Kafka源码分析(三)——Producer:Metadata集群元数据

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KafkaProdcuer在发送消息时,需要指定消息的Topic,但实际发送消息时一定是会发送到某个Broker中的。那么,Producer就必须知道Broker集群的元数据信息,比如有哪些Topic,这些Topic都有哪些分区,每个分区在哪个Broker上等等。

本章,我就来讲解KafkaProducer内部是如何保存和更新集群元数据信息的。我们将了解,对集群元数据的客户端缓存,Kafka是如何根据不同的需求、使用和场景,采用不同的数据结构来进行存放的,这也是我们需要重点关注的地方。

一、元数据结构

KafkaProducer在构造时,有这么几行代码:

    // 1.创建Metadata对象
    this.metadata = new Metadata(retryBackoffMs, config.getLong(ProducerConfig.METADATA_MAX_AGE_CONFIG), true, clusterResourceListeners);
    // 2.解析Broker地址
    List<InetSocketAddress> addresses = ClientUtils.parseAndValidateAddresses(config.getList(ProducerConfig.BOOTSTRAP_SERVERS_CONFIG));
    // 3.更新元数据
    this.metadata.update(Cluster.bootstrap(addresses), Collections.<String>emptySet(), time.milliseconds());

首先,KafkaProducer创建了一个MetaData对象;

接着,根据我们自己配置的bootstrap.servers地址,创建一个Cluster对象——Cluster.bootstrap(addresses)

最后,调用MetaData.update()进行元数据的更新。

1.1 MetaData元数据

我们来看下MetaData到底是个什么东西?从字段定义可以看出来,它内部就是保存了一些Topic的更新策略,同时封装了一个Cluster对象。也就是MetaData只是一个壳,仅仅定义了元数据的更新策略,真正的元数据信息保存在Cluster对象中:

    public final class Metadata {
        public static final long TOPIC_EXPIRY_MS = 5 * 60 * 1000;
        private static final long TOPIC_EXPIRY_NEEDS_UPDATE = -1L;
    
        private final long refreshBackoffMs;
        private final long metadataExpireMs;
        private int version;
        private long lastRefreshMs;
        private long lastSuccessfulRefreshMs;
        private Cluster cluster;
        private boolean needUpdate;
        private final Map<String, Long> topics;
        private final List<Listener> listeners;
        private final ClusterResourceListeners clusterResourceListeners;
        private boolean needMetadataForAllTopics;
        private final boolean topicExpiryEnabled;
    
        public Metadata(long refreshBackoffMs, long metadataExpireMs, boolean topicExpiryEnabled, ClusterResourceListeners clusterResourceListeners) {
            this.refreshBackoffMs = refreshBackoffMs;
            this.metadataExpireMs = metadataExpireMs;
            this.topicExpiryEnabled = topicExpiryEnabled;
            this.lastRefreshMs = 0L;
            this.lastSuccessfulRefreshMs = 0L;
            this.version = 0;
            this.cluster = Cluster.empty();
            this.needUpdate = false;
            this.topics = new HashMap<>();
            this.listeners = new ArrayList<>();
            this.clusterResourceListeners = clusterResourceListeners;
            this.needMetadataForAllTopics = false;
        }
    
        //...
    }

KafkaProducer在初始化时,调用了Metadata的update方法,这个方法是加锁的,也就是说每次只能有一个线程执行更新操作:

    public synchronized void update(Cluster cluster, Set<String> unavailableTopics, long now) {
        this.needUpdate = false;
        this.lastRefreshMs = now;
        this.lastSuccessfulRefreshMs = now;
        this.version += 1;
    
        if (topicExpiryEnabled) {    // 是否允许Topic元数据过期,默认true
            for (Iterator<Map.Entry<String, Long>> it = topics.entrySet().iterator(); it.hasNext(); ) {
                Map.Entry<String, Long> entry = it.next();
                long expir
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