如何从 Kafka 看时间轮算法设计

最新推荐文章于 2025-05-08 11:59:09 发布

superjava_

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分类专栏： Java 文章标签： kafka 算法 java 后端

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/superjava_/article/details/122127566

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本文介绍了Kafka如何使用时间轮算法实现延时操作，对比了JDK的Timer和DelayQueue，以及ScheduledThreadPoolExecutor。Kafka的时间轮是O(1)复杂度的高效实现，支持大跨度定时任务，并通过DelayQueue避免空推进导致的性能损耗。文章还讨论了多层时间轮的设计和时间推进策略。

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前言

Kafka 中有很多延时操作，比如对于耗时的网络请求（比如 Produce 是等待 ISR 副本复制成功）会被封装成 DelayOperation 进行延迟处理操作，防止阻塞 Kafka请求处理线程。

Kafka 没有使用 JDK 自带的 Timer 和 DelayQueue 实现。因为时间复杂度上这两者插入和删除操作都是 O(logn)，不能满足 Kafka 的高性能要求。

冷知识：JDK Timer 和 DelayQueue 底层都是个优先队列，即采用了 minHeap 的数据结构，最快需要执行的任务排在队列第一个，不一样的是 Timer 中有个线程去拉取任务执行，DelayQueue 其实就是个容器，需要配合其他线程工作。
ScheduledThreadPoolExecutor 是 JDK 的定时任务实现的一种方式，其实也就是 DelayQueue + 池化是线程的一个实现。

Kafka 基于时间轮实现了延时操作，时间轮算法的插入删除操作都是 O(1) 的时间复杂度，满足了 Kafka 对于性能的要求。除了 Kafka 以外，像 Netty 、ZooKeepr、Dubbo 这样的开源项目都有使用到时间轮的实现。

那么时间轮回算法是怎么样的，算法思想是什么？Kafka 中又是怎么实现它的。