60道KafKa高频题整理（附答案背诵版）
废话不多说，直接上干货
简述什么是 Kafka 的 Topic ？
Kafka 的 Topic 是一个存储消息的逻辑概念，可以认为是一个消息集合。每条消息发送到 Kafka 集群的消息都有一个类别，这个类别就是 Topic。物理上来说，不同的 Topic 的消息是分开存储的，每个 Topic 可以有多个生产者向它发送消息，也可以有多个消费者去消费其中的消息。
请简述下你在哪些场景下会选择 Kafka？
我会在以下场景下选择使用 Kafka：
- 实时数据流处理：Kafka 适用于处理大规模的实时数据流，例如用户行为数据、传感器数据等。我可以使用 Kafka 的流处理 API 来构建实时数据管道和流应用，实现数据的实时分析和处理。
- 异步通信：Kafka 可以作为异步通信工具，用于解耦和削峰填谷。我可以将一些不那么紧急的请求或者非实时的请求发送到 Kafka，然后由 Kafka 异步地处理这些请求，这样可以避免对系统造成过大的压力。
- 消息队列：Kafka 可以作为消息队列使用，用于在分布式系统中实现进程间或跨系统通信。我可以将消息发送到 Kafka，然后由其他系统从 Kafka 中消费这些消息，实现不同系统之间的数据共享和交互。
- 日志收集：Kafka 适用于日志收集，例如系统日志、用户行为日志等。我可以将日志数据发送到 Kafka，然后由 Kafka 存储和转发这些日志数据，以便于集中管理和分析。
- 事件驱动型微服务：Kafka 可以作为事件驱动型微服务之间的通信桥梁。我可以将事件数据发送到 Kafka，然后由其他微服务从 Kafka 中消费这些事件数据，实现微服务之间的解耦和通信。
简述Kafka 分区的目的和作用 ？
Kafka 分区的目的和作用如下：
- 目的：分区是 Kafka 中的一个核心概念，主要用来解决数据存储和消息处理的问题。它实现了数据在多个 Broker 之间的分布，从而实现了数据的水平和垂直扩展。
- 作用：
- 水平扩展：通过分区，可以将同一个主题下的消息保存在不同的 Kafka Broker 上。当机器的运行能力不足时，只需要增加机器并在新的机器上创建分区即可实现水平扩展。
- 负载均衡：分区实现了 Kafka 集群的负载均衡。由于每个分区都可以存储消息，因此当有新的 Broker 加入时，可以重新分配分区，使得集群中的每个 Broker 都能够存储和处理等量的消息，从而达到负载均衡的效果。
- 并行处理：当一个主题所发送的消息被分配到该主题的多个分区中时，这些消息可以并行发送和处理。这种并行处理的能力提高了消息处理的效率。
- 本地存储：Kafka 的分区数据存储在 Broker 的本地磁盘上，这使得消息的读写操作能够更快地完成，同时也提高了数据的可靠性和可用性。
总之，Kafka 分区的主要目的是实现数据的水平和垂直扩展、负载均衡以及提高消息处理的效率。这些作用使得 Kafka 能够应对大规模的数据处理和实时流数据处理的需求。
解释Kafka的index和log文件 ？
Kafka的index和log文件是Kafka存储消息的核心文件，它们的作用如下：
- index文件： index文件是Kafka中每个分区对应的索引文件，它记录了每个消息在log文件中的位置信息。index文件和log文件一起配合使用，能够快速定位和查找消息。在Kafka中，每个分区都有一个独立的index文件，随着消息的写入和删除，index文件也会进行相应的更新。
- log文件： log文件是Kafka中每个分区对应的消息日志文件，它记录了每个分区中所有的消息。log文件按照消息的写入顺序进行存储，每个消息都被分配一个唯一的ID，称为offset。log文件中的每个消息都会被持久化到磁盘上，以保证数据的可靠性和稳定性。当消费者进行消费时，Kafka会根据消费者的offset信息，从log文件中读取相应的消息进行消费。
总之，index文件和log文件是Kafka存储消息的核心文件，它们分别记录了每个分区的索引信息和消息日志信息，消费者通过它们能够快速查找和读取消息。
请简述 kafka 消息存储机制和组织架构 ？
Kafka的消息存储机制和组织架构可以概括如下：
- Kafka是一个分布式流处理平台，它由多个Broker组成，每个Broker是一个独立的实体，负责存储和管理消息。
- Kafka的消息是按照主题进行分类存储的，每个主题下可以有一个或多个分区，每个分区中的消息是按照写入顺序进行存储的。
