MongoDB副本集详解-角色与选举

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副本集简介

Mongodb副本集由一组Mongod实例（进程）组成，包含一个Primary节点和多个Secondary节点，Mongodb Driver（客户端）的所有数据都写入Primary，Secondary从Primary同步写入的数据，以保持复制集内所有成员存储相同的数据集，提供数据的高可用。副本集带来的架构优点主要有：

• 集群高可用
• 读写可分离

副本集节点类型

1. Primary: 副本集的主节点，可读写，唯一可以进行写操作的节点，由集群自行选举出来。
2. Secondary： 正常情况下，Seconary会参与Primary选举（自身也可能会被选为Primary），并从Primary同步最新写入的数据，以保证与Primary存储相同的数据。Secondary可以提供读服务，增加Secondary节点可以提供副本集的读服务能力，提升副本集的可用性。
3. Arbiter： Arbiter节点只参与投票，不能被选为Primary，并且不从Primary同步数据。非常轻量级的服务，当复制集成员为偶数时，最好加入一个Arbiter节点，以提升复制集可用性。
4. Priority0： Priority0节点的选举优先级为0，不会被选举为Primary，且不能发起选举。
5. Vote0： 副本集成员最多50个，参与Primary选举投票的成员最多7个，其他成员（Vote0）的vote属性必须设置为0，即不参与投票。
6. Hidden： Hidden节点不能被选为主（Priority为0），并且对Driver不可见。因Hidden节点不会接受Driver的请求，可使用Hidden节点做一些数据备份、离线计算的任务，不会影响复制集的服务。
7. Delayed： Delayed节点必须是Hidden节点，并且其数据落后与Primary一段时间（可配置，比如1个小时）。因Delayed节点的数据比Primary落后一段时间，当错误或者无效的数据写入Primary时，可通过Delayed节点来做数据恢复。

Primary选举

选举过程需要消耗一些时间，在此期间，集群将不能接收write操作（即使旧的primary仍然存活，但因为“网络分区”问题导致它不能与其他secondaries通讯），所有的members（包括旧的primary）都处于只读状态，选举对业务影响很大，所以需要尽量避免选举的发生。

需要进行Primary选举的场景：

1. 副本集初始化时；
2. 副本集被reconfig；
3. Secondary节点检测到Primary宕机时；
4. 当有Primary节点主动stepDown（主动降级为Secondary）时；

Primary的选举受节点间心跳、优先级、最新的oplog时间等多种因素影响。

1. 心跳： 复制集中的所有members之间都互相建立心跳连接，且每隔两秒发送一次心跳，如果未在10秒内收到回复，则此member将会被标记为“不可用”，Secondary（前提是可被选为Primary）会发起新的Primary选举，而其他能正常收到心跳反馈的Secondary能否决新的Primary选举。
2. 优先级： 优先级即Priority值，每个member都有权重值，默认为都为1，members倾向于选举权重最高者。上述提到，priority为0的member不能被选举为primary且不能发起选举；只要当前primary的权重最高或者持有最新oplog数据的secondaries没有比它更高的权重时，集群不会触发选举。当Primary发现有优先级更高Secondary，并且该Secondary的数据落后在10s内，则Primary会主动降级，让优先级更高的Secondary有成为Primary的机会。
3. Optime： 当前member已经从primary的oplog中应用的最后一个operation的时间戳（此时间戳由primary生成，在oplog中每个操作记录都有）；一个member能成为primary的首要条件就是在所有有效的members中它持有最新的optime。
4. 多数派连接： 一个member要成为primary，它必须与“多数派”的其他members建立连接，如果未能与足够多的member建立连接，事实上它本身也无法被选举为primary；多数派参考的是“总票数”，而不是member的个数，因为我们可以给每个member设定不同的“票数”。假设复制集内投票成员数量为N，则大多数为 N/2 + 1。

综上所述，在发起选举以后，能成为Primary的节点需要的条件有：

• 能够与“多数派”建立连接
• 在所有有效的members中它持有最新的optime
• 前两个条件相同的，Priority优先级高的成为Primary
• optime与Priority都相等时，谁发起选举，谁当选Primary

总结

3.0版本以后副本集成员最多50个，参与Primary选举投票的成员最多7个，其他成员（Vote0）的vote属性必须设置为0，即不参与投票。

副本集中各类角色的特点总结如下：

节点类型	可读	可写	投票	oplog操作	当选Primary	否决	备注
Primary	O	O	O	生成	—	O	无
Secondary	O	X	O	同步	O	O	常规的Secondary
Priority=0	O	X	O	同步	X	O	无
Hidden	X	X	O	同步	X	O	Priority=0，不可见
Delayed	X	X	O	同步	X	O	为Hidden，延迟同步
Arbiter	X	X	O	X	X	O	Priority=0，无数据
vote=0	O	X	X	同步	O	O	不能投票

备注：

• 上述Secondary为默认Secondary，即Priority！=0、vote！=0等；
• Hidden为特殊的Secondary，Delayed为特殊的Hidden

参考资料

1. https://docs.mongodb.com/manual/replication/
2. http://www.mongoing.com/archives/2155
3. http://blog.csdn.net/forevervip/article/details/43953189#7%E4%B8%AA%E6%8A%95%E7%A5%A8%E5%B8%AD%E4%BD%8D