面试题：分布式系统中，心跳机制在领导选举里的作用是什么

Question

请阐述分布式系统分布式领导选举场景下，心跳机制的主要功能和作用，并举例说明其如何保障系统中领导节点的有效性。

Answer 1

心跳机制的主要功能和作用

1. 检测节点存活状态：在分布式系统中，各节点通过周期性地发送心跳消息，让其他节点知晓自己当前处于正常运行状态。例如在一个由多台服务器组成的分布式集群里，每个服务器定期向其他服务器发送心跳包，接收方通过是否按时收到心跳来判断发送方是否存活。
2. 维护集群成员关系：有助于动态管理集群中的节点成员。当新节点加入时，通过接收和发送心跳融入集群，老节点离开时，心跳停止，其他节点感知到后调整成员关系。比如在一个分布式存储系统中，新的存储节点启动后，通过发送心跳与已有节点建立联系，成为集群一员。
3. 辅助领导选举：心跳机制为领导选举提供关键信息。领导节点通常持续发送心跳，若其他节点长时间未收到领导的心跳，就会触发新一轮领导选举。例如在Zookeeper集群中，Leader节点会向Follower节点发送心跳，若Follower在一定时间内未收到，便会发起选举新Leader的流程。

保障领导节点有效性的示例

以一个简单的分布式文件系统为例，该系统有多个存储节点，其中一个节点作为领导节点负责文件元数据管理和任务调度。领导节点定期向其他存储节点发送心跳消息。假设领导节点因硬件故障突然停止工作，其他节点在预设时间（如10秒）内未收到领导节点的心跳。此时，这些节点会判定领导节点失效，触发领导选举机制。各个节点开始竞争成为新的领导节点，最终选出一个新的领导节点来接管文件元数据管理和任务调度等工作，从而保障系统中领导节点始终处于有效状态，使得分布式文件系统能持续稳定运行。