cluster discovery概述及FaultDetection分析

elasticsearch cluster实现了自己发现机制zen。Discovery功能主要包括以下几部分内容：master选举，master错误探测，集群中其它节点探测，单播多播ping。本篇会首先概述以下Discovery这一部分的功能，然后介绍节点检测。其它内容会在接下来介绍。

discovery是可配式模块，官方支持亚马逊的Azure discovery，Google Compute Engine，EC2 Discovery三种发现机制，根据插件规则完全可以自己实现其它的发现机制。整个模块通过实现guice的DiscoveryModule对外提供模块的注册和启动， 默认使用zen discovery。发现模块对外接口为DiscoveryService，它的方法如下所示：

它本质上是discovery的一个代理，所有的功能最终都是由所绑定的discovery所实现的。节点启动时通过DiscoveryModule获取DiscoveryService，然后启动DiscoveryService，DiscoveryService启动绑定的Discovery，整个功能模块就完成了加载和启动。这也是elasticsearch所有模块的实现方式，通过module对外提供绑定和获取，通过service接口对外提供模块的功能，在后面的分析中会经常遇到。

以上就Discovery模块的概述。接下来分析cluster的一个重要功能就是节点探测。cluster中不能没有master节点，因此集群中所有节点都要周期探测master节点，一旦无法检测到，将会进行master选举。同时作为master，对于节点变动也要时刻关注，因此它需要周期性探测集群中所有节点，确保及时剔除已经宕机的节点。这种相互间的心跳检测就是cluster的faultdetection。下图是faultdetection的继承关系：

有两种实现方式，分别是master探测集群中其它节点和其它节点对master节点的探测。FaultDetection只要一个抽象方法handleTransportDisconnect，该方法在内部类FDConnectionListener中被调用。在elasticsearch中大量使用了listener的异步方式，异步可以极大提升系统性能。它的代码如下所示：

  private class FDConnectionListener implements TransportConnectionListener {
        @Override
        public void onNodeConnected(DiscoveryNode node) {
        }

        @Override
        public void onNodeDisconnected(DiscoveryNode node) {
            handleTransportDisconnect(node);
        }
    }

faultdetection启动时会注册相应的FDConnetionListener，当探测到节点丢失，会通过onNodeDisconnected方法回调对于的handleTransportDisconnect进行处理。首先看一下MasterFaultDetection的启动代码：private void innerStart(final DiscoveryNode masterNode) {

this.masterNode = masterNode;
        this.retryCount = 0;
        this.notifiedMasterFailure.set(false);

        // 尝试连接master节点
        try {
            transportService.connectToNode(masterNode);
        } catch (final Exception e) {
            // 连接失败通知masterNode失败
            notifyMasterFailure(masterNode, "failed to perform initial connect [" + e.getMessage() + "]");
            return;
        }
　　　　//关闭之前的masterping，重启新的masterping
        if (masterPinger != null) {
            masterPinger.stop();
        }
        this.masterPinger = new MasterPinger();

        // 周期之后启动masterPing，这里并没有周期启动masterPing，只是设定了延迟时间。
        threadPool.schedule(pingInterval, ThreadPool.Names.SAME, masterPinger);
    }

代码有有详细注释，就不再过多解释。接下来看一下master连接失败的逻辑，代码如下：

  private void notifyMasterFailure(final DiscoveryNode masterNode, final String reason) {
        if (notifiedMasterFailure.compareAndSet(false, true)) {
            threadPool.generic().execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
　　　　　　　　　　　　//通知所有listener master丢失
                    for (Listener listener : listeners) {
                        listener.onMasterFailure(masterNode, reason);
                    }
                }
            });
            stop("master failure, " + reason);
        }
    }

在ZenDiscovery中实现了listener.onMasterFailure接口。会进行master丢失的相关处理，在后面再分析。以下MasterPing的相关代码（有删节）：

private class MasterPinger implements Runnable {

        private volatile boolean running = true;

        public void stop() {
            this.running = false;
        }

        @Override
        public void run() {
            if (!running) {
                // return and don't spawn...
                return;
            }
            final DiscoveryNode masterToPing = masterNode;
   final MasterPingRequest request = new MasterPingRequest(clusterService.localNode().id(), masterToPing.id(), clusterName);
            final TransportRequestOptions options = options().withType(TransportRequestOptions.Type.PING).withTimeout(pingRetryTimeout);
            transportService.sendRequest(masterToPing, MASTER_PING_ACTION_NAME, request, options, new BaseTransportResponseHandler<MasterPingResponseResponse>() {

                        @Override
                        public MasterPingResponseResponse newInstance() {
                            return new MasterPingResponseResponse();
                        }

                        @Override
                        public void handleResponse(MasterPingResponseResponse response) {
                            if (!running) {
                                return;
                            }
                            // reset the counter, we got a good result
                            MasterFaultDetection.this.retryCount = 0;
                            // check if the master node did not get switched on us..., if it did, we simply return with no reschedule
                            if (masterToPing.equals(MasterFaultDetection.this.masterNode())) {
                                // 启动新的ping周期
                                threadPool.schedule(pingInterval, ThreadPool.Names.SAME, MasterPinger.this);
                            }
                        }

