面试题：ElasticSearch集群如何在不中断服务的情况下动态调整主节点角色？

Question

ElasticSearch集群在运行过程中，有时需要对主节点角色进行动态调整，同时又要保证整个集群的服务不中断。请详细描述实现这一过程所涉及的技术原理、选举机制以及如何确保数据的正常读写不受影响。

Answer 1

技术原理

1. 节点角色划分：Elasticsearch 集群中有主节点（Master-eligible node）、数据节点（Data node）和客户端节点（Ingest node、Coordinating node 等）。主节点负责集群状态的管理，如索引的创建、删除，节点的加入、离开等；数据节点负责存储和处理数据；客户端节点主要负责路由请求等。
2. 动态调整主节点角色：通过修改节点配置文件中的 node.master 属性来动态改变节点是否具备成为主节点的资格。当将一个节点的 node.master 设置为 false 时，该节点不再参与主节点选举；设置为 true 时，节点可以参与选举。在集群运行时，修改配置后重启节点即可完成角色调整。

选举机制

1. 基于 Bully 算法改进：当集群中需要选举主节点时，具备主节点资格（node.master: true）且存活的节点开始相互通信。每个节点会向其他节点发送自己的状态信息，包括节点 ID、版本号等。
2. 选举过程：节点会比较接收到的其他节点的状态信息，通常具有最高版本号和节点 ID 的节点会被选为新的主节点。如果某个节点在一定时间内（选举超时时间，可配置）没有收到其他节点的响应，它会认为自己是当前集群中最适合成为主节点的节点，并宣布自己为主节点。
3. 防止脑裂：为避免脑裂问题（即集群中出现多个“主节点”），Elasticsearch 引入了 quorum（法定人数）概念。默认情况下，quorum 为 (master_eligible_nodes / 2) + 1。只有当超过 quorum 数量的节点认可某个节点为主节点时，该节点才能真正成为主节点。

确保数据正常读写不受影响

1. 数据复制与分片：Elasticsearch 将索引数据划分为多个分片（Shard），每个分片可以有多个副本（Replica）。主分片负责处理写操作，副本分片负责处理读操作。在主节点角色调整过程中，由于副本分片的存在，读操作依然可以从副本分片获取数据，保证读服务不中断。
2. 写操作处理：在主节点角色调整期间，新的主节点选举出来之前，写操作可能会受到短暂影响。但一旦新主节点选举完成，集群状态更新，写操作可以重新路由到主分片上进行处理。为减少写操作中断时间，可以通过配置合适的副本数量和选举超时时间来优化。例如，增加副本数量可以提高读操作的可用性和负载均衡能力；合理设置选举超时时间，既不能过长导致写操作长时间等待，也不能过短导致选举过于频繁。
3. 集群状态同步：新主节点选举出来后，会向集群中的其他节点发送集群状态更新信息。节点接收到更新后，会根据新的集群状态调整自己的路由表等信息，确保数据的读写请求能够正确路由到相应的分片上，从而恢复正常的数据读写服务。