面试题：Cassandra数据操作事务处理中的故障恢复机制

Question

假设在执行一个Cassandra数据操作事务时，集群中的某个关键节点突然故障。该事务涉及多个数据中心的数据更新，并且已经部分完成。请详细描述你将如何设计一个故障恢复机制，确保事务要么完整回滚，要么成功提交，同时保证数据的一致性和完整性，并且说明在不同网络分区场景下该机制如何自适应调整。

Answer 1

故障恢复机制设计

1. 记录事务日志：
   • 在执行事务前，将事务的所有操作记录到日志中，包括每个数据中心要更新的数据以及操作类型（如插入、更新等）。日志应持久化存储，例如使用预写式日志（WAL）。
   • 为每个事务分配唯一的标识符，方便跟踪和管理。
2. 节点故障检测：
   • 使用Cassandra内置的gossip协议或外部监控工具（如Prometheus结合Grafana）来检测节点故障。当检测到关键节点故障时，立即触发故障恢复流程。
3. 回滚或提交决策：
   • 确定事务状态：通过日志检查事务已完成的部分。如果事务仅部分完成，且故障节点涉及未完成的关键操作，则发起回滚；若事务已接近完成，且可以通过其他节点恢复缺失部分，则尝试提交。
   • 协调器角色：选举一个新的协调器节点（如果原协调器节点故障）。新协调器负责与其他数据中心的节点通信，确定事务的最终状态。
4. 回滚操作：
   • 协调器根据日志中的记录，向每个数据中心的相关节点发送回滚指令。例如，对于已插入的数据执行删除操作，对于已更新的数据恢复到原始值。
   • 每个节点执行回滚操作后，向协调器反馈结果。协调器等待所有相关节点回滚完成确认，确保事务回滚彻底。
5. 提交操作：
   • 若决定提交事务，协调器向每个数据中心的节点发送提交指令。节点完成提交操作并持久化数据后，向协调器反馈。
   • 协调器等待所有节点提交确认，只有当所有节点都成功提交后，事务才被视为成功提交。

不同网络分区场景下的自适应调整

1. 数据中心内部网络分区：
   • 检测分区：节点通过心跳机制或gossip协议检测到本地数据中心内的网络分区。
   • 局部处理：在分区内，若事务涉及的节点仍能通信且完成部分操作，继续尝试完成事务。例如，若部分节点已更新数据，其他节点可通过复制机制同步这些更新。
   • 协调器调整：如果原协调器在分区内，继续负责事务处理；若原协调器在其他分区，则在当前分区内重新选举协调器。新协调器与其他分区的节点通信（若网络恢复），确保事务状态一致。
2. 数据中心间网络分区：
   • 隔离处理：每个数据中心独立处理事务。若事务仅涉及本数据中心内的数据操作，可继续完成事务并标记为“待同步”。
   • 状态记录：各数据中心记录事务状态及已完成的操作。当网络恢复后，通过跨数据中心的协调机制，合并事务状态。例如，数据中心A完成了部分更新，数据中心B完成了另一部分，网络恢复后，协调器协调两个数据中心完成剩余操作或回滚。
   • 优先级设置：对于涉及多个数据中心的关键事务，可根据业务需求设置优先级。高优先级事务在网络恢复后优先处理，确保数据一致性和完整性。