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<typo id="typo-455" data-origin="问题" ignoretag="true">问题</typo>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handleStateChanges
- ZkReplicaStateMachine：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<typo id="typo-1162" data-origin="机" ignoretag="true">机</typo>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<typo id="typo-1493" data-origin="机" ignoretag="true">机</typo>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<typo id="typo-2199" data-origin="机" ignoretag="true">机</typo>的具体实现类。
状态转换方法
- logFailedStateChange
- logInvalidTransition
- logSuccessfulTransition
- getTopicPartitionStatesFromZk
- doRemoveReplicasFromIsr
- removeReplicasFromIsr
- doHandleStateChanges
handleStateChanges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
- 调用doHandleStateChanges执行副本状态转换
- 给集群中相应Broker批量发送请求
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>
<test, 0, 1>
<test, 1, 0>
<test, 1, 1>）
则调用doHandleStateChanges前，会将replicas按Broker ID分组成：
Map(
- 0 -> Set(<test, 0, 0>, <test, 1, 0>)，
- 1 -> Set(<test, 0, 1>, <test, 1, 1>)
)
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：
1.能合法转换的<typo id="typo-3076" data-origin="副本" ignoretag="true">副本</typo>对象集合
2.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。
