面试题：ElasticSearch PrimaryTerms和SequenceNumbers在复杂集群环境中的应用分析

Question

假设在一个具有多个分片且网络不稳定的ElasticSearch集群环境中，PrimaryTerms和SequenceNumbers在应对节点故障、数据复制和恢复过程中会面临哪些挑战，又分别是如何解决的？

Answer 1

PrimaryTerms面临的挑战及解决方法

1. 挑战
   • 在网络不稳定的多分片集群环境中，节点故障可能导致Primary节点选举混乱。不同节点可能因为网络分区，在不同的时间点认为自己是Primary节点，导致多个“Primary”同时存在，使得PrimaryTerm不一致，从而造成数据写入冲突。
   • 数据复制过程中，新的Primary选举后，可能存在部分副本节点仍在使用旧的PrimaryTerm进行操作，导致数据同步错误。
2. 解决方法
   • ElasticSearch使用基于法定人数的选举机制。当进行Primary节点选举时，只有获得超过半数节点认可的节点才能成为Primary。这样可以避免因为网络分区导致多个“Primary”出现，确保PrimaryTerm的一致性。
   • 每次Primary节点发生变化，PrimaryTerm都会递增。副本节点在接收数据时，会检查PrimaryTerm，如果发现PrimaryTerm与自己记录的不一致，会拒绝数据并重新同步，保证数据的正确性。

SequenceNumbers面临的挑战及解决方法

1. 挑战
   • 节点故障时，正在进行的数据写入操作可能中断，导致SequenceNumber不连续。新的Primary节点重新选举后，需要处理这种不连续的情况，以保证数据的一致性。
   • 在网络不稳定情况下，数据复制过程中可能出现消息乱序，副本节点收到的数据SequenceNumber可能不是按顺序递增的，给数据恢复和一致性维护带来困难。
2. 解决方法
   • ElasticSearch通过持久化的方式记录SequenceNumber。即使节点故障，重启后也能从持久化存储中获取上次记录的SequenceNumber，从而继续从正确的位置进行数据写入。
   • 副本节点在接收数据时，会缓存乱序到达的数据，等待缺失的SequenceNumber对应的数据到达后，再按照顺序应用数据，确保数据的一致性。同时，Primary节点也会维护一个未确认的SequenceNumber列表，用于跟踪副本节点的数据同步进度，及时重发丢失的数据。