面试题：在复杂网络环境下，ElasticSearch 确立 Master 或加入集群决策的优化策略

Question

假设 ElasticSearch 集群处于复杂的网络环境，如高延迟、不稳定连接等，从通信协议、选举算法、数据同步等多角度分析如何优化确立 Master 或加入集群的快速决策，给出具体的优化策略及原理。

Answer 1

通信协议优化

1. 采用 TCP 长连接
   • 原理：在高延迟、不稳定连接环境下，短连接每次建立和断开连接都会带来额外开销。TCP 长连接可以减少连接建立和关闭的次数，降低延迟。通过复用连接，减少了握手和挥手过程，提高通信效率。
   • 策略：在 ElasticSearch 配置中，确保使用长连接方式进行节点间通信。例如，配置合适的网络参数，使 TCP 连接保持活跃状态，避免因长时间空闲而被关闭。
2. 优化 TCP 参数
   • 原理：调整 TCP 的拥塞控制算法、窗口大小等参数，可以更好地适应复杂网络环境。例如，选择更适合高延迟网络的拥塞控制算法，能够在网络拥塞时更有效地调整数据发送速率，避免数据丢失和重传。
   • 策略：根据网络实际情况，调整 TCP 的 congestion_control 参数，如选择 bbr 算法（适合高带宽、高延迟网络）。同时，适当增大 tcp_window_size，提高数据传输的并行度。

选举算法优化

1. 改进基于 Quorum 的选举算法
   • 原理：传统基于 Quorum 的选举算法在复杂网络环境下，可能因部分节点连接不稳定导致选举时间过长。改进的算法可以在保证数据一致性的前提下，放宽对部分节点响应的要求。例如，在一定时间内，只要收到超过半数且网络质量较好的节点响应，就可以进行选举决策。
   • 策略：在 ElasticSearch 的选举逻辑中，增加对节点网络质量的评估机制。在选举过程中，优先考虑网络延迟低、连接稳定的节点的投票。可以通过定期的心跳检测来评估节点的网络质量，对于网络质量差的节点，适当降低其投票权重。
2. 设置选举超时时间
   • 原理：如果选举过程持续时间过长，会影响集群的可用性。设置合理的选举超时时间，当在规定时间内未完成选举时，重新启动选举流程或采取备用选举策略。
   • 策略：根据网络环境的平均延迟和抖动情况，动态调整选举超时时间。例如，在高延迟网络中，适当延长超时时间，但不能过长以免长时间占用资源。同时，记录每次选举的时间和网络状态，作为调整超时时间的参考。

数据同步优化

1. 增量同步优化
   • 原理：在复杂网络环境下，全量数据同步可能因网络不稳定导致同步失败或耗时过长。增量同步只传输上次同步后发生变化的数据，减少数据传输量，降低网络负担，提高同步效率。
   • 策略：在 ElasticSearch 中，通过记录数据的版本号或时间戳来标识数据变化。每次同步时，节点间交换版本信息，只同步版本号高于本地的数据。同时，采用异步方式进行增量同步，避免阻塞其他操作。
2. 优化同步重试机制
   • 原理：由于网络不稳定，数据同步可能会失败。优化重试机制可以提高同步成功率。例如，设置合理的重试次数和重试间隔，避免因频繁重试导致网络资源耗尽。
   • 策略：采用指数退避的重试策略，即每次重试的间隔时间按照指数增长。例如，第一次重试间隔 1 秒，第二次间隔 2 秒，第三次间隔 4 秒等。同时，记录重试失败的原因和网络状态，当网络状态改善时，适当缩短重试间隔。另外，对于多次重试仍失败的数据，标记并进行人工干预或特殊处理。