面试题：ElasticSearch在gateway到allocation流程转换时如何处理数据一致性问题

Question

在ElasticSearch从gateway阶段向allocation阶段转换的过程中，数据一致性面临诸多挑战。请详细说明ElasticSearch采取了哪些机制来保证数据在这个流程转换中的一致性，包括但不限于数据的同步、副本处理等方面。

Answer 1

1. 数据同步机制

• 持久化存储：Elasticsearch 使用 translog 进行数据的持久化存储。在 gateway 阶段，数据从持久化存储（如磁盘）加载到内存中。在这个过程中，translog 记录了所有的写操作。当从 gateway 阶段向 allocation 阶段转换时，会回放 translog 中的操作，确保数据的完整性和一致性。这保证了即使在系统崩溃后重启，也能通过重放 translog 恢复到崩溃前的状态。
• Segment 合并：在数据加载和处理过程中，Elasticsearch 会对多个小的 segment 进行合并操作。在合并时，会对数据进行校验和对比等操作，保证合并后的数据与原数据的一致性。同时，合并操作也有助于减少文件数量，提高查询性能。

2. 副本处理机制

• 副本同步：在 allocation 阶段，主分片负责将数据同步到副本分片。Elasticsearch 使用基于 raft 协议的变体来实现副本同步。主分片会将数据的变更以日志的形式发送给副本分片，副本分片按照日志顺序应用这些变更，从而保证副本与主分片的数据一致性。
• 副本选举：当主分片出现故障时，Elasticsearch 需要从副本分片中选举出新的主分片。在选举过程中，通过版本号、最后更新时间等元数据信息来确保选举出的数据最完整、最新的分片作为新的主分片。这样可以保证在主分片故障切换后，数据的一致性仍然能够得到保证。
• 一致性级别控制：Elasticsearch 提供了不同的一致性级别选项，如 quorum、one、all 等。在写操作时，可以根据业务需求选择合适的一致性级别。例如，选择 quorum 级别时，只有当大多数分片（包括主分片和副本分片）成功写入数据后，写操作才被认为成功，这在一定程度上保证了数据的一致性。

3. 其他一致性保障机制

• 版本控制：Elasticsearch 为每个文档维护一个版本号。每次文档更新时，版本号会递增。在数据同步和副本处理过程中，通过对比版本号来确保数据的一致性。如果副本分片接收到的数据版本号低于当前已有版本号，则会拒绝该更新，从而避免数据覆盖导致的不一致问题。
• 集群状态管理：Elasticsearch 的集群状态包含了所有节点、分片等信息。在从 gateway 阶段向 allocation 阶段转换过程中，集群状态的更新是原子性的。只有当整个集群状态更新成功后，才会进行下一步操作。这保证了所有节点对于集群状态的认知是一致的，进而保证了数据分配和同步过程中的一致性。