面试题：Cassandra中Gossip协议如何处理节点故障与恢复

Question

当Cassandra集群中的某个节点出现故障或恢复时，Gossip协议是如何感知并做出相应调整的？请从节点状态信息的更新、故障检测机制以及集群拓扑结构的重新收敛等方面进行分析。

Answer 1

节点状态信息的更新

1. 信息交换机制：
   • Cassandra节点之间通过Gossip协议定期（默认每秒）互相交换彼此所知道的其他节点状态信息。每个节点维护一个关于集群中所有节点的状态摘要表，其中包含每个节点的基本信息（如IP地址、端口号等）以及该节点认为其他节点的状态（如正常、故障、离开等）。
   • 例如，节点A与节点B进行gossip通信时，会将自己所知道的节点C、D等的状态信息发送给节点B，同时接收节点B所知道的节点E、F等的状态信息。
2. 状态传播：
   • 当某个节点状态发生变化（如某个节点故障或恢复），该节点会在与其他节点进行gossip通信时，将新的状态信息传播出去。其他节点接收到这些信息后，更新自己的节点状态摘要表。这样，新的状态信息就会在集群中逐渐扩散开来。比如节点X出现故障，节点Y在与其gossip通信时感知到该故障，然后节点Y会在后续与其他节点gossip时将节点X故障的信息传递出去。

故障检测机制

1. 基于心跳的检测：
   • Gossip协议采用类似心跳的机制来检测节点是否正常运行。每个节点定期向其他节点发送gossip消息，若在一定时间内（可配置，默认时长）没有收到来自某个节点的gossip消息，就会认为该节点可能出现故障。
   • 例如，节点M期待每1秒收到节点N的gossip消息，如果连续3次（可配置）没有收到，节点M就会标记节点N为疑似故障节点。
2. 一致性检查：
   • 为了避免误判，节点之间会相互交换关于疑似故障节点的信息。当多个节点都认为某个节点疑似故障时，才会最终判定该节点故障。例如，节点P认为节点Q疑似故障，它会在与其他节点gossip时提及此事，若节点R、S等也有相同的判断，那么就可以确认节点Q故障。

集群拓扑结构的重新收敛

1. 信息整合：
   • 随着节点状态信息的更新和故障检测结果的传播，各个节点都在不断更新自己对集群拓扑结构的认知。每个节点会根据最新的节点状态信息，重新构建自己所认为的集群拓扑结构。
   • 比如，当节点T故障信息传播开后，其他节点会将节点T从自己的拓扑结构认知中移除（标记为故障状态）。
2. 收敛过程：
   • 经过一段时间的gossip信息交换，所有节点对集群拓扑结构的认知会逐渐达成一致，即集群重新收敛到一个新的稳定状态。在这个过程中，新的节点（如故障恢复的节点）会重新被纳入拓扑结构，而故障节点会被标记为故障状态，不参与正常的数据读写等操作。例如，节点U故障恢复后，通过gossip与其他节点通信，其他节点逐渐将节点U重新纳入拓扑结构，最终整个集群的节点对包含节点U的新拓扑结构达成一致。