面试题：ElasticSearch节点启动期间，集群状态的初始构建和同步机制是怎样的？

Question

说明ElasticSearch节点启动过程中，是如何参与到集群状态的初始构建，以及节点间如何进行状态同步，确保数据一致性和集群正常运行。

Answer 1

节点启动参与集群状态初始构建过程

1. 发现阶段
   • 节点启动后，首先会根据配置中的 discovery.seed_hosts 等设置，尝试发现集群中的其他节点。例如，如果配置了一组种子节点的IP地址，节点会向这些地址发送Ping请求，以找到其他存活的节点。
   • 如果是集群中的第一个节点启动，它会等待其他节点加入。当有其他节点加入时，就可以开始构建集群状态。
2. 选举主节点
   • 在发现足够数量（根据 discovery.zen.minimum_master_nodes 配置，通常为超过半数的主节点候选节点）的节点后，符合主节点选举条件（例如，具有较高的版本号、节点ID等因素决定优先级）的节点会被选举为主节点。主节点负责管理集群状态，包括创建、删除索引，分配分片等重要操作。
   • 选举过程使用基于Quorum的算法，确保大多数节点能够就主节点达成一致。例如，在一个5个节点的集群中，至少需要3个节点同意，选举才有效。
3. 初始状态构建
   • 主节点构建初始的集群状态，包括定义集群名称、节点列表等基本信息。它会将自己作为主节点的信息包含在初始状态中。
   • 主节点还会根据索引的配置，对每个索引分配分片。例如，对于一个具有3个主分片和2个副本分片的索引，主节点会决定哪些节点负责主分片，哪些节点负责副本分片。

节点间状态同步确保数据一致性和集群正常运行

1. 状态发布
   • 主节点构建好初始集群状态后，会通过广播的方式将该状态发布给集群中的所有节点。它使用的是一种基于分布式共识的协议，确保状态信息能够可靠地传输到每个节点。
   • 每个节点接收到集群状态后，会将其存储在本地的状态缓存中。
2. 状态更新同步
   • 当集群状态发生变化（例如，有新节点加入、节点离开、索引创建或删除等）时，主节点会生成新的集群状态版本，并再次广播给所有节点。
   • 节点在接收到新的状态版本时，会比较版本号。如果新的版本号高于本地缓存的版本号，节点会更新本地的集群状态。
3. 数据同步
   • 对于分片数据，主分片负责处理写入操作，并将数据复制到副本分片。当主分片接收到写入请求并成功写入后，会向副本分片发送复制请求。
   • 副本分片接收到复制请求后，会将数据写入本地，并向主分片发送确认消息。只有当足够数量（由 consistency 级别决定，例如 quorum 表示超过半数的副本分片确认）的副本分片确认后，主分片才会向客户端返回写入成功的响应，从而确保数据一致性。
4. 故障检测与恢复
   • 节点之间通过定期的Ping请求来检测彼此的存活状态。如果主节点检测到某个节点故障，会更新集群状态，将故障节点从节点列表中移除，并重新分配该节点上的分片。
   • 其他节点在接收到更新后的集群状态后，会停止与故障节点的通信。同时，主节点会将故障节点上的主分片重新分配到其他健康节点，并将副本分片提升为主分片，以保持数据的可用性和一致性。