面试题：Cassandra中管理器与服务协同工作时如何处理数据一致性

Question

在Cassandra系统里，管理器与服务协同工作以维护数据一致性。请阐述在读写操作过程中，它们是通过哪些机制确保数据一致性的，例如在多副本场景下，读写一致性级别如何设定与配合，以及管理器如何协调服务来保证满足相应的一致性要求。

Answer 1

读写操作中的数据一致性机制

1. 多副本场景下的数据复制：Cassandra 使用一致性哈希来将数据分布到多个节点上，每个数据项会有多个副本存储在不同节点。例如，当写入数据时，数据会根据一致性级别要求被复制到相应数量的副本节点上。
2. 读写一致性级别设定：
   • 读一致性级别：
     • ONE：客户端只要从一个副本读取到数据就认为成功。这种级别性能高，但可能读到旧数据，适用于对一致性要求不高的场景。
     • QUORUM：客户端需要从超过一半的副本节点读取到相同数据才认为成功。例如，如果有3个副本，需要从2个副本读取到相同数据。它在一致性和性能之间有较好平衡。
     • ALL：客户端必须从所有副本节点读取到相同数据才认为成功。这提供了最高的一致性，但性能较差，因为需要等待所有副本响应。
   • 写一致性级别：
     • ONE：只要有一个副本写入成功，写操作就认为成功。这提供了高可用性，但可能出现数据丢失或不一致。
     • QUORUM：需要超过一半的副本写入成功，写操作才成功。例如3个副本时，需要2个副本写入成功。能较好保证数据一致性。
     • ALL：所有副本都写入成功，写操作才成功。这保证了最强的数据一致性，但可用性较低。
3. 读写一致性级别配合：
   • 例如，当写一致性级别为 QUORUM，读一致性级别也为 QUORUM 时，能保证读取到的数据是最新写入的。因为写操作需要超过一半副本写入成功，读操作也需要从超过一半副本读取到相同数据，这样必然会读取到已成功写入的数据。
   • 若写一致性级别为 ONE，读一致性级别为 ALL，可能出现读操作等待所有副本响应，但其中部分副本可能还未收到最新写入，导致读操作失败或读到旧数据。所以合适的读写一致性级别配合对于保证数据一致性很关键。
4. 管理器协调服务保证一致性：
   • 协调写入：管理器会根据写一致性级别要求，协调各个服务节点进行数据写入。例如，当写一致性级别为 QUORUM 时，管理器会等待超过一半的服务节点确认写入成功，才向客户端返回写成功的响应。如果某些节点写入失败，管理器会进行重试或标记该节点异常。
   • 协调读取：在读操作时，管理器根据读一致性级别，向多个服务节点发起读请求。当收到足够数量（符合读一致性级别要求）的节点响应后，管理器会检查这些响应数据是否一致。如果不一致，管理器可能会进一步请求更多节点，或者标记某些节点数据异常，以确保返回给客户端的数据是一致的。同时，管理器还会处理节点故障等异常情况，保证读写操作尽可能满足一致性要求。