一.topic中partition存储分布
在本地的kafka中，我们只启动一个broker，创建两个topic：single-todo和single-todo-vip ，每个topic有两个partition，在${KAFKA_HOME}conf/server.properties中log.dirs=/tmp/kafka-logs。启动kafka后，我们在/tmp/kafka-log目录下看到一下文件夹：
drwxrwxr-x 2 ysl ysl 4096 2月 1 11:52 single-todo-0/ drwxrwxr-x 2 ysl ysl 4096 2月 1 11:52 single-todo-1/ drwxrwxr-x 2 ysl ysl 4096 2月 1 11:52 single-todo-vip-0/ drwxrwxr-x 2 ysl ysl 4096 2月 1 11:52 single-todo-vip-1/
从上面我们可以看出，在Kafka文件存储中，同一个topic下有多个不同partition，每个partition为一个目录，partiton命名规则为topic名称+有序序号，第一个partiton序号从0开始，序号最大值为partitions数量减1。
二.partiton中文件存储方式
- 每个partion(目录)相当于一个巨型文件被平均分配到多个大小相等segment(段)数据文件中。但每个段segment file消息数量不一定相等，这种特性方便old segment file快速被删除。
- 每个partiton只需要支持顺序读写就行了，segment文件生命周期由服务端配置参数决定。
这样做的好处就是能快速删除无用文件，有效提高磁盘利用率。
三.partiton中segment文件存储结构
- segment file组成：由2大部分组成，分别为index file和data file，此2个文件一一对应，成对出现，后缀".index"和“.log”分别表示为segment索引文件、数据文件.
- segment文件命名规则：partion全局的第一个segment从0开始，后续每个segment文件名为上一个segment文件最后一条消息的offset值。数值最大为64位long大小，19位数字字符长度，没有数字用0填充。
索引文件存储大量元数据，数据文件存储大量消息，索引文件中元数据指向对应数据文件中message的物理偏移地址。
segment data file由许多message组成，下面详细说明message物理结构如下：
参数说明：
| 关键字 | 解释说明 |
|---|---|
| 8 byte offset | 在parition(分区)内的每条消息都有一个有序的id号，这个id号被称为偏移(offset),它可以唯一确定每条消息在parition(分区)内的位置。即offset表示partiion的第多少message |
| 4 byte message size | message大小 |
| 4 byte CRC32 | 用crc32校验message |
| 1 byte “magic" | 表示本次发布Kafka服务程序协议版本号 |
| 1 byte “attributes" | 表示为独立版本、或标识压缩类型、或编码类型。 |
| 4 byte key length | 表示key的长度,当key为-1时，K byte key字段不填 |
| K byte key | 可选 |
| value bytes payload | 表示实际消息数据。 |
四.在partition中如何通过offset查找message
第一步查找segment file,以起始偏移量命名并排序这些文件，只要根据offset **二分查找**文件列表，就可以快速定位到具体文件。
第二步根据元数据物理位置和xxxxxxxxx.log的物理偏移地址，然后再通过xxxxxxx.log顺序查找直到offset=x为止
五.总结
Kafka高效文件存储设计特点
- Kafka把topic中一个parition大文件分成多个小文件段，通过多个小文件段，就容易定期清除或删除已经消费完文件，减少磁盘占用。
- 通过索引信息可以快速定位message和确定response的最大大小。
- 通过index元数据全部映射到memory，可以避免segment file的IO磁盘操作。
- 通过索引文件稀疏存储，可以大幅降低index文件元数据占用空间大小。