在系統(tǒng)設計中，會用到消息中間件來做服務異步化，系統(tǒng)解耦，或者是做流量削峰，常用的消息中間件有rabbitMq，activeMq以及阿里的RocketMq等等，都各自有各自的優(yōu)勢，但是就吞吐量來說，kafka是其中的佼佼者。在單機情況下，網(wǎng)友做的對比如下：

性能對比

為什么kafka會這么快呢?

發(fā)布訂閱模式

一個普通的發(fā)布訂閱模型如下圖所示：

發(fā)布訂閱模式

以kafka為例，生產(chǎn)者產(chǎn)生消息，并將消息Push到kafka集群，消費者主動去kafka集群Pull數(shù)據(jù)。這種模型有個好處，消費的速率完全由消費者控制，kafka集群類似于一個蓄水池，避免因生產(chǎn)者產(chǎn)生消息過快消費者來不及消費而導致消費者被壓垮的現(xiàn)象。

kafka為什么快要從兩方面分析，生產(chǎn)者產(chǎn)生的消息寫入集群時快和消費者消費消息時從集群讀取快。

寫入快

寫入快主要是兩方面原因：順序寫入和MMFile。

順序寫入

kafka將消息存儲在硬盤，通常認為硬盤的讀寫是比較慢，但是為什么kafka快呢?平時所說的磁盤讀寫慢是指隨機讀寫比較慢，因為磁盤每次隨機讀寫都要物理尋址，這是非常耗時的操作，順序讀寫的速度還是比較快的。如下圖所示：

順序寫入

kafka每次收到新的消息之后都會將消息存儲在尾部，按照順序存儲消息。但是消息一旦存儲無法刪除。

當消費者消費時也是順序消費，每個消費者會有一個偏移量，記錄當前消費的消息的位置。如下圖所示：

順序消費

MMFile

MMFile是指Memory Mapped Files，即內(nèi)存映射技術。操作系統(tǒng)為了解決內(nèi)存和硬盤讀寫速度之間的差異，采用了內(nèi)存映射技術，內(nèi)存被劃分為若干頁，每一頁被映射到一塊磁盤空間，因為內(nèi)存是遠遠小于磁盤空間的，所以分頁經(jīng)常會按照一定的算法加載到內(nèi)存，例如先進先出(FIFO)，最近最少使用(LRU)等。內(nèi)存中分頁和磁盤空間對應，操作系統(tǒng)會在合適的時候將內(nèi)存分頁中的數(shù)據(jù)定時刷磁盤中去。這種方式為什么可以提高寫入效率呢?通常CPU執(zhí)行過程中為了安全分為內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)。只有內(nèi)核態(tài)才能操作iO設備，內(nèi)存空間分為內(nèi)核空間和用戶空間。通常內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到磁盤要以下幾步：

write操作

數(shù)據(jù)會先從用戶空間拷貝到內(nèi)核空間，然后再由內(nèi)核空間寫入IO設備。而MMFile則省去了一次用數(shù)據(jù)從戶空間到內(nèi)核空間復制的開銷。

讀取快

讀取快主要是因為零拷貝(Zero Copy)技術。上面介紹到數(shù)據(jù)從內(nèi)存空間寫入磁盤的步驟，那么從磁盤讀取數(shù)據(jù)剛好相反，具體過程如下：

read操作

數(shù)據(jù)先從磁盤讀取到內(nèi)核空間，然后再從內(nèi)核空間復制到用戶空間，然后再到Socket，最后傳輸?shù)较M者。

Linux提供了一種sendFile系統(tǒng)調(diào)用，可以將數(shù)據(jù)直接由磁盤拷貝到內(nèi)核空間。省去了一次數(shù)據(jù)從用戶空間到內(nèi)核空間的復制。這就是所謂的零拷貝技術。

上面從讀寫兩個角度分析了為什么kafka吞吐量高，其實還有一個重要的原因。

批量數(shù)據(jù)壓縮

kafka不會對每個消息都做壓縮，而是對一批消息壓縮，然后將數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)送。將所有的消息變?yōu)橐粋€批量文件，然后直接丟給消費者。

綜上所述，kafka通過MMFile技術快速將數(shù)據(jù)順序寫入磁盤，在讀取時通過零拷貝技術快速讀取，然后通過批量數(shù)據(jù)壓縮將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较M者。這就是kafka快的秘訣。然而魚與熊掌不可兼得，速度和可靠性不可能同時滿足，需要根據(jù)實際業(yè)務情況在二者之間作出取舍。例如當用kafka做日志聚合和網(wǎng)站用戶行為分析時速度要比可靠性重要，而在某些消息不允許丟失的場景，可靠性可能是首選。