- Kafka中的消息是持久化到磁盘的，它支持多副本机制，可以保证数据的可靠性和稳定性。
- Kafka中的消息可以进行备份和恢复，每个Broker都可以存储多个主题的消息，每个主题下的消息可以被多个消费者进行消费。
- Kafka的组织架构包括Producer（消息生产者）、Broker（消息代理）和Consumer（消息消费者），其中Producer负责向Broker发送消息，Consumer从Broker中消费消息。
- Kafka还支持消费者组的概念，多个消费者可以组成一个消费者组，消费者组内的每个消费者可以负责消费不同分区的数据，从而实现负载均衡和并发处理。
总之，Kafka的消息存储机制和组织架构使得它能够实现分布式、可扩展、可靠和实时的数据流处理。
Kafka 存储方案剖析 ？
Kafka的存储方案是一个分布式、可扩展、高可用的数据存储系统。它的核心是Broker，每个Broker负责存储和管理一个或多个主题的消息。每个主题下的消息被划分为多个分区，每个分区中的消息按照写入顺序进行存储。Kafka支持多副本机制，每个分区都有多个副本，可以保证数据的可靠性和稳定性。
在Kafka的存储方案中，Producer负责向Broker发送消息，Consumer从Broker中消费消息。Producer和Consumer之间的交互是通过Kafka的API进行操作的。Kafka还支持消费者组的概念，多个消费者可以组成一个消费者组，消费者组内的每个消费者可以负责消费不同分区的数据，从而实现负载均衡和并发处理。
Kafka的存储方案中还采用了零拷贝技术，当Producer将消息发送到Broker时，Kafka可以直接将消息存储在内核中，避免了传统操作系统中从内核空间到用户空间的两次数据拷贝。这样能够提高数据传输的效率，并且减少了对硬件资源的消耗。
总之，Kafka的存储方案是一个高效、可靠、可扩展的数据存储系统，它能够满足大规模的数据处理和实时流数据处理的需求。
请阐述Kafka的文件存储机制 ？
Kafka的文件存储机制是基于日志的，它将所有的消息都保存在一个或多个主题（topic）的日志文件中。每个主题都由一个或多个分区（partition）组成，每个分区都是一个有序的、不可修改的消息日志。消息按照它们的写入顺序追加到分区中，并分配一个唯一的偏移量（offset）来标识它们在分区中的位置。
Kafka使用了两个文件来存储消息：消息文件和索引文件。索引文件以.index后缀结尾，存储当前数据文件的索引；数据文件以.log后缀结尾，存储当前索引文件消息的偏移量和物理位置信息。这种分离的存储方式使得Kafka可以高效地执行消息的写入和读取操作。
Kafka的文件存储机制还包括了消息的压缩和清理策略。它支持Gzip、Snappy和LZ4三种压缩算法，可以将消息在写入到日志文件中之前进行压缩，从而减少磁盘空间的占用。同时，Kafka也支持基于时间或日志大小的消息清理策略，可以根据设定的阈值自动删除过期或过大的消息，以释放存储空间。
此外，Kafka的文件存储机制还支持多副本机制，通过副本机制可以实现高可用性和数据冗余。每个分区都可以配置多个副本（replica），副本分布在不同的Broker上，可以提高数据的可靠性和可用性。当某个Broker宕机时，其他Broker上的副本可以自动接管它的工作，保证数据不会丢失。
Kafka的文件存储机制还支持批量写入和读取，可以将多个消息一次性写入日志文件中，或一次性读取多个消息，从而提高数据的处理效率。
简述Kafka 的工作流程 ？
Kafka的工作流程包括以下几个步骤：
- 生产者（Producer）将消息发送到Kafka集群中的某个Broker，这个过程是采用推（push）模式将消息发布到Broker，每条消息都被追加（append）到分区（patition）中，属于顺序写磁盘（顺序写磁盘效率比随机写内存要高，保障kafka吞吐率）。
- Broker接收到消息后，会根据消息的主题（topic）将其归类到相应的分区（partition）中。每个主题都由一个或多个分区组成，分区是Kafka中消息的存储单位。
- Kafka为每个分区维护了一个分布式的日志文件（log），物理意义上可以把主题（topic）看作进行了分区的日志文件（partition log）。每个分区中的消息都是有序的，新的消息会不断追加到日志中。
