面试题：ElasticSearch主从模式复杂故障转移机制探讨

Question

当ElasticSearch主从模式中，主节点和部分从节点同时发生故障时，集群如何进行故障检测与转移？详细阐述故障转移过程中可能面临的数据一致性和可用性挑战，以及ElasticSearch通常采用的应对策略。

Answer 1

故障检测

1. 节点间通信机制：Elasticsearch 节点之间通过 Ping 机制保持心跳通信。当主节点故障时，从节点无法收到主节点的心跳，从而检测到主节点故障。同样，从节点故障时，其他节点也会因为收不到其心跳而感知到故障。
2. 集群状态监测：每个节点都维护着集群状态信息，当节点间通信出现异常，节点会更新集群状态，标记故障节点。

故障转移过程

1. 新主节点选举：从存活的节点中选举出新的主节点。Elasticsearch 通过基于 Quorum 的选举算法，要求超过半数的节点投票才能选出新主。例如，若集群有 5 个节点，至少需要 3 个节点投票才能选出新主。
2. 分片重新分配：新主节点根据集群状态和故障节点情况，重新分配原本在故障节点上的分片。它会将副本分片提升为新的主分片，并将其他分片分配到合适的存活节点上，以恢复集群的完整功能。

数据一致性挑战及应对策略

1. 挑战：在故障转移过程中，可能出现部分数据在故障节点上未完全同步到其他节点的情况，导致数据不一致。例如，新主节点选举完成后，新主节点与部分从节点的数据状态不一致。
2. 策略：
   • 版本控制：Elasticsearch 使用版本号来跟踪文档的变更。每次文档更新时，版本号递增。在故障转移后，节点通过比较版本号，确保最终数据的一致性。若发现版本不一致，以版本号高的为准。
   • 同步恢复：新主节点选举后，会对分片进行同步恢复操作。它会对比不同节点上分片的数据版本，将缺失或版本低的数据从其他节点复制过来，保证所有节点的数据一致性。

可用性挑战及应对策略

1. 挑战：主从节点同时故障可能导致部分数据不可用，影响集群整体的读写能力。例如，若故障节点包含大量主分片，在故障转移完成前，这些分片对应的索引数据无法读写。
2. 策略：
   • 冗余设计：通过设置多个副本分片，当主分片所在节点故障时，副本分片可迅速提升为主分片，保证数据的可用性。即使部分从节点故障，只要还有足够的副本分片存活，集群仍能维持一定的读写能力。
   • 快速故障转移：优化选举算法和故障检测机制，尽可能缩短故障检测和新主选举时间，减少集群不可用时间。同时，在故障转移过程中，采用并行处理方式，加快分片重新分配速度，尽快恢复集群的完整功能。