在深入了解Kafka底层通信机制后，我将系统的网络性能提升了10多倍。网络通信机制应该如何设计才能保证与对等点通信时的最佳性能？即使通过出色的设计，性能也能提高10倍以上。在本文中，我们以Kafka为例，分析一下Kafka在客户端和服务端通信时，如何设计和优化一些底层网络通信相关的机制。1、客户端与服务端的交互如果我们使用kafka作为消息中间件，必然会有一个客户端作为生产者向他发送消息，这个大家应该都明白。对于Kafka，它支持分布式消息存储。这是什么意思？比如现在你有了一个“Topic”，你可以把一个“Topic”理解为一个消息数据的逻辑集合。比如现在你想把所有的订单数据发给一个“Topic”，那么这个“Topic”就叫做“OrderTopic”，里面包含了订单数据。那么这个“Topic”的数据可能非常大，不可能放在一台机器上吧？因此，我们可以将存储分散在多台Kafka机器上，每台机器可以存储一部分数据。这就是Kafka的分布式消息存储的机制。每个Kafka服务器称为Broker，负责管理一台机器上的数据。我们看下图：一个“Topic”可以拆分成多个“Partition”，每个“Partition”存储一部分数据，每个Partition可以放在不同的KafkaBroker机器上，从而实现数据的效果多台机器上的分散存储消失了。那么当client向KafkaBroker发送消息时，比如你限制“OrderTopic”的订单数据拆分成3个“Partitions”，那么这3个“Partitions”分别放在一个KafkaBroker上，这样就是说将所有订单数据分发给三个KafkaBrokers。这时候默认会采用负载均衡策略。例如，假设总共有30,000条订单数据，则将10,000条订单消息分发到每个Partition，从而使订单数据平均分配给3个Broker。在机器上。整个过程如下图所示：2.网络通信频繁导致性能低下的问题好。现在问题来了。例如，当客户端向KafkaBroker发送消息时，现在它要向Kafka发送订单。他怎么送过来的？订单消息是直接对应一个网络请求发送给Broker吗？如果这样做，将不可避免地导致与经纪人的频繁网络通信。频繁的网络通信每次都涉及复杂的网络连接和传输过程，进而导致客户端性能低下。让我举一个例子。例如，每次通过网络通信将订单发送给经纪人，需要1??0ms。因此，如果在一次网络通信中向经纪人发送订单，则每秒最多发送100个订单。想想看，这是真的吗？但是如果你每秒有10000个订单发送，此时你的发送性能将远远不能满足你的需求，即性能低下。看来你的系统给kafka下单的速度还是挺快的。慢的。3、批处理机制：多条消息打包成一个批处理。所以首先针对这个问题，Kafka做的第一个优化就是实现了批处理机制。意思就是他会在客户端放一个内存缓冲区，你每写一个订单，先放到内存缓冲区，然后在内存缓冲区，多个订单会打包成一个批次。比如Kafka默认规定的batchsize是16kb，也就是说默认情况下，如果你填了多个16kb大小的订单，就会变成一个batch，然后他会通过网络通信把这个batch发给broker.如果一个batch发送给broker，也是需要10ms，但是100个单可以一个batch下单，那么1秒可以发送100个batch吗？这个时候10000单能不能1秒发出去？而在将消息打包成一个batch的时候，有一个特别的地方。在输入批处理之前，您必须将消息发送到同一主题的同一分区。这个batch代表多条消息要发送到同一个Partition，这样batch就可以通过网络请求发送给broker，并对应写入一个Parititon。4.请求机制：多批打包成一个请求。事情就这样结束了吗？还没有！例如，如果我们手头有两个Topic，每个Topic有3个Partition，那么每个Broker会存储2个Partition吗？一个Partition属于Topic01，另一个Partition属于Topic02。现在假设对Topic01的Partition02形成了一个batch，对Topic02的Partition02也形成了一个batch，但这两个batch其实是发送给了同一个Broker，如上图中的第二个Broker。此时，是否还是网络请求发送一批过去？其实完全没有必要。这时候可以将发送给同一个Broker的多个batch打包成一个request，然后通过网络通信将一个request发送给那个Broker。假设一次网络通信还是10ms，那么这次网络通信会发送2批次。通过这种将多个batch打包成一个request一次性发送给Broker的方式，进一步提高了网络通信的效率和性能。其实batch机制+request机制就是想办法把很多数据打包，然后在一次网络通信中发送尽可能多的数据，这样可以增加单位时间内发送的数据量。单位时间内发送的数据量就是所谓的“吞吐量”，即单位时间内可以向broker发送多少数据。比如每秒可以发送3万条消息，代表客户端的“吞吐量”。所以，搞清楚这个原理，就可以学到这个非常好的设计思想。而且在面试的时候，如果和面试官聊kafka，也可以和面试官聊聊kafka底层如何有效提升网络通信的性能。最后再放一张图作为全文的总结。
