面试题：Cassandra集群稳定性保障之数据修复策略

Question

Cassandra通过多种数据修复策略来保障集群的稳定性。请详细说明主要的数据修复策略，如Anti - entropy修复、Hinted Handoff机制等，它们如何在不同场景下维护数据一致性与集群稳定性，以及在实际应用中如何根据业务需求调整这些策略？

Answer 1

Anti - entropy修复

1. 原理：
   • Anti - entropy修复通过比较不同节点上的数据状态来识别并纠正数据差异。它基于一种状态转移协议，节点之间会交换彼此的数据摘要（如Merkle树摘要）。Merkle树可以高效地表示数据集合，通过比较Merkle树的根节点哈希值，能快速判断两个节点的数据是否一致。如果不一致，再递归地比较子树，精确找到不一致的数据分区。
   • 例如，节点A和节点B分别持有同一数据分区的副本。它们交换Merkle树摘要，若摘要不同，就进一步检查子树，确定哪些数据块不同，然后从拥有最新或正确数据的节点将数据同步到另一个节点。
2. 适用场景：
   • 适用于处理节点间由于网络问题、短暂故障等导致的数据不一致情况。比如，偶尔有网络分区使得部分节点与集群暂时隔离，恢复连接后，Anti - entropy修复可以让隔离节点的数据与其他节点重新同步，保障数据一致性。
   • 在正常运行过程中，也定期执行Anti - entropy修复，以应对因硬件故障、软件异常等原因可能引起的数据损坏或不一致。
3. 业务调整策略：
   • 频率调整：对于数据一致性要求极高且更新频繁的业务，可以适当增加Anti - entropy修复的频率，比如每小时一次甚至更短时间间隔。而对于数据相对静态、一致性要求稍低的业务，可降低频率，如每天一次。
   • 范围调整：如果业务数据按区域或类别有明显划分，可以针对特定的数据分区或范围进行Anti - entropy修复，而不是对整个集群数据进行全面修复，以减少修复开销。

Hinted Handoff机制

1. 原理：
   • 当客户端向集群写入数据时，数据会被发送到负责该数据分区的协调节点（Coordinator Node）。协调节点再将数据分发到副本节点。如果某个副本节点暂时不可用，协调节点不会直接返回写入失败给客户端，而是将数据“hint”（提示）存储在本地。这个hint包含了原本要发送到不可用节点的数据以及目标节点的信息。
   • 当不可用节点重新上线后，持有hint的节点会将数据发送给该节点，完成数据写入，从而确保所有副本节点最终都拥有相同的数据。
2. 适用场景：
   • 主要用于处理短时间内节点故障导致的数据写入问题。例如，某个节点因为短暂的网络波动或硬件重启而暂时离线，此时写入操作不会因该节点不可用而失败，通过Hinted Handoff机制可以保证数据写入成功且最终一致性。
   • 适用于对写入可用性要求较高的业务场景，即使部分节点短暂故障，也希望能够继续进行写入操作而不中断服务。
3. 业务调整策略：
   • hint存储时长：对于一些重要且不容丢失的数据业务，可适当延长hint的存储时长，确保节点在较长时间离线后上线仍能接收到数据。而对于一些对数据及时性要求不高，且允许一定数据丢失概率的业务，可以缩短hint存储时长，以减少存储资源占用。
   • hint传输优先级：如果业务中有不同优先级的数据，比如实时交易数据优先级高于日志数据，可以为不同优先级数据的hint设置不同的传输优先级。当节点重新上线时，优先传输高优先级数据的hint。