面试题：Cassandra环结构动态调整时，如何保证数据一致性和可用性

Question

在Cassandra环结构面临节点动态调整（如节点加入或离开）的场景下，结合一致性协议和复制策略，说明系统是如何确保数据一致性以及在整个过程中维持较高可用性的，可举例说明。

Answer 1

数据一致性与高可用性保障机制

1. 节点加入
   • 环结构调整：当新节点加入Cassandra环时，系统会重新计算环上的令牌范围。例如，假设有节点A、B，新节点C加入。系统会重新划分数据区间，C节点会负责一部分原本由A或B负责的数据。
   • 数据迁移：数据从现有节点迁移到新节点。Cassandra采用基于范围的复制策略，例如，如果采用简单策略（SimpleStrategy），数据会按照令牌范围从源节点复制到新节点。在一致性协议方面，系统会通过协调器节点来保证数据迁移过程中的一致性。协调器会与源节点和目标节点通信，确保数据准确迁移。在这个过程中，通过设置合适的读写一致性级别（如QUORUM），即使在数据迁移期间，读写操作也能保证一定程度的一致性。比如读操作在QUORUM级别下，需要从大多数副本读取数据，这样能保证读到的数据是较新的版本。
2. 节点离开
   • 检测与标记：系统通过gossip协议检测节点离开。一旦检测到节点离开，该节点会被标记为不可用。例如，节点D准备离开，其他节点通过gossip得知此信息。
   • 数据重新分配：离开节点所负责的数据需要重新分配到其他节点。基于复制策略，如NetworkTopologyStrategy，会根据数据中心和机架的布局重新分布数据。一致性协议方面，协调器会再次发挥作用，它会确保在数据重新分配过程中，读写操作能维持一致性。比如写操作在QUORUM级别下，只要大多数副本写入成功，就认为写操作成功，即使在节点离开导致数据重新分配的过程中，也能保证数据一致性。同时，由于Cassandra的多副本机制，其他副本节点仍然可以提供服务，维持系统的高可用性。即使某个节点离开，只要还有足够的副本节点可用，系统就能继续正常运行读写操作。