在分散式系統領域，ZooKeeper長期擔任元數據存儲與協調的核心角色，但其單點串流與內存限制的設計，已無法滿足現代雲原生應用的擴展需求。Apache Pulsar等系統在追求更高性能與可擴展性時，面臨ZooKeeper的瓶頸挑戰。Oxia作為一種新型元數據存儲解決方案，透過創新架構設計與技術選型，成功突破ZooKeeper的性能與擴展限制，為大型分散式系統提供更高效的協調方案。
Oxia是一種可擴展的元數據存儲與協調系統，專為替代ZooKeeper而設計。其核心功能包括Key-Value存儲、分佈式鎖、命名服務等，支援高吞吐量與低延遲的元數據操作。作為Apache 2.0授權的開源項目，Oxia不僅可用於Apache Pulsar，也可移植至其他分散式系統，如Kafka等。
Oxia採用水平擴展的存儲架構，每個存儲Pod負責特定分區（Shard），並支援領導節點（Leader）與從節點（Follower）的混合模式。協調器（Coordinator）管理分區分配與故障檢測，確保系統的高可用性。透過Kubernetes Operator與自定義資源定義（CRD），Oxia實現與雲原生環境的深度整合，支援動態擴展與靈活配置。
ZooKeeper的水平擴展限制主要來自其領導節點單點串流設計，寫入請求需經過三次網絡呼叫，導致性能隨節點數量增加而下降。Oxia透過類似Kafka的分區分配機制，實現負載均衡與水平擴展，避免單點瓶頸。此外，Oxia採用日誌結構化合併樹（LSM Tree）與記憶體讀取策略，突破ZooKeeper的2GB內存限制，支援百GB級元數據存儲。
Oxia的數據存儲採用日誌結構化合併樹（LSM Tree）與右前日誌（RAL）機制，數據直接寫入磁碟，避免ZooKeeper的快照操作。寫入操作僅針對領導節點，數據持久化至本地日誌後，透過推式複製（Push-based Replication）同步至從節點，確保高可用性與數據一致性。故障恢復時，系統可自動切換至備用節點，實現毫秒級切換。
Oxia支援動態分區拆分（Shard Splitting），實現無限水平擴展。其預設使用哈希分區（Hash-Based Sharding），未來將增加字典序排序（Lexicographic Sorting）等機制，進一步優化分區策略。此設計使Oxia理論上可支持800億PB的數據存儲，遠超ZooKeeper的限制。
Oxia在單節點測試中表現卓越，80%讀取與20%寫入混合負載下，可達100,000 TPS（每秒交易數），讀取延遲低於100毫秒，寫入延遲低於300毫秒（P99）。與ZooKeeper相比，其吞吐量提升達3倍以上，且無需依賴傳統共識協議（如Raft/Paxos），簡化系統架構。
Oxia完全移除ZooKeeper，實現存儲與元數據層的分離。原Pulsar架構包含Broker層、BookKeeper存儲層與ZooKeeper元數據層，Oxia透過存儲分離設計，優化寫入路徑（RAL）與恢復路徑（LSM Tree），提升系統效率與正確性。
Oxia深度整合Kubernetes，透過ConfigMap管理集群狀態，支援雲端彈性擴展。用戶可靈活配置存儲Pod數量、分區數量與複製因子（Replication Factor），實現資源的高效利用。
Oxia透過創新架構設計與技術選型，解決ZooKeeper在水平擴展、垂直擴展與性能方面的根本性問題。其無限水平擴展能力、高吞吐量表現與雲原生整合，使其成為現代分散式系統的理想選擇。對於需要處理海量元數據與高可用性的應用場景，Oxia提供了更簡潔、高效且可擴展的協調方案。