MongoDB 复制集机制及原理

复制集的作用

• MongoDB 复制集的主要意义在于实现服务高可用。
• 它的现实依赖于两个方面的功能：
  • 数据写入时将数据迅速复制到另一个独立节点上
  • 在接受写入的节点发生故障时自动选举出一个新的代替节点
• 在实现高可用的同时，复制集实现了其他几个附加作用：
  • 数据分发：将数据从一个区域复制到另一个区域，减少另一个区域的读延迟
  • 读写分离：不同类型的压力分别在不同的节点上执行
  • 异地灾容：在数据中心故障时候快速切换到异地

典型复制集结构

• 一个典型的复制集由3个以上具有投票权的节点组成，包括：
  • 一个主节点（PRIMARY）：接受写入操作和选举时投票
  • 两个（或多个）从节点（SECONDARY）：复制主节点上的新数据和选举时投票
  • 不推荐使用Arbiter（投票节点）

数据是如何复制的？

• 当一个修改操作，无论是插入、更新或删除，到达主节点时，它对数据的操作将被记录下来（经过一些必要的转化），这些记录称为 oplog。
• 从节点通过在主节点上打开一个 tailable 游标不断获取新进入主节点的 oplog，并在自己的数据上回放，以此保持跟主节点的数据一致。

通过选举完成故障恢复

• 具有投票权的节点之间两两互相发送心跳；
• 当 5 次心跳未收到时判断为节点失联；
• 如果失联的是主节点，从节点会发起选举，选出新的主节点；
• 如果失联的是从节点则不会产生新的选举；
• 选举基于RAFT一致性算法实现，选举成功的必要条件是大多数投票节点存活；
• 复制集中最多可以有 50 个节点，但具有投票权的节点最多 7 个。

影响选举的因素

• 整个集群必须有大多数节点存活；
• 被选举为主节点的节点必须：
  • 能够与多数节点建立连接
  • 具有较新的 oplog
  • 具有较高的优先级（如果有配置）

常见选项

• 复制集节点有以下常见的选配项：
  • 是否具有投票权（v 参数）：有则参与投票；
  • 优先级（priority 参数）：优先级越高的节点越优先成为主节点。优先级为0的节点无法成为主节点；
  • 隐藏（hidden 参数）：复制数据，但对应用不可见。隐藏节点可以具有投票权，但优先级必须为0；
  • 延迟（slaveDelay 参数：复制 n 秒之前的数据，保持与主节点的时间差。

复制集注意事项

• 关于硬件：
  • 因为正常的复制集节点都有可能成为主节点，它们的地位是一样的，隐藏硬件配置上必须一致；
  • 为了保证节点不会同时宕机，各节点使用的硬件必须具有独立性。
• 关于软件：
  • 复制集各节点软件版本必须一致，以避免出现不可以预知的问题。
• 增加节点不会增加系统写性能！