- 消费者（Consumer）可以订阅一个或多个主题，当消费者订阅了一个主题后，它会从该主题的分区中读取消息。消费者接收到消息后，会对其进行处理。
- Kafka还支持消费者组的概念，多个消费者可以组成一个消费者组，消费者组内的每个消费者可以负责消费不同分区的数据，从而实现负载均衡和并发处理。
- Kafka还提供了多个副本机制来保证数据的可靠性和稳定性。每个分区都有多个副本，分布在不同的Broker上。当某个Broker宕机时，其他Broker上的副本可以自动接管它的工作，保证数据不会丢失。
总之，Kafka的工作流程包括生产者发送消息、Broker接收并归类消息、维护分区日志文件、消费者订阅并消费消息、支持消费者组和副本机制等功能。
简述Kafka 基础架构 ？
Kafka的基础架构包括以下组成部分：
- Producer：消息生产者，负责向Kafka broker发送消息。
- Broker：一台Kafka服务器就是一个broker。一个集群由多个broker组成。一个broker可以容纳多个topic。
- Topic：可以理解为一个队列，生产者和消费者面向的都是一个topic。
- Partition：分区。为了实现扩展性，一个非常大的topic可以分布到多个broker（即服务器）上，一个topic可以分为多个partition，每个partition是一个有序的队列。
- Replica：副本。一个topic的每个分区都有若干个副本，由一个Leader和若干个Follower组成。生产者发送数据和消费者消费数据都是针对Leader而言的。如果Leader挂了，会有Follower当选为新的Leader。
- Consumer：消息消费者，向Kafka broker取消息的客户端。Consumer Group（CG）：消费者组，由多个consumer组成。消费者组内每个消费者负责消费不同分区的数据，一个分区只能由一个组内消费者消费；消费者组之间互不影响。所有的消费者都属于某个消费者组，即消费者组是逻辑上的一个订阅者。
配合分区的设计，Kafka还提出了消费者组的概念，组内每个消费者并行消费。另外，Kafka还为每个partition增加若干副本（分为leader和follow，无论是生产还是消费，都针对leader而言），以提高可
用性。生产者--》kafka集群服务器：生产者生产数据，创建一个main线程，经过拦截器，序列化器，分区器，数据根据分区器规则，进入不同的DQuene缓存队列：（内存中）（每一个队列大小默认32m）（每一批次数据大小batch.size16k）缓存队列通常使用异步发送：外部数据发送到缓存队列中，不管缓存队列中的数据是否发送完成，外部数据会持续发往缓存队列。集群还会应答selector，通过acks方式，应答有三种级别。
简述什么是Apache kafka ？
Apache Kafka是一个开源的分布式流处理平台，由Scala写成。它被设计为处理实时数据，提供了一个统一、高通量、低等待的消息系统。Apache Kafka由生产者API、消费者API、流API和连接器API四个核心API组成。
Kafka通过分布式的、分区的、多复本的日志提交服务来实现消息系统的功能。它允许客户端连接到集群中运行的Kafka服务器，并使用一个或多个Kafka主题的记录流。
在Kafka中，每个主题都由一个或多个分区组成，每个分区都是一个有序的、不可修改的消息日志。消息按照它们的写入顺序追加到分区中，并分配一个唯一的偏移量来标识它们在分区中的位置。
Apache Kafka的存储机制包括消息的压缩和清理策略，支持多副本机制以提高数据的可靠性和可用性。同时，Kafka还支持消费者组的概念，多个消费者可以组成一个消费者组，实现负载均衡和并发处理。
总之，Apache Kafka是一个分布式流处理平台，为处理实时数据提供了一个统一的消息系统，具有发布和订阅记录流的功能。
请解释Broker与Partition的关系 ？
Broker和Partition是Kafka中的两个核心概念，它们之间的关系密切。
首先，Broker是Kafka集群中的服务器节点，负责存储和转发消息。每个Broker都可以存储一个或多个Topic的消息，并与其他Broker进行通信以维护集群的状态。
其次，Partition是Topic的物理分割，每个Partition都是一个有序的、不可变的消息序列。每个Topic可以包含一个或多个Partition，因此每个Broker也负责存储和转发这些Partition的消息。
