因果叢集（Causal Cluster）

叢集技術是一項能有效加強系統整體效能、可用性、靈活性和可擴充性，並廣泛應用於生產系統的技術，而Neo4j本身也提供了資料庫叢集的功能。

高可用性叢集（High-availability clusters）為目前最廣為人知的叢集技術之一，最新版本的Neo4j中，則是使用了因果叢集（Causal Cluster）來取代舊版的HA叢集，因果叢集有著更先進的叢集架構以及安全架構，以滿足企業更大規模的生產與安全性需求。

因果叢集技術是基於Raft協定開發，是由史丹佛大學提出的一種更易於了解的一致性演算法。Neo4j因果叢集內建的bolt可直接處理負載平衡，並支援由bolt驅動管理的叢集可感知階段，比起HA叢集更為簡單而強大。

因果叢集架構

核心伺服器（core server）：為交易處理提供容錯平台，負責Neo4j因果叢集安全性的單元，透過Raft協定來確保資料安全。實際上，資料交易必須經過叢集中過半數的核心伺服器同意，此筆交易才會有效。我們可以透過容錯公式來計算所須的伺服器總數：T = 2E + 1，T是伺服器總數，E是可容許錯誤的伺服器數量，這表示架設一個最小單位的核心伺服器，至少需要3台伺服器。

唯讀伺服器（read replica server）：負責資料庫整體的負載平衡，提供Neo4j因果叢集可擴充性的單元，會以週期性輪詢核心伺服器的方式，來同步核心伺服器的資料。唯讀伺服器不參與拓樸決策，因此唯讀伺服器一但損壞，並不會影響整體資料庫的安全性和可用性，僅會損失查詢的效能而已。

因果叢集架設

系統需求

1. 使用x86-64架構的硬體環境

2. 4.0版本需Java 11.0 或 openJDK 11以上

本文使用的虛擬機器為Hyoer-V，使用的作業系統為cent-OS 7，JDK使用openJDK 11

需先備妥cent-OS以及安裝完JDK之後，同時關閉防火牆及SELinux，便可進入Neo4j安裝程序

安裝Neo4j

1. 使用yam安裝

首先需要新增yam的repository

rpm --import https://debian.neo4j.com/neotechnology.gpg.key
cat <<EOF >  /etc/yum.repos.d/neo4j.repo
[neo4j]
name=Neo4j RPM Repository
baseurl=https://yum.neo4j.com/stable
enabled=1
gpgcheck=1
EOF

本例將會安裝企業版的Neo4j，而安裝企業版時會詢問是否同意Neo4j license agreement，故安裝前需要先設定環境變數，於安裝過程中同意Neo4j license agreement

NEO4J_ACCEPT_LICENSE_AGREEMENT=yes yum install neo4j-enterprise-4.2.3

輸入yum指定，安裝企業版Neo4j，這裡做為範例選擇安裝的是4.2.3版

yum install neo4j-enterprise-4.2.3

也可以輸入下列指令尋找官方提供的版本, 再來決定安裝的版本

rpm -qa | grep neo

2.離線安裝

若是在無法連上網際網路的環境下，Neo4j也提供了離線安裝的選項。

前往Neo4j download center 下載欲安裝的版本

https://neo4j.com/download-center/

註冊完會員後，會收到一封下載的連結，下載完成後，將檔案放入cent-OS中，本例將檔案放至 /opt/ 下並解壓縮

tar -xf /opt/neo4j-enterprise-4.2.3-unix.tar.gz

3.設定檔調整

設定檔的存放位置如下：

//使用yam、rpm安裝時，路徑如下：
vi /etc/neo4j/neo4j.conf
//使用tar安裝時，路徑如下：
vi /opt/neo4j-enterprise-4.2.3/conf

找到下列的設定項目，並修改如下：

//此為本機允許監聽外部ip的設定，預設為localhost，取消注釋並將值設定為0.0.0.0，表示允許監聽任何網路位址
dbms.default_listen_address=0.0.0.0

//此為Neo4j GUI介面所使用的port，取消注釋後便可從外部使用GUI介面操作Neo4j
dbms.connector.bolt.listen_address=:7687
dbms.connector.http.listen_address=:7474

4.啟動Neo4j

調整完設定檔後，輸入指令啟動Neo4j

//使用yam、rpm安裝時，指如下：
systemctl start neo4j

//使用tar安裝時，指令如下：
cd /opt/neo4j-enterprise-4.2.3/
./bin/neo4j console
//如欲在背景執行，則改用start即可
./bin/neo4j start

