面试题：ElasticSearch选主设计思想如何应对网络分区问题

Question

当ElasticSearch集群出现网络分区时，基于其选主设计思想，系统会采取哪些措施来保证数据的一致性和可用性，以及这些措施背后的原理是什么？

Answer 1

选主设计思想

Elasticsearch 基于 Quorum（法定人数）来选主。在一个由 N 个节点组成的集群中，Quorum 数量为 (N/2) + 1（N 为奇数），这样能确保在大多数节点存活的情况下可以选出主节点。

网络分区时保证数据一致性和可用性的措施

1. 选主过程：
   • 当出现网络分区，不同分区的节点会尝试选主。只有包含超过 Quorum 数量节点的分区才有资格选出主节点。例如，一个 5 节点的集群，Quorum 是 3。如果网络分区后，一个分区有 3 个节点，另一个分区有 2 个节点，那么有 3 个节点的分区可以选出主节点，而 2 个节点的分区无法选出主节点。
   • 选出主节点后，主节点负责管理集群状态，包括索引的创建、删除，节点的加入、离开等操作。
2. 数据复制：
   • Elasticsearch 采用多副本机制。每个索引的主分片有多个副本分片。主节点负责协调副本分片的分配和同步。在网络分区后，主节点会确保数据在本分区内的副本之间保持一致。例如，主分片有数据更新时，主节点会将更新同步到本分区内的副本分片上。
   • 当网络恢复后，主节点会重新协调跨分区的副本同步，使数据在整个集群范围内达到一致。

措施背后的原理

1. 基于 Quorum 选主原理：
   • 通过要求大多数节点参与选主，能保证选出的主节点所在的分区是集群的主要部分，这样可以避免脑裂问题（即多个分区都认为自己是主集群，导致数据不一致）。因为只有大多数节点认可的主节点才是有效的，这就确保了集群状态的一致性。
2. 数据复制原理：
   • 多副本机制一方面提高了数据的可用性，当某个副本所在节点故障时，其他副本可以继续提供服务。另一方面，通过主节点协调副本同步，在网络分区期间保证本分区内数据一致，网络恢复后保证整个集群数据一致。主节点基于日志复制的方式将数据变更同步到副本，确保副本之间的数据一致性。