我读这源码有何用？

ReplicaStateMachine是内部组件，一般用户感觉不到存在，但搞懂它，对从根本定位一些数据不一致问题大有裨益。

部署3-Broker（A、B和C）Kafka集群，版本2.0.0。在这3个Broker上创建一个单分区、双副本主题。

若两个副本分别位于A、B，而Controller在C当关闭A、B后，zk会显示该主题的Leader是-1，ISR为空但若两个副本依处A、B，而Controller在B依次关闭A、B，该主题在zk中的Leader和ISR就变成B。和上一case不符

虽非特严重问题，但毕竟是数据不一致，查看源码后，定位导致不一致原因：

在第一种情况下，Controller会调用ReplicaStateMachine，调整该主题副本的状态，进而变更Leader和ISR第二种情况下，Controller执行Failover，但并未在新Controller组件初始化时进行状态转换，因而出现了不一致

不阅读这部分源码，就无法定位问题根因。

定义与初始化ReplicaStateMachine：副本状态机抽象类，定义了一些常用方法（如startup、shutdown等），以及handleStateChangesZkReplicaStateMachine：副本状态机具体实现类，重写了handleStateChanges方法，实现了副本状态之间的状态转换。ReplicaState：副本状态集合，Kafka目前共定义了7种副本状态。

ReplicaStateMachine只需接收一个ControllerContext对象实例，ControllerContext封装了Controller端保存的所有集群元数据信息。

构造一个ZKReplicaStateMachine实例，除了ControllerContext实例，比较重要的属性还有：

KafkaZkClient对象实例负责与ZooKeeper进行交互ControllerBrokerRequestBatch实例用于给集群Broker发送控制类请求（LeaderAndIsrRequest、StopReplicaRequest和UpdateMetadataRequest）

ControllerBrokerRequestBatch，将给定Request发送给指定Broker，它是如何发送请求的呢（结合ControllerBrokerStateInfo）

在副本状态转换操作的逻辑中，关键是为Broker上的副本更新信息，而这是通过Controller给Broker发送请求实现的，因此，你最好了解下这里的请求发送逻辑。

副本状态机是在何时进行初始化的？

KafkaController对象在构建时，就会初始化一个ZkReplicaStateMachine实例：

若一个Broker没被选举为Controller，它也会构建KafkaController对象实例吗？Yes！所有Broker在启动时，都会创建KafkaController实例，也随之创建ZKReplicaStateMachine实例。但只有在Controller所在的Broker，副本状态机才会被启动：

当Broker被成功推举为Controller后，onControllerFailover方法会被调用，进而启动该Broker早已创建好的副本状态机和分区状态机。

副本状态及状态管理流程

副本状态机一旦被启动，就要管理副本状态的转换。

研究管理状态前，要先明白：

当前都有哪些状态含义分别是什么

源码中的ReplicaState定义了如下副本状态：

ReplicaState接口及其实现对象定义了每种状态的序号，以及合法的前置状态。以OnlineReplica为例：

其validPreviousStates属性是个集合类型，说明Kafka只允许副本从这4种态变更到OnlineReplica态。

其余副本状态的代码逻辑类似，关注validPreviousStates字段即可知晓每个状态合法的前置状态。

最终完整的状态转换规则：

单向箭头表示只允许单向状态转换双向箭头则表示转换方向可以是双向状态管理流程当副本对象首次被创建后，置NewReplica态初始化后，当副本对象能够对外提供服务，状态机将其调整为OnlineReplica，并一直以该状态持续工作若副本所在Broker关闭或不能正常工作，副本要从OnlineReplica变更为OfflineReplica。

一旦开启如删除主题这样操作，状态机会将副本状态跳转到ReplicaDeletionStarted，表明副本删除已开启：

删除成功，置ReplicaDeletionSuccessful不满足删除条件（如所在Broker处下线状态），置ReplicaDeletionIneligible，以便重试