                        @Override
                        public void handleException(TransportException exp) {
                            if (!running) {
                                return;
                            }
                            synchronized (masterNodeMutex) {
                                // check if the master node did not get switched on us...
                                if (masterToPing.equals(MasterFaultDetection.this.masterNode())) {
                                    if (exp instanceof ConnectTransportException || exp.getCause() instanceof ConnectTransportException) {
                                        handleTransportDisconnect(masterToPing);
                                        return;
                                    } else if (exp.getCause() instanceof NoLongerMasterException) {
                                        logger.debug("[master] pinging a master {} that is no longer a master", masterNode);
                                        notifyMasterFailure(masterToPing, "no longer master");
                                        return;
                                    } else if (exp.getCause() instanceof NotMasterException) {
                                        logger.debug("[master] pinging a master {} that is not the master", masterNode);
                                        notifyMasterFailure(masterToPing, "not master");
                                        return;
                                    } else if (exp.getCause() instanceof NodeDoesNotExistOnMasterException) {
                                        logger.debug("[master] pinging a master {} but we do not exists on it, act as if its master failure", masterNode);
                                        notifyMasterFailure(masterToPing, "do not exists on master, act as master failure");
                                        return;
                                    }

                                    int retryCount = ++MasterFaultDetection.this.retryCount;
                                    logger.trace("[master] failed to ping [{}], retry [{}] out of [{}]", exp, masterNode, retryCount, pingRetryCount);
                                    if (retryCount >= pingRetryCount) {
                                        logger.debug("[master] failed to ping [{}], tried [{}] times, each with maximum [{}] timeout", masterNode, pingRetryCount, pingRetryTimeout);
                                        // not good, failure
                                        notifyMasterFailure(masterToPing, "failed to ping, tried [" + pingRetryCount + "] times, each with  maximum [" + pingRetryTimeout + "] timeout");
                                    } else {
                                         // resend the request, not reschedule, rely on send timeout
                                        transportService.sendRequest(masterToPing, MASTER_PING_ACTION_NAME, request, options, this);
                                    }
                                }
                            }
                        }

            );
        }
    }

MasterPing是一个线程，在innerStart的方法中没有设定周期启动masterping，但是masterping需要周期进行，这个秘密就在run 方法中，如果ping成功就会重启一个新的ping。这样既保证了ping线程的唯一性同时也保证了ping的顺序和间隔。ping的方式跟之前一样是也是通过transport发送一个masterpingrequest，进行一个连接。节点收到该请求后，如果已不再是master会抛出NotMasterException，状态更新出差会抛出其它异常，异常会通过。否则会正常响应notifyMasterFailure方法处理跟启动逻辑一样。对于网络问题导致的无响应情况，会调用handleTransportDisconnect(masterToPing)方法处理。masterfaultDetection对该方法的实现如下：

protected void handleTransportDisconnect(DiscoveryNode node) {
　　　　//这里需要同步
        synchronized (masterNodeMutex) {
　　　　　　　　//master 已经换成其它节点，就没必要再连接
            if (!node.equals(this.masterNode)) {
                return;
            }
            if (connectOnNetworkDisconnect) {
                try {
　　　　　　　　　　　　//尝试再次连接
                    transportService.connectToNode(node);
                    // if all is well, make sure we restart the pinger
                    if (masterPinger != null) {
                        masterPinger.stop();
                    }
　　　　　　　　　　　　//连接成功启动新的masterping
                    this.masterPinger = new MasterPinger();
                    // we use schedule with a 0 time value to run the pinger on the pool as it will run on later
                    threadPool.schedule(TimeValue.timeValueMillis(0), ThreadPool.Names.SAME, masterPinger);
                } catch (Exception e) {
　　　　　　　　　　　　//连接出现异常，启动master节点丢失通知
                    logger.trace("[master] [{}] transport disconnected (with verified connect)", masterNode);
                    notifyMasterFailure(masterNode, "transport disconnected (with verified connect)");
                }
            } else {
　　　　　　　　　　//不需要重连，通知master丢失。
                logger.trace("[master] [{}] transport disconnected", node);
                notifyMasterFailure(node, "transport disconnected");
            }
        }
    }

这就是masterfaultDetection的整个流程：启动中如果master丢失则通知节点丢失，否则在一定延迟（3s）后启动masterping，masterping线程尝试连接master节点，如果master节点网络失联，尝试再次连接。master节点收到masterpingrequest后首先看一下自己还是不是master，如果不是则抛出异常，否则正常回应。节点如果收到响应是异常则启动master丢失通知，否则此次ping结束。在一定延迟后启动新的masterping线程。

NodeFaultDetection的逻辑跟实现上跟MasterFualtDetetion相似，区别主要在于ping异常处理上。当某个节点出现异常或者没有响应时，会启动节点丢失机制，只是受到通知后的处理逻辑不通。就不再详细分析，有兴趣可以参考具体代码。