kafka集群扩容后的数据均衡

2019 年 12 月 26 日
笔记

生产环境的kafka集群扩容，是一个比较常见的需求和操作。然而kafka在新增节点后并不会像elasticsearch那样感知到新节点加入后，自动将数据reblance到整个新集群中，因此这个过程需要我们手动分配。

分区重分配方案

扩容后的数据均衡，其本质就是对topic进行分区重分配，数据迁移的过程。在执行分区重分配的过程中，对集群的影响主要有两点：

分区重分配主要是对topic数据进行Broker间的迁移，因此会占用集群的带宽资源；
分区重分配会改变分区Leader所在的Broker，因此会影响客户端。

针对以上两点，第一点可以在晚间业务低峰时操作，必要时还可以和业务沟通，临时缩短数据保存时间，加快迁移，减少带宽影响时间。针对第二点，有两个方案：

整个分配方案分成两个步骤：1）手动生成分配方案，原有分区Leader位置不改变，只对副本进行分区重分配；2）等待数据迁移完成后，再手动更改分区分配方案，目的是均衡Leader。
直接用Kafka官方提供的分区重新分配工具生成分区重分配方案，直接执行分区重分配。

重分配方案分析

方案一

方案一理论对客户端影响最小，把整个分配方案分成了两个步骤，也就是将对集群的带宽资源与客户端的影响分开了，对过程可控性很高。

但问题是，如果集群中的某些topic，比如有 64 个分区，3 副本，共 192 个副本，就需要在保持原有分区Leader位置不变的情况下，手动均衡其余副本，这个人工步骤过度繁杂，稍微有一点偏差，就会造成副本不均衡。

方案二

针对方案二我特意去看了分区重分配的源码，并对其过程进一步分析。发现分区重分配的步骤是，将分区原有的副本与新分配的副本合并成一个新的副本集合，新分配的副本努力追上Leader的offset，最终加入ISR。待全部副本都加入ISR之后，就会进行分区Leader选举，选举完后删除原有副本。

这里注意，由于是最后选举完成才删除原副本，所以重分配的过程中，日志存储量是会大幅增加的。具体细节我后续单独写一篇文章叙述。

根据以上分析，意味着在数据进行重分配过程中，Leader并没有发生变动，所以客户端不会阻塞，数据迁移完成后进行Leader选举时发生变更，生产者会及时拉取最新的元数据，并重新进行消息发送，影响并不大。

重分配步骤

其实官方文档关于集群扩容讲解很详细：Expanding your cluster ,整个过程分为三个步骤：获取 kafka 给出的建议分配方案、按照给出的分配方案执行分配、查看分配的进度以及状态。这三个步骤对应了 kafka 脚本提供的三个partition reassigment工具。

--generate: 在此模式下，给定一个 topic 列表和一个 broker 列表，该工具会生成一个候选重新分配，以将指定的 topic 的所有分区移动到新的broker。此选项仅提供了一种便捷的方式，可以根据 tpoc 和目标 broker 列表生成分区重新分配计划。  --execute: 在此模式下，该工具基于用户提供的重新分配计划启动分区重新分配。（使用--reassignment-json-file选项）。这可以是由管理员制作的自定义重新分配计划，也可以是使用--generate选项提供的自定义重新分配计划。  --verify: 在此模式下，该工具将验证最近用 --execute 模式执行间的所有分区的重新分配状态。状态可以是成功完成，失败或正在进行。

生成需要执行分区重分配的topic列表 json 文件： > cat topics-to-move.json {"topics": [{"topic": "foo1"}, {"topic": "foo2"}], "version":1 }
使用kafka-reassign-partitions.sh脚本获取分配方案： > bin/kafka-reassign-partitions.sh –zookeeper localhost:2181 –topics-to-move-json-file topics-to-move.json –broker-list "5,6" –generate 当前分区副本分配 {"version":1, "partitions":[{"topic":"foo1","partition":2,"replicas":[1,2]}, {"topic":"foo1","partition":0,"replicas":[3,4]}, {"topic":"foo2","partition":2,"replicas":[1,2]}, {"topic":"foo2","partition":0,"replicas":[3,4]}, {"topic":"foo1","partition":1,"replicas":[2,3]}, {"topic":"foo2","partition":1,"replicas":[2,3]}] } 建议的分区重新分配配置 {"version":1, "partitions":[{"topic":"foo1","partition":2,"replicas":[5,6]}, {"topic":"foo1","partition":0,"replicas":[5,6]}, {"topic":"foo2","partition":2,"replicas":[5,6]}, {"topic":"foo2","partition":0,"replicas":[5,6]}, {"topic":"foo1","partition":1,"replicas":[5,6]}, {"topic":"foo2","partition":1,"replicas":[5,6]}] } 保存当前分区副本分配情况，用作回滚操作用。保存建议的分区重新分配配置到expand-cluster-reassignment.json用于执行迁移。
执行重分配，并验证。 > bin/kafka-reassign-partitions.sh –zookeeper localhost:2181 –reassignment-json-file expand-cluster-reassignment.json –execute > bin/kafka-reassign-partitions.sh –zookeeper localhost:2181 –reassignment-json-file expand-cluster-reassignment.json –verify Status of partition reassignment: Reassignment of partition [foo1,0] completed successfully Reassignment of partition [foo1,1] is in progress Reassignment of partition [foo1,2] is in progress Reassignment of partition [foo2,0] completed successfully Reassignment of partition [foo2,1] completed successfully Reassignment of partition [foo2,2] completed successfully is still in progress表示还在处理中，全部迁移成功后每个partition都会显示completed successfully。注意如果topic数据量大，这个过程可能会很长，在此期间不要进行敏感操作，可能会导致数据不一致。

自定义重分配

分区重新分配工具还可以将分区的副本移动到指定的一组broker。只需自定义修改分配配置文件，后续步骤同上。

例如，以下示例将topic foo1的分区 0 移到broker5,6 中和将topic foo2的分区 1 移到broker2,3 中：

> cat custom-reassignment.json  {      "version": 1,      "partitions": [          {              "topic": "foo1",              "partition": 0,              "replicas": [                  5,                  6              ]          },          {              "topic": "foo2",              "partition": 1,              "replicas": [                  2,                  3              ]          }      ]  }