面试题：ElasticSearch主分片节点如何在常规操作下保障数据一致性

Question

请详细阐述在ElasticSearch中，主分片节点在常规的增删改操作过程中，是通过哪些机制来保障数据一致性的。

Answer 1

写操作流程及一致性保障机制

1. 请求接收：客户端发送增删改请求到任意一个节点，该节点称为协调节点（Coordinating Node）。
2. 路由计算：协调节点根据文档的ID计算出该文档应存储的主分片位置，并将请求转发到对应的主分片所在节点。
3. 主分片操作：主分片所在节点接收到请求后，执行具体的增删改操作。在操作过程中，通过以下机制保障一致性：
   • 预写式日志（Write - Ahead Log，WAL）：也叫translog。主分片节点在执行具体的文档操作前，先将操作写入到translog中。这样即使在操作过程中节点发生故障，也可以通过重放translog来恢复数据，保证数据不会丢失。例如，当进行一个文档的新增操作时，先将新增操作记录到translog，再实际写入文档数据到Lucene索引。
   • 乐观并发控制：Elasticsearch使用版本号来实现乐观并发控制。每个文档都有一个版本号，每次文档被修改时版本号递增。当客户端发起写操作时，会带上预期的版本号。主分片节点在执行操作前，会检查当前文档的版本号是否与客户端提供的版本号一致。如果一致，则执行操作并更新版本号；如果不一致，说明文档在客户端获取版本号后已被其他操作修改，此时主分片节点会返回版本冲突错误，客户端需要重新获取最新版本并再次尝试操作。
4. 副本分片同步：主分片操作成功后，主分片节点会将操作同步到所有相关的副本分片。同步过程同样基于上述的WAL机制，副本分片接收到主分片的操作日志后，按照日志记录执行相同的操作，从而保证副本分片与主分片的数据一致性。只有当所有副本分片都成功同步操作后，主分片才会向协调节点返回操作成功的响应。

读操作一致性保障机制

1. 读请求分发：客户端发送读请求到任意节点，协调节点根据请求类型（如按ID读、搜索等）决定从主分片还是副本分片读取数据。
2. 强一致性读：如果客户端要求强一致性读（通过设置 consistency 参数为 all），协调节点会等待所有副本分片都同步完成后，再从主分片读取数据。这确保了读取到的数据是最新且一致的，但会增加读操作的延迟。
3. 最终一致性读：默认情况下，读操作采用最终一致性策略。协调节点可以从主分片或副本分片中读取数据。虽然副本分片可能存在短暂的数据延迟，但随着副本同步机制的不断运行，最终所有分片的数据会达到一致。例如，在写操作完成后，由于网络等原因副本分片同步可能稍有延迟，此时从副本分片读取的数据可能不是最新的，但过一段时间后所有分片数据将保持一致。