关于复制，你了解多少（附副本集常见任务教程）

MongoDB Manual (Version 4.2）> Replication

MongoDB中的副本集是一组维护相同数据集合的 mongod进程。副本集提供了冗余和高可用性，而且这是全部生产部署的基础。本节介绍MongoDB中的复制以及副本集的组件和体系结构，并提供副本集常见任务的教程。

_No__1 _冗余和数据

复制提供了冗余并增长了数据可用性。对于不一样数据库服务器上的多个数据副本，复制为防止单台数据库服务器故障提供了必定程度的容错能力。

在某些状况下，复制能够提升读取性能，由于客户端能够将读操做发送到不一样的服务器上。在不一样的数据中心维护数据副本能够提升分布式应用程序的数据本地化和可用性。您还能够维护额外的副本以实现特殊用途，好比灾难恢复、报告或备份。

_No__2_MongoDB的复制

副本集是一组维护相同数据集合的mongod实例。副本集包含多个数据承载节点和一个可选的仲裁节点。在数据承载节点中，有且仅有一个成员为主节点，其余节点为副本节点。

主节点 接收全部的写操做。一个副本集仅有一个主节点可以用{ w: "majority" } 写关注点级别来确认写操做；虽然在某些状况下，另外一个mongod的实例也能够暂时认为本身是主节点。[1] 主节点会将其数据集合全部的变化记录到操做日志中，即oplog。有关主节点操做的更多信息，请参见 副本集主节点。

副本节点复制主节点的oplog，并将这些操做应用于它们的数据集，这样以便副本节点的数据集能反映出主节点的数据集。若是主节点不可用，一个候选的副本节点将会发起选举并使之成为新的主节点。有关副本成员的更多信息，请参见副本集副本成员。

在某些状况下(好比您有一个主节点和一个副本节点，但因为成本约束没法添加另外一个副本节点)，您能够选择将一个 mongod 实例做为仲裁节点添加到一个副本集中。仲裁节点参与选举但不持有数据(即不提供数据冗余)。有关仲裁节点的更多信息，请参见副本集仲裁节点。

仲裁节点永远只能是仲裁节点，但在选举过程当中主节点也许会降级成为副本节点， 副本节点也可能会升级成为主节点。

_No__3_异步复制

副本节点复制主节点的oplog并异步地应用操做到它们的数据集。经过让副本节点的数据集反映主服务器的数据集，副本集能够在一个或多个成员失败的状况下继续运行。

有关复制机制的更多信息，请参见副本集Oplog和副本集数据同步。

慢操做

从4.2版本开始（从4.0.6开始也是可行的），副本集的副本成员会记录oplog中应用时间超过慢操做阈值的慢操做条目。这些慢oplog信息被记录在副本节点的诊断日志中，其路径位于REPL 组件的文本applied op: took ms中。这些慢日志条目仅仅依赖于慢操做阈值。它们不依赖于日志级别（不管是系统仍是组件级别）、过滤级别，或者慢操做采样比例。过滤器不会捕获慢日志条目。

复制延迟和流控制

复制延迟 指的是将主节点的写操做拷贝(即复制)到副本节点所花费的时间。一些小的延迟期多是能够接受的，可是随着复制延迟的增加，会出现严重的问题，包括引发主节点的缓存压力。

从MongoDB 4.2开始，管理员能够限制主节点应用写操做的速度，目的是将majority committed 延迟保持在可配置参数flowControlTargetLagSeconds的最大值之下。

默认状况下，流控制是启用的。

注意：

为了进行流控制，复制集/分片集群必须知足：参数featureCompatibilityVersion (FCV) 设置为4.2并启用majority读关注点。也就是说，若是FCV不是 4.2 ，或者读关注点majority被禁用，那么启用流控制将不起做用。

启用流控制后，当延迟快接近flowControlTargetLagSeconds参数指定的秒数时，主节点上的写操做必须首先得到许可单（tickets)才能够获取写锁。经过限制每秒发出的许可单的数量，流控制机制能够将延迟保持在目标数值之下。

为获取更多信息，请参见检查复制延迟和流控制。

_No__4_自动故障转移

当主节点没法和集群中其余节点通讯的时间超过参数electionTimeoutMillis配置的期限时（默认10s），一个候选的副本节点会发起选举来推荐本身成为新主节点。集群会尝试完成一次新主节点的选举并恢复正常的操做。

副本集在选举成功前是没法处理写操做的。若是读请求被配置运行在副本节点上，则当主节点下线时，副本集能够继续处理这些请求。

假设采用默认的副本配置选项，集群选择新主节点的中间过渡时间一般不该超过12秒。这包括了将主节点标记为unavailable、发起以及完成一次选举的时间。您能够经过修改settings.electionTimeoutMillis 复制配置选项来调整这个时间期限。网络延迟等因素可能会延长完成副本集选举所需的时间，从而影响您的集群在没有主节点的状况下运行的时间。这些因素取决于您实际的集群架构状况。

