Kafka 高性能架构解密：批量发送、自定义协议格式和 PageCache 缓存

Kafka 高性能架构设计 Kafka 作为一个流行的消息队列系统，其高性能架构设计是其核心竞争力的来源。本文将从生产端 Producer 和服务端 Broker 两个方面来分析 Kafka 的高性能架构设计。 **生产端 Producer** 在 Producer 端，Kafka 实现了高性能的发送机制，主要体现在两个方面：批量发送和自定义协议格式。 1. 批量发送：Producer 端会将消息缓存起来，并选择恰当的时机将缓存里的消息划分成一批数据，按批次发送给服务端 Broker。这减少了与服务端 Broker 的交互次数，从而提升了总体的处理能力。 2. 自定义协议格式：Kafka 的自定义协议格式可以减少数据体积，从而节省网络资源消耗。序列化方式和压缩格式都是可以减少数据体积的重要手段。 **服务端 Broker** Broker 端的高性能主要体现在三个方面：PageCache 缓存、Kafka 的文件布局以及磁盘文件顺序写入、零拷贝 sendfile。 1. PageCache 缓存：PageCache 主要能带来两个好处：写入文件的时候，操作系统会先把数据写入到内存中的 PageCache，然后再一批一批地写到磁盘上，从而减少磁盘 IO 开销。读取文件的时候，也是从 PageCache 中来读取数据。 2. Kafka 的文件布局以及磁盘文件顺序写入：Kafka 的文件布局是 topic+分区，每一个 topic 可以创建多个分区，每一个分区包含单独的文件夹。Kafka 在分区级别实现文件顺序写，即多个文件同时写入，更能发挥磁盘 IO 的性能。 3. 零拷贝 sendfile：零拷贝 sendfile 可以加速消费流程，减少 Broker 端的处理时间。 Kafka 的高性能架构设计主要体现在生产端的批量发送和自定义协议格式，以及服务端的 PageCache 缓存、Kafka 的文件布局以及磁盘文件顺序写入、零拷贝 sendfile 等方面。这些设计使得 Kafka 能够提供高吞吐量和低延迟的消息队列服务。