要先從所有Broker中選出唯一的一個Controller。

所有的Broker會嘗試在Zookeeper中創建臨時節點/controller，誰先創建成功，誰就是Controller。那如果Controller掛掉或者網絡出現問題，ZooKeeper上的臨時節點就會消失。其他的Broker通過Watch監聽到Controller下線的消息后，繼續按照先到先得的原則競選Controller。這個Controller就相當于選舉委員會的主席。

當一個節點成為Controller之后，他就會承擔以下職責：

監聽Broker變化、監聽Topic變化、監聽Partition變化、獲取和管理Broker、Topic、Partition的信息、管理Partiontion的主從信息。

2、選舉規則

Controller確定以后，就可以開始做分區選主的事情。接下來就是找候選人。顯然，每個Replica都想推薦自己，但不是所有的Replica都有競選資格。只有在ISR（In-Sync Replicas）保持心跳同步的副本才有資格參與競選。就好比是皇帝每天著急皇子們開早會，只有每天來打卡的皇子才能加入ISR。那些請假的、遲到的沒有資格參與選舉。

接下來，就是Leader選舉，就相當于要在眾多皇子中選出太子。在分布式選舉中，有非常多的選舉協議比如ZAB、Raft等等，他們的思想歸納起來都是：先到先得，少數服從多數。但是Kafka沒有用這些方法，而是用了一種自己實現的算法。

提到Kafka官方的解釋是，它的選舉算法和微軟的PacificA算法最相近。大致意思就是，默認是讓ISR中第一個Replica變成Leader。比如ISR是1、5、9，優先讓1成為Leader。這個跟中國古代皇帝傳位是一樣的，優先傳給皇長子。

假設，我們創建一個4個分區2個副本的Topic，它的Leader分布是這樣的，如圖所示：

第1個分區的副本Leader，落在B節點上。第2個分區的副本Leader落在C節點上，第3個分區的副本Leader落在A節點上，第4個分區的副本Leader落在B節點上。如果有更多副本，就以此類推。我們發現Leader的選舉的規則相當于蛇形走位。

這樣設計的好處是可以提高數據副本的容災能力。將Leader和副本完全錯開，從而不至于一掛全掛。

以上就是我對Kafka副本Leader選舉原理的理解！