背景知識

ElasticSearch（下文簡稱ES）集群中，每一臺服務器都有自己的角色，有一部分服務器可以設定為候選Master（至少是3臺），也就是說這些服務器已經具備成為Master角色的能力，但是具體誰最終成為Master是要通過選舉才可以。

在ES配置文件里，有兩個參數來決定該節點是否是候選Master或者Data節點，如果想讓某個節點只作為Data節點，那么需要將node.master設置為false，而node.data設置為true：

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

上圖是一個ES集群的示意圖，其中NodeA是當前集群的Master，NodeB和NodeC是Master的候選節點，其中NodeA和NodeB同時也是數據節點(DataNode)，此外，NodeD是一個單純的數據節點，Node_E是一個proxy節點。每個Node會跟其他所有Node建立連接。

節點發現

ES服務啟動后，首先要通過節點發現功能加入集群。ZenDiscovery是ES自己實現的一套用于節點發現和選主等功能的模塊，沒有依賴Zookeeper等工具。 簡單來說，節點發現依賴以下配置：

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

Master選舉

上面提到，集群中可能會有多個候選Master節點，此時就要進行Master選舉，保證只有一個當選Master。如果有多個節點當選為Master，則集群會出現腦裂，腦裂會破壞數據的一致性，導致集群行為不可控，產生各種非預期的影響。

腦裂示意圖

為了避免產生腦裂，ES采用了常見的分布式系統思路，保證選舉出的master被多數派(quorum)的候選Master節點認可，以此來保證只有一個Master。這個quorum通過以下配置進行配置：

discovery.zen.minimum_master_nodes: 2

誰發起Master選舉

Master選舉是由候選Master節點發起，當一個候選Master節點發現滿足以下條件時就會發起選舉：

該候選Master節點的當前狀態不是Master；

該候選Master節點通過ZenDiscovery模塊的ping操作詢問其已知的集群其他節點，沒有任何節點連接到Master；

包括本節點在內，當前已有超過minimum_master_nodes個節點沒有連接到Master。

簡單講，就是當一個候選Master節點發現包括自己在內的多數候選Master節點認為集群沒有Master時，就可以發起Master選舉。

如何選舉

ES Master選舉有一套自己的算法，該算法是基于一種稱為“狀態機復制”的機制。狀態機復制的基本原理是，在一個分布式系統中，每個節點都有一份當前的狀態，并且每個節點都可以獨立決定自己是否被選舉為Master節點。在ES集群中，每個節點都會比較當前節點和其他節點的狀態，如果當前節點的狀態最新，則當前節點將被選為Master節點。

ES的選舉工作流程大致如下：

① 首先，所有候選Master節點都會比較自己的狀態，如果自己的狀態最新，則發起投票；

② 其他節點收到投票后，也會比較自己的狀態，如果自己的狀態最新，則會再次發起投票；

③ 當某個節點收到來自其他節點的投票，且自己的狀態最新時，則會將自己的狀態發送給其他節點，并同意自己被選為Master節點；

④ 其他節點收到來自Master節點的狀態后，會將自己的狀態更新，同意將Master節點選為Master節點（有點繞口）；

⑤ 一旦Master節點確定，其他節點就會向Master節點發送心跳包，以確保Master節點的活動狀態；

⑥ 如果Master節點失去連接，則其他節點會開始新的投票，以確定新的Master節點。

按照上述流程，我們描述一個簡單的場景來幫助大家理解：

假如集群中有3個候選Master節點，分別為Node_A、 Node_B、 Node_C。三個節點都認為當前沒有Master，于是都各自發起選舉。

假如此時Node_A的狀態最新，所以選舉結果都為Node_A。于是Node_A開始等選票，Node_B、Node_C都向Node_A發起投票，當Node_A接收到第一次投票（假如是Node_B發起的）時，加上它自己的一票，就獲得了兩票了(超過半數)，于是Node_A成為Master。

有一點要說明，對于ES集群來說，當Master節點確立時，它就會等待其它節點join自己成為一個集群了，當所有其它非Master節點全部join到Master時，集群才算徹底創建完成。

審核編輯：劉清