ElasticSearch进行master选举的流程

背景知识

ElasticSearch（下文简称ES）集群中，每一台服务器都有自己的角色，有一部分服务器可以设定为候选Master（至少是3台），也就是说这些服务器已经具备成为Master角色的能力，但是具体谁最终成为Master是要通过选举才可以。

在ES配置文件里，有两个参数来决定该节点是否是候选Master或者Data节点，如果想让某个节点只作为Data节点，那么需要将node.master设置为false，而node.data设置为true：

    node.master: true/false
    node.data: true/false

上图是一个ES集群的示意图，其中NodeA是当前集群的Master，NodeB和NodeC是Master的候选节点，其中NodeA和NodeB同时也是数据节点(DataNode)，此外，NodeD是一个单纯的数据节点，Node_E是一个proxy节点。每个Node会跟其他所有Node建立连接。

节点发现

ES服务启动后，首先要通过节点发现功能加入集群。ZenDiscovery是ES自己实现的一套用于节点发现和选主等功能的模块，没有依赖Zookeeper等工具。 简单来说，节点发现依赖以下配置：

discovery.seed_hosts: ["192.168.222.101", "192.168.222.102", "192.168.222.103"]

这个配置可以看作是，在本节点到每个discovery.sedd_hosts中的节点建立一条关联线，当整个集群所有的node形成一个联通图时，所有节点都可以知道集群中有哪些节点存在了。

Master选举

上面提到，集群中可能会有多个候选Master节点，此时就要进行Master选举，保证只有一个当选Master。如果有多个节点当选为Master，则集群会出现脑裂，脑裂会破坏数据的一致性，导致集群行为不可控，产生各种非预期的影响。

脑裂示意图

为了避免产生脑裂，ES采用了常见的分布式系统思路，保证选举出的master被多数派(quorum)的候选Master节点认可，以此来保证只有一个Master。这个quorum通过以下配置进行配置：

discovery.zen.minimum_master_nodes: 2

这个配置对于整个集群非常重要。

谁发起Master选举

Master选举是由候选Master节点发起，当一个候选Master节点发现满足以下条件时就会发起选举：

该候选Master节点的当前状态不是Master；

该候选Master节点通过ZenDiscovery模块的ping操作询问其已知的集群其他节点，没有任何节点连接到Master；

包括本节点在内，当前已有超过minimum_master_nodes个节点没有连接到Master。

简单讲，就是当一个候选Master节点发现包括自己在内的多数候选Master节点认为集群没有Master时，就可以发起Master选举。

如何选举

ES Master选举有一套自己的算法，该算法是基于一种称为“状态机复制”的机制。状态机复制的基本原理是，在一个分布式系统中，每个节点都有一份当前的状态，并且每个节点都可以独立决定自己是否被选举为Master节点。在ES集群中，每个节点都会比较当前节点和其他节点的状态，如果当前节点的状态最新，则当前节点将被选为Master节点。

ES的选举工作流程大致如下：

① 首先，所有候选Master节点都会比较自己的状态，如果自己的状态最新，则发起投票；

② 其他节点收到投票后，也会比较自己的状态，如果自己的状态最新，则会再次发起投票；

③ 当某个节点收到来自其他节点的投票，且自己的状态最新时，则会将自己的状态发送给其他节点，并同意自己被选为Master节点；

④ 其他节点收到来自Master节点的状态后，会将自己的状态更新，同意将Master节点选为Master节点（有点绕口）；

⑤ 一旦Master节点确定，其他节点就会向Master节点发送心跳包，以确保Master节点的活动状态；

⑥ 如果Master节点失去连接，则其他节点会开始新的投票，以确定新的Master节点。

按照上述流程，我们描述一个简单的场景来帮助大家理解：

假如集群中有3个候选Master节点，分别为Node_A、 Node_B、 Node_C。三个节点都认为当前没有Master，于是都各自发起选举。

假如此时Node_A的状态最新，所以选举结果都为Node_A。于是Node_A开始等选票，Node_B、Node_C都向Node_A发起投票，当Node_A接收到第一次投票（假如是Node_B发起的）时，加上它自己的一票，就获得了两票了(超过半数)，于是Node_A成为Master。

有一点要说明，对于ES集群来说，当Master节点确立时，它就会等待其它节点join自己成为一个集群了，当所有其它非Master节点全部join到Master时，集群才算彻底创建完成。

审核编辑：刘清