Kafka是高并发架构的核心，也是大厂重点考察对象，下面详解Kafka如何实现百万级高性能@mikechen
1、页缓存技术
页缓存技术是一种在操作系统中，用于优化磁盘“I/O性能”的重要技术。
Kafka 利用操作系统的页缓存技术，通过内存缓冲区高效地处理消息写入、和读取，减少磁盘 I/O 操作，提高系统的性能、和吞吐量。
kafka页缓存写入，如下图所示：
大致步骤，如下：
首先，Kafka将缓冲区中的消息，写入操作系统的页缓存（Page Cache）中。
备注：页缓存（Page Cache），由操作系统管理的内存区域，用于缓存即将写入磁盘的数据。
然后，是数据刷盘，页缓存中的数据，会被操作系统自身的机制刷入磁盘。
备注：Kafka 可以通过配置参数（如 log.flush.interval.messages 和 log.flush.interval.ms）来控制刷盘频率。
由于写入内存的速度远高于写入磁盘的速度，因此，使用页缓存能够显著减少磁盘I/O操作，提高写入性能。
2、磁盘顺序写
Kafka 的磁盘顺序写（sequential write），是其高性能、高吞吐量的关键技术之一。
Kafka 将消息，存储在分区（Partition）的日志文件中，这些日志文件是按照消息的顺序追加写入的。
如下图所示：
Kafka 使用追加写入的方式，将新消息写入日志文件的末尾，这种方式避免了随机写操作，最大化了磁盘写入效率。
要搞清楚追加写入“快”，这里的重点就是要理解：“为什么采用随机慢”？
采用顺序写入比随机写入更高效，因为磁盘不需要频繁地移动读写磁头，减少了寻道时间。
如下图所示：
机械硬盘采用磁头，在盘片上移动的方式进行读写操作，磁头需要移动到正确的磁道位置，这个过程称为寻道。
寻道操作需要花费的时间：取决于磁头的移动速度，和目标磁道、与当前磁头位置的距离。
而随机的情况，读写会导致磁头频繁移动到不同的位置进行寻道，这增加了寻道时间的累积和延迟。
所以，顺序写入比随机写入更高效，这也是Kafka实现高性能、和高吞吐量的另一个重要原因。
3、零拷贝
Kafka 使用零拷贝（Zero-Copy）技术，这种技术减少了数据在用户空间、和内核空间之间的拷贝次数。
如下图所示：
传统的数据传输过程，涉及多次数据拷贝，具体步骤如下：
- 首先，数据从磁盘读取到内核空间的缓冲区；
- 然后，从内核空间的缓冲区，拷贝到用户空间的缓冲区；
- 然后，从用户空间的缓冲区，再拷贝回内核空间的网络缓冲区；
- 最后，从内核空间的网络缓冲区发送到网络接口。
这些步骤中的每一次数据拷贝都会消耗 CPU 资源，拷贝技术通过减少数据拷贝次数来优化这一过程。
4、高效的网络通信
Kafka 使用高效的二进制协议进行网络通信，减少了数据编码、和解码的开销。
并且，Kafka 支持异步生产和消费消息，生产者和消费者可以并发处理消息，提高系统的并发性能。
陈睿mikechen
10年+大厂架构经验，资深技术专家，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。
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