将electionTimeoutMillis复制配置选项从默认的10000(10秒)下降能够更快地检测主节点故障。然而，因为诸如临时性的网络延迟等因素，集群可能会更频繁地发起选举，即便主节点在其余方面是健康的。这也许会增长w : 1 级别写操做发生回滚的可能性。

您的应用程序链接逻辑应该包括对自动故障转移和后续选举的容错处理能力。从MongoDB 3.6开始，MongoDB驱动程序能够探测到主节点的丢失，并自动重试某些写操做 一次，提供额外的自动故障转移和选举的内置处理:

• MongoDB 4.2兼容的驱动程序默认启用可重试写
• MongoDB 4.0和3.6兼容的驱动程序必须经过在 链接字符串中包含retryWrites=true来显式地启用可重试写。

请参见 副本集选举来获取副本集选举的完整信息。

为了解更多关于MongoDB失败处理的信息，请参见：

• 副本集选举
• 可重试写
• 副本集故障期间的回滚

_No__5_读操做

读偏好 

默认状况下，客户端从主节点读取[1]；然而，客户端能够定义一个读偏好 将读操做发送给副本节点。

异步复制至副本节点，意味着从副本节点读取返回的数据不能反映主节点上数据的状态。

包含读操做的多文档事务必须使用读偏好primary。在给定的事务中全部操做都必须路由至相同的成员节点。

为了解更多关于副本集读的信息，请参见读偏好。

数据可见性 

根据读关注点，客户端能够在写持久化前看到写结果：

• 无论写的write concern级别是什么，其余使用了读关注点级别为 "local" 或 "available" 的客户端，能够在发起写操做的客户端确认其写成功以前查看该客户端写的结果。
• 使用了读关注点级别为 "local" 或 "available" 的客户端，能读取在副本集故障转移期间可能随后被回滚掉的数据。

对于多文档事务中的操做，当事务提交时，在事务中所作的全部数据更改都会被保存并在事务外部可见。也就是说，事务在回滚其余更改时不会提交某些更改。

在事务提交以前，事务中所作的数据更改在事务外部是不可见的。

然而，当一个事务写入多个分片时，并非全部外部的读操做都须要等待提交的事务的结果在分片中可见。例如，若是提交了一个事务，而且在分片a上能够看到写1，可是在分片B上还不能看到写2，那么外部读关注点为 "local" 的读能够在不看到写2的状况下读取写1的结果。

更多请参见Read Isolation, Consistency, and Recency。

_No__6_事务

从MongoDB 4.0开始，副本集支持多文档事务。

包含读操做的多文档事务必须使用读偏好 primary。给定事务中全部的操做都必须路由至相同的成员节点。

在事务提交以前，事务中所作的数据更改在事务外部是不可见的。

然而，当一个事务写入多个分片时，并非全部外部的读操做都须要等待提交的事务的结果在分片中可见。例如，若是提交了一个事务，而且在分片a上能够看到写1，可是在分片B上还不能看到写2，那么外部读关注点为 "local" 的读能够在不看到写2的状况下读取写1的结果。

_No__7_变动流

从MongoDB 3.6开始，副本集和分片集群支持变动流。变动流容许应用程序访问实时数据更改，而不须要跟踪oplog的复杂性和风险。应用程序可使用变动流来订阅一个或多个集合上的全部数据更改。

_No__8_附加功能

副本集提供了许多选项来支持应用程序的需求。例如，你可使用多数据中心中的成员来部署一个副本集，或者经过调整一些成员的members[n].priority 来控制选举结果。副本集还支持用于报告、灾难恢复或备份功能的专用成员。

更多有关信息请参见优先级0的副本集成员，隐藏副本集成员和延迟副本集成员 。

注意：

(1, 2) 在 某些场景下, 一个复制集中的两个节点可能会认为它们是主节点，但最多，他们中的一个将可以完成写关注点为{ w: “majority” }写操做。能够完成 { w: “majority” } 写的节点是当前主节点，而另外一个节点是原先的主节点，一般是因为网络分区致使它尚未意识到本身的降级。当这种状况发生时，链接到原先主节点的客户端尽管已经请求了读偏好primary，但可能还会观察到过期的数据，而且对原先主节点新写的操做最终将回滚掉。

译者：李正洋

MongoDB中文社区翻译小组成员

目前在传统金融行业从事DBA职务，5年+工做经验，主要负责公司oracle/mongodb/es/redis各种数据库及数据中心监控平台运维工做，oracle ocp，MongoDB认证专家，RHCE，现阶段对开源分布式数据库、云计算等领域有很大兴趣；平时喜欢打羽毛球、看电影等。

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