Broker和Partition之间的关系在于，Broker维护着Topic和Partition的元数据信息，例如哪个Partition属于哪个Broker，以及Partition的副本信息等。这些元数据信息对于生产者和消费者发送和接收消息非常重要。
另外，Broker还提供了API接口供生产者和消费者使用。生产者通过API将消息发送到Topic中，消费者通过API从Topic中读取消息。在这个过程中，Broker会负责将消息存储在正确的Partition中，并根据需要将消息转发给其他Broker或消费者。
总之，Broker和Partition之间存在密切的关系。Broker作为Kafka集群中的节点，负责存储和转发消息，并维护Topic和Partition的元数据信息。Partition则是Topic的物理分割，每个Partition都是一个有序的、不可变的消息序列。
简述Kafka的Producers的概念和角色 ？
Kafka的Producers是负责向Kafka服务端写入数据的程序。在Kafka系统中，生产者（Producers）扮演着重要的角色，它们负责将数据发送到Kafka集群中的Broker。
Producers的主要职责是将消息发送到Kafka系统，以便后续的处理和存储。它们通过与Kafka的API交互来实现这一目标。
在Kafka中，生产者（Producers）可以发送两种类型的消息：普通消息和流式消息。普通消息是具有固定长度的字节数组，而流式消息则是连续的、非结构化的字节流。
当Producers发送消息时，它们需要指定消息的目标Topic和Partition。Kafka系统根据消息的目标Partition和副本因子确定消息应该被存储在哪个Broker和Partition上。
此外，Kafka还为Producers提供了多种配置选项，以适应不同的场景和需求。例如，生产者可以配置消息的序列化方式、压缩方式、超时时间等参数。
总之，Kafka的Producers是负责向Kafka服务端写入数据的程序，它们通过与Kafka的API交互将数据发送到指定的Topic和Partition上。在Kafka系统中，Producers扮演着重要的角色，它们使得数据可以被高效地写入、存储和处理。
简述Kafka的Consumers的概念和角色 ？
Kafka的Consumers是负责从Kafka服务端读取数据的程序。在Kafka系统中，消费者（Consumers）扮演着重要的角色，它们负责从Kafka集群中的Broker读取消息。
Consumers的主要职责是从Kafka系统中读取消息，并进行后续的处理或消费。它们通过与Kafka的API交互来实现这一目标。
在Kafka中，Consumers可以订阅一个或多个Topic，并按照消息生成的顺序读取它们。消费者通过检查消息的偏移量来区分已经读取过的消息。偏移量是一种元数据，它是一个不断递增的整数值，在创建消息时，Kafka会把偏移量添加到消息里。在给定的分区里，每个消息的偏移量都是唯一的。消费者把每个分区最后读取的消息的偏移量保存在Zookeeper或Kafka上，如果消费者关闭或重启，它的读取状态不会丢失。
当Consumers从Kafka系统中读取消息时，它们需要指定要订阅的Topic和Partition。Kafka系统根据消费者的订阅信息和Partition的副本因子确定消息应该被发送到哪个Broker和Partition上。
此外，Kafka还为Consumers提供了多种配置选项，以适应不同的场景和需求。例如，消费者可以配置消息的序列化方式、压缩方式、超时时间等参数。
总之，Kafka的Consumers是负责从Kafka服务端读取数据的程序，它们通过与Kafka的API交互从指定的Topic和Partition读取消息。在Kafka系统中，Consumers扮演着重要的角色，它们使得数据可以被高效地读取和处理。
请列举kafka中的Message组成 ？
Kafka中的Message由以下几部分组成：
- Offset：偏移量，标识消息在消息队列中的位置。
- Key：消息的键，用于标识消息类别或其他标识符。
- Value：消息的实际内容，是发送者实际要发送的数据。
- Timestamp：消息的时间戳，记录消息的创建时间。
简述什么是 Kafka 的 Broker ？
