面试题：ElasticSearch 中 PacificA 算法在分布式架构下错误检测的基本原理

Question

请阐述在 ElasticSearch 的分布式架构里，PacificA 算法是如何实现错误检测的，包括涉及到的关键组件和大致流程。

Answer 1

关键组件

1. 节点：Elasticsearch 集群中的各个服务器节点，每个节点在分布式系统中扮演不同角色，如数据节点负责存储和处理数据，主节点负责集群的管理等。在 PacificA 算法场景下，各节点参与数据的复制和一致性维护过程。
2. 副本：每个分片（shard）都有一个主副本（primary shard）和多个复制副本（replica shard）。副本用于数据冗余和高可用性，同时在 PacificA 算法实现错误检测中，副本间状态的对比和确认是重要环节。

大致流程

1. 数据写入：
   • 客户端向 Elasticsearch 集群写入数据，请求会首先到达主节点。主节点确定数据应写入的主分片所在的数据节点。
   • 主分片将数据写入本地，并同时并行地向其所有副本分片发送写入请求。
2. 副本确认：
   • 每个副本分片接收到写入请求后，将数据写入本地。完成写入后，副本分片向主分片发送确认响应（ACK）。
   • 主分片等待接收大多数副本分片（法定人数，quorum）的 ACK。例如，如果有一个主分片和两个副本分片，法定人数为 2（主分片本身 + 一个副本分片）。
3. 错误检测：
   • 副本间差异检测：主分片持续监控副本分片的状态。如果在一定时间内没有收到某个副本分片的 ACK，主分片会认为该副本分片可能出现问题。此外，副本分片之间也会相互对比数据状态，通过版本号、校验和等机制，若发现数据不一致，会向主分片报告。
   • 心跳检测：节点之间通过定期发送心跳消息来维持连接状态。若主节点长时间未收到某个数据节点（包含副本分片）的心跳，就会判定该节点出现故障，将其从集群中移除，并触发副本的重新分配和恢复流程，以保证数据的高可用性和一致性。
   • 写入失败检测：如果主分片在等待法定人数副本的 ACK 时超时，说明写入操作可能失败。此时主分片会记录相关错误信息，并尝试重新向未确认的副本分片发送写入请求，若多次尝试仍失败，则会标记该副本分片为异常，触发修复或替换操作。