5.進入Neo4j GUI介面

打開瀏覽器，輸入虛擬機器的對外IP，以及7474 port，即可進入

預設admin帳號密碼為：neo4j/neo4j

本例虛擬機器使用的ip 為192.168.137.11

進入畫面如上，至此已完成一個Neo4j 實體的安裝。

架設Core Server

複製兩個已安裝Neo4j虛擬機器，或是按上述步驟重新建立兩個含Neo4j實體的虛擬機器

本例使用的ip如下：

core01: 192.168.137.11
core02: 192.168.137.12
core03: 192.168.137.13

再次打開各自的neo4j.comf，修改叢集設定值：

core01：

// 告知其他實體要連接的位址，亦可使用hostname
dbms.default_advertised_address=192.168.137.11
// 資料庫實體的執行模式，共有CORE及REPLICA兩種模式，設定為CORE以建立core server
dbms.mode=CORE
// 啟動core server時，設定初始核心叢集的成員位址，亦可使用hostname
causal_clustering.initial_discovery_members=192.168.137.11:5000,192.168.137.12:5000,192.168.137.13:5000
// 設定預期核心叢集的成員數量
causal_clustering.minimum_core_cluster_size_at_formation=3
// 設定最小可運作的核心叢集成員數量
causal_clustering.minimum_core_cluster_size_at_runtime=3

core02：

// 告知其他實體要連接的位址，亦可使用hostname
dbms.default_advertised_address=192.168.137.12
// 資料庫實體的執行模式，共有CORE及REPLICA兩種模式，設定為CORE以建立core server
dbms.mode=CORE
// 啟動core server時，設定初始核心叢集的成員位址，亦可使用hostname
causal_clustering.initial_discovery_members=192.168.137.11:5000,192.168.137.12:5000,192.168.137.13:5000
// 設定預期核心叢集的成員數量
causal_clustering.minimum_core_cluster_size_at_formation=3
// 設定最小可運作的核心叢集成員數量
causal_clustering.minimum_core_cluster_size_at_runtime=3

core03：

// 告知其他實體要連接的位址，亦可使用hostname
dbms.default_advertised_address=192.168.137.13
// 資料庫實體的執行模式，共有CORE及REPLICA兩種模式，設定為CORE以建立core server
dbms.mode=CORE
// 啟動core server時，設定初始核心叢集的成員位址，亦可使用hostname
causal_clustering.initial_discovery_members=192.168.137.11:5000,192.168.137.12:5000,192.168.137.13:5000
// 設定預期核心叢集的成員數量
causal_clustering.minimum_core_cluster_size_at_formation=3
// 設定最小可運作的核心叢集成員數量
causal_clustering.minimum_core_cluster_size_at_runtime=3

設定完後，依序啟動三台Neo4j服務（啟動順序不受影響）

叢集初始化需要一些時間，可以透過監看log來得知何時建置完成

// 於cent-OS中輸入
journalctl -u neo4j -f

從log可以看出，core01成功與core02及core03連線，並組成因果叢集

我們再次進入GUI介面，點選左下角的:sysinfo，查看目前資料庫狀態

從圖上左下我們可以看到，core01在這個core server中是擔任LEADER的角色，右方資訊欄可以看到，目前所有資料庫的leader及follower是哪一台主機，這表示因果叢集已成功建立。

架設Read Replica Server

再次複製一個已安裝Neo4j虛擬機器，或是按前述步驟重新建立一個含Neo4j實體的虛擬機器

此一Replica server所使用的ip為：192.168.137.14

再次打開neo4j.comf，修改叢集設定值：

// 告知其他實體要連接的位址，亦可使用hostname
dbms.default_advertised_address=192.168.137.14
// 資料庫實體的執行模式，共有CORE及REPLICA兩種模式，設定為READ_REPLICA以建立read replica server
dbms.mode=READ_REPLICA
// 啟動core server時，設定初始核心叢集的成員位址，亦可使用hostname
causal_clustering.initial_discovery_members=192.168.137.11:5000,192.168.137.12:5000,192.168.137.13:5000

設定完畢後啟動Neo4j，監看log並靜待Neo4j建立唯讀副本伺服器

回到核心伺服器，查詢資料庫狀態：

可以看到唯讀副本伺服器已成功建立

再登入唯讀副本伺服器查詢資料，查詢是否與核心伺服器一致

確認查詢到的資料完全一致，至此Neo4j的因果叢集已完全架設完畢。

分離Read Replica Server

基於版本升級或其他需求，可能需要將唯讀副本伺服器分離，並維持現有資料快照，但是此舉會降低查詢性能並降低安全性。

進入唯讀副本的neo4j.comf，修改叢集設定值：

// 資料庫實體的執行模式，欲暫時從因果叢集切換為獨立實體時，可設定為SINGLE
dbms.mode=SINGLE

使用PORT

Reference:

https://neo4j.com/docs/operations-manual/4.2/installation/linux/rpm/

https://neo4j.com/docs/operations-manual/4.2/clustering/deploy/