Kafka的Broker是一个独立的Kafka服务器，它负责接收来自生产者的消息并将其存储在Kafka集群中的一个或多个主题中，同时也负责从Kafka集群中的一个或多个主题中检索消息并将其发送给消费者。Broker在Kafka集群中扮演着重要的角色，它维护着消息队列，处理来自生产者和消费者的请求，并保证消息的可靠性和一致性。
请说明Kafka的Partition读取的方式和策略？
Kafka的Partition读取方式和策略主要涉及两个方面：消息的读取和偏移量的跟踪。
- 消息的读取：
Kafka的消费者使用Pull（拉）模式从Broker中读取消息。这意味着消费者主动从Broker中获取消息，而不是等待Broker推送消息。消费者会指定要订阅的Topic和Partition，然后从指定的Partition中读取消息。读取到的消息是按照它们在Partition中的顺序进行的。
- 偏移量的跟踪：
Kafka的消费者使用偏移量来跟踪他们在每个Partition中的位置。偏移量是一个整数，表示消费者在Partition中的位置。当消费者读取一条消息时，他们会更新该Partition的偏移量，以便在下一次从该Partition读取时能够从正确的位置开始。
Kafka使用Zookeeper或Broker来保存偏移量。具体来说，每个消费者都会在Zookeeper或Broker中创建一个特殊的文件，称为“consumer_offsets”，用于保存每个Partition的偏移量。当消费者关闭或重启时，他们会从这些偏移量开始读取。
Kafka还提供了多种读取策略，例如：
- 轮询（Round Robin）：在多个消费者之间平均分配Partition，每次轮询分配给下一个消费者。
- 范围分配（Range）：将Partition分配给特定的消费者组中的一部分消费者，每个消费者负责一部分Partition。
- 粘性（Sticky）：将Partition分配给一个消费者，直到该消费者出现故障或重新加入组，才将Partition分配给其他消费者。
总之，Kafka的Partition读取方式和策略基于Pull（拉）模式和偏移量的跟踪，提供了灵活的消息读取方式和高吞吐量的数据处理能力。
简述Kafka的Partition写入策略 ？
Kafka的Partition写入策略主要有以下几种：
- 指定分区（与写入策略无关）： 当Producer在发送消息时指定了Partition，就只发送到这个Partition，与分区策略无关。
- 轮询策略： 当没有指定Partition和Key时，使用轮询策略。Producer会按照循环的顺序将消息发送到不同的Partition。
- 按key分配策略： 当没有指定Partition，但是指定了key时，按照key的hash值选择Partition。Producer会根据key的hash值计算出对应的Partition，并将消息发送到该Partition。
- 随机策略： 每次都是随机的将消息分配到每个分区。在较早的版本中是默认的分区策略。
- 自定义分区策略： 可以通过实现org.apache.kafka.clients.producer.Partitioner接口来定义自定义分区策略。在Kafka生产者配置中，配置自定义分区器的类名。
以上是Kafka的Partition写入策略的主要内容，不同的策略适用于不同的场景和需求。
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17. 为什么说Partition 为 Kafka 提供了数据冗余？
18. 简述什么是 Kafka 的 Partition 分区 ？
19. Kafka 是基于磁盘的日志消息队列系统，为什么读写速度那么快？
22. 简述什么是Consumer group消费者组的概念 ？
28. kafka的消费者是pull(拉)还是push(推)模式，这种模式有什么好处？
31. 如果Kafka副本leader出现故障，那么Kafka是如何处理这些故障的呢？
32. 如果Kafka副本follower出现故障，那么Kafka是如何处理这些故障的呢？
33. 简述Kafka副本的Unclean leader选举流程？
38. 简述kafka broker的leader选举机制 ？
40. 解释什么是Kafka的页缓冲 PageCache ？
42. 请列举Kafka如何保障消息不丢失（ 消息可靠性方案 ） ？