当副本对象被删除后，其状态变更为NonExistentReplica，副本状态机将移除该副本数据。

具体实现类：ZkReplicaStateMachine

副本状态机的具体实现类。

状态转换方法logFailedStateChangelogInvalidTransitionlogSuccessfulTransitiongetTopicPartitionStatesFromZkdoRemoveReplicasFromIsrremoveReplicasFromIsrdoHandleStateChangeshandleStateChanges方法

handleStateChange处理状态的变更，对外提供状态转换操作的入口方法：

def handleStateChanges(replicas: Seq[PartitionAndReplica], targetState: ReplicaState): Unit

执行第1步时，会将replicas按Broker ID分组。

<主题名，分区号，副本Broker ID>表示副本对象

假设replicas为集合：

<test, 0, 0>brbr<test, 0, 1>brbr<test, 1, 0>brbr<test, 1, 1>）

则调用doHandleStateChanges前，会将replicas按Broker ID分组成：

Map(brbr- 0 -> Set(<test, 0, 0>, <test, 1, 0>)，brbr- 1 -> Set(<test, 0, 1>, <test, 1, 1>)brbr)

之后调用doHandleStateChanges

doHandleStateChanges尝试获取给定副本对象在Controller端元数据缓存中的当前状态：若未保存某副本对象的状态，将其初始化为NonExistentReplica态根据不同ReplicaState中定义的合法前置状态集合及传入的目标状态（targetState），将给定副本对象集合划分成两部分：能合法转换的副本对象集合执行非法状态转换的副本对象集合doHandleStateChanges为该集合类的每个副本对象记录一条错误日志代码携带能执行合法转换的副本对象集合，进入不同代码分支。当前Kafka为副本定义7类状态，因此，共有7条分支

包括：

副本被创建时被转换到NewReplica态副本正常工作时被转换到OnlineReplica态副本停止服务后被转换到OfflineReplica态分支1：转换到NewReplica

尝试从元数据缓存中，获取这些副本对象的分区信息数据，包括分区的Leader副本在哪个Broker，ISR中都有哪些副本等。

若找不到对应分区数据，直接把副本状态更新为NewReplica。否则，代码就要给该副本所在Broker发送请求，让它知道该分区的信息。还要给集群所有运行中的Broker发送请求，让它们感知到新副本加入。

分支2：转换到OnlineReplica态

副本对象正常工作时所处状态：

遍历副本对象，依次执行：

获取元数据中该副本所属的分区对象及该副本的当前状态查看当前状态是否是NewReplica是，获取分区的副本列表，并判断该副本是否在于当前副本列表：不在，就记录错误日志并更新元数据中的副本列表若状态不是NewReplica，说明这是已存在的副本对象，则源码会获取对应分区的详细数据，然后向该副本对象所在的Broker发送LeaderAndIsrRequest请求，令其同步获知，并保存该分区数据将该副本对象状态变更为OnlineReplica。至此，该副本处于正常工作状态。分支3：转换到OfflineReplica状态给所有符合状态转换的副本所在Broker，发送StopReplicaRequest，告诉这些Broker停掉对应副本根据分区是否保存Leader信息，将副本集合划分成：有Leader副本集，无Leader副本集合。有无Leader信息并不仅仅包含Leader，还有ISR和controllerEpoch等数据遍历有Leader子集合，向这些副本所在Broker发送LeaderAndIsrRequest请求，去更新停止副本操作之后的分区信息，再把这些分区状态置OfflineReplica遍历无Leader子集合，执行与上步类似操作。只是对无Leader，因未执行任何Leader选举操作，所以给这些副本所在Broker发送的不是LeaderAndIsrRequest请求，而是UpdateMetadataRequest请求，显式告知它们更新对应分区的元数据，再把副本状态置OfflineReplica

把副本状态变更为OfflineReplica=停止对应副本+更新远端Broker元数据

总结

Kafka的副本状态机实现原理及源码：

副本状态机：ReplicaStateMachine是Kafka Broker端源码中控制副本状态流转的实现类。每个Broker启动时都会创建ReplicaStateMachine实例，但只有Controller组件所在的Broker才会启动它。副本状态：当前，Kafka定义了7类副本状态。同时，它还规定了每类状态合法的前置状态。handleStateChanges：用于执行状态转换的核心方法。底层调用doHandleStateChanges方法，以7路case分支的形式穷举每类状态的转换逻辑。