分布式系统中的网络分区问题

网络分区问题

什么是网络分区？

网络分区只在分布式集群中，节点之间由于网络不通，导致集群中节点形成不同的子集，子集中节点之间网络互通，而子集与子集之间网络不通。

如何判断是否发生了网络分区？

不同的集群架构网络分区的形态会有不同，可以从集中式架构和非集中式架构两方面考虑。

集中式架构下的网络分区

集中式架构中，Master节点通常以一主多备的形式部署，Slave和Master节点相连接，Master节点的主和备之间会通过心跳互相通信。

集中式架构中的网络分区主要是主节点与备节点之间网络不通，且一部分Slave节点只能与主Master节点联通，另一部分只能与备Master节点联通。

非集中式架构下的网络分区

非集中式架构中，节点是对称的，网络分区的形态是形成不同子集，子集内节点间可以互相通信，而子集之间不能通信。

上述两种架构中，要判断是否形成了网络分区，最朴素的方式就是判断节点之间心跳是否超时，然后将心跳可达的节点归属到一个子集中。

网络分区问题的处理方法

在检测到网络分区后，我们可以有不同的解决办法。

• 激进的办法，一旦发现节点不可达，则将节点从集群中删掉，并在新集群中选出新的主。
• 保守的办法，一旦发现某些节点不可达，则直接停止自己的服务，这样可以避免双主问题，但是使用这种方式，容易导致系统中所有的节点都停止服务，真个系统完全不可用。

Static Quorum方法

Static Quorum是一种固定票数的策略，在系统启动前，先设置一个固定票数，当发生网络分区后，如果一个分区中节点数大于等于这个固定的票数，则该分区为活动分区。

为了保证分区分区后，不会出现多个活动分区，引发双主或者多主问题，需要对固定票数的取值做一些约束，即：固定票数≤ 总节点数≤2* 固定票数 - 1。

这种方法的优点是简单易实现，缺点是：

1. 分区数较少时，该方法工作得很好，但是当活动分区特别多时，由于各个分区的票数分散，不容易找出一个满足条件的分区，没有活动分区也就意味着集群不可用了。
2. 由于票数是固定不变的，所以不适用于集群中有动态节点加入的场景。

Keep Majority方法

Keep Majority是指保留具有大多数节点的子集群。由于不限定每个分区的节点数超过一个固定的票数，所以可以应用于动态节点加入的场景。

这种方法不适用于生产多分区的场景，随着分区数量增加，节点分散，也很难在众多分区中出现1个节点数 w≥n/2 的分区。

仲裁机制方法

设置仲裁机制的核心是引入一个第三方组件或者节点作为仲裁者，该仲裁者和集群中的所有节点相连，集群中所有节点都将自己的心跳信息报这个这个中心节点。因此该中心节点用于全局心跳信息，可以根据全局心跳情况信息判断出有多少个分区。

基于共享资源的方法

基于共享资源方法的核心，就类似于分布式锁机制。即哪个子集群获得共享资源锁，就保留这个子集。