摘要：大體分為成員的角色及轉(zhuǎn)換成員狀態(tài)及轉(zhuǎn)換兩部分。每個(gè)復(fù)制集成員在啟動(dòng)后，都先進(jìn)入狀態(tài)，然后加載成員的復(fù)制集配置，之后進(jìn)入到狀態(tài)。選舉行為除了受和兩個(gè)屬性影響外，成員的狀態(tài)也會(huì)影響選舉，僅有和五種狀態(tài)的成員允許進(jìn)行投票操作。

此文已由作者溫正湖授權(quán)網(wǎng)易云社區(qū)發(fā)布。

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復(fù)制集（Replica Set）是MongoDB核心組件，相比早期版本采用的主從（Master-Slave）架構(gòu)，復(fù)制集具有很多天然的優(yōu)勢(shì)，包括自動(dòng)故障恢復(fù)、多機(jī)房部署、讀寫行為控制等。本文介紹復(fù)制集中最基礎(chǔ)的部分，就是復(fù)制集成員（Replica Set Member）。大體分為成員的角色及轉(zhuǎn)換、成員狀態(tài)及轉(zhuǎn)換兩部分。

先來(lái)說(shuō)說(shuō)成員角色，可分為Primary、Secondary和Arbiter三類。其中前兩種是常規(guī)角色，每個(gè)復(fù)制集在正常狀態(tài)下都會(huì)有這兩種角色，Arbiter是一種特殊角色，其不包含用戶數(shù)據(jù)，僅在選舉時(shí)起作用。在這之中，Secondary又可以細(xì)分出很多熟悉，詳見(jiàn)下面描述。

MongoDB在分布式架構(gòu)上與Raft相類似，其Leader被稱為Primary，F(xiàn)ollower稱為Secondary，但MongoDB中沒(méi)有定義candidate角色。Primary即復(fù)制集的主節(jié)點(diǎn)，是唯一有權(quán)限接受客戶端寫請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)，會(huì)將所有的插入和更新操作記錄到oplog中，Primary也是默認(rèn)所有讀請(qǐng)求的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。Secondary復(fù)制Primary（或其他Secondary）的oplog記錄并本地回放，來(lái)保持與Primary數(shù)據(jù)一致，可設(shè)置為允許客戶端讀，但默認(rèn)情況下Secondary不允許讀，需要設(shè)置slaveok參數(shù)。

Arbiter與上述兩種角色不同，其不包含用戶數(shù)據(jù)副本，復(fù)制集中添加Arbiter的目的僅僅是為了選主操作。通常在擁有偶數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)的復(fù)制集中添加（且僅能添加）一個(gè)Arbiter，這樣可以使一次選舉中達(dá)到大多數(shù)（majority）而避免選舉分裂（split vote）。如下所示：

當(dāng)Primary因?yàn)槟承┰驋斓艋蚪导?jí)時(shí)，Secondary可通過(guò)選舉成為新的Primary，原Primary恢復(fù)并重新加入復(fù)制集后，變?yōu)镾econdary。Arbiter由于不包含用戶數(shù)據(jù)，所以不可能成為Primary。這是他們間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。Primary、Secondary和Arbiter應(yīng)獨(dú)立部署在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，對(duì)于云環(huán)境下，也不能位于相同的宿主機(jī)上，確保相互間數(shù)據(jù)安全性和選舉獨(dú)立性。

一個(gè)復(fù)制集中僅有一個(gè)Primary，在某些特殊場(chǎng)景下，可能沒(méi)有Primary。Arbiter在集群中不是必須的。所以，集群中最普通的角色是Secondary，一般不少于2個(gè)。不同的Secondary可以有不同的屬性，處于不同的狀態(tài)中。Secondary屬性有如下幾類：

與選舉相關(guān)的屬性：

1、 是否能被選為Primary，該屬性由priority控制，priority越高，就越有機(jī)會(huì)成為Primary，通常情況下，Primary總是復(fù)制集中priority最高的成員，priority為0的Secondary不能被選為Primary，該特性一般用于跨機(jī)房部署時(shí)，避免failover后新Primary切到另一個(gè)機(jī)房；

2、 是否有選舉權(quán)，MongoDB復(fù)制集可以有多大50個(gè)成員，但僅允許7個(gè)成員有選舉權(quán)，該屬性由votes控制，votes為0的成員沒(méi)有選舉權(quán)，但可以否決選舉，也可以成為Primary（可以理解為無(wú)法投贊成票，都可以投反對(duì)票和發(fā)起選舉，因?yàn)楸贿x舉權(quán)由priority控制）。MongoDB 3.0版本開(kāi)始，不允許設(shè)置成員的votes大于1。

與客戶端相關(guān)的屬性：

1、客戶端是否可見(jiàn)，該參數(shù)由hidden控制，hidden為true表示不可見(jiàn)，客戶端無(wú)法從該節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)，mongos不會(huì)跟其交互；由于對(duì)客戶端不可見(jiàn)，則肯定不能被選舉為Primary，所以其priority屬性必須為0；該節(jié)點(diǎn)一般用于進(jìn)行備份等用途。

與數(shù)據(jù)延遲相關(guān)的屬性：

1、slaveDelay用于控制該Secondary節(jié)點(diǎn)跟Primary節(jié)點(diǎn)的復(fù)制延遲關(guān)系，例如slaveDelay為3600，表示其數(shù)據(jù)相比Primary落后1小時(shí)，延遲判斷是通過(guò)oplog中的信息來(lái)確定。該屬性一般作為在線的歷史備份，用來(lái)回滾人為操作導(dǎo)致的錯(cuò)誤，包括誤刪除數(shù)據(jù)庫(kù)或集合等；該屬性潛在地需要priority屬性為0，hidden屬性為true；

可以看出，相比MySQL的Replication，MongoDB的Replica Set成員的類型和屬性更為豐富，當(dāng)然，主要原因是MySQL目前還是Master-Slave主從復(fù)制，所以與選舉相關(guān)的屬性或角色就沒(méi)有存在的必要。但，MySQL也有類似的slaveDelay功能。另外，尚處于實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)MySQL Group Replication正式發(fā)布將會(huì)驚動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)界。

聊完類型和屬性，下面再來(lái)看看成員狀態(tài)，不多不少，MongoDB一共有10種狀態(tài)，官方將其分為3大類，核心狀態(tài)（Core States）為三種成員類型對(duì)應(yīng)的屬性（PRIMARY/SECONDARY/ARBITER），還有7種屬性，被分為其他狀態(tài)（Other States）和錯(cuò)誤狀態(tài)（Error States）兩類。

按照時(shí)間序，其他狀態(tài)分別為STARTUP、STARTUP2和RECOVERING。每個(gè)復(fù)制集成員在mongod啟動(dòng)后，都先進(jìn)入STARTUP狀態(tài)，然后加載成員的復(fù)制集配置，之后進(jìn)入到STARTUP2狀態(tài)。如果該成員需要進(jìn)行初始同步（initial sync），那么它將長(zhǎng)期處于該狀態(tài)，知道同步完所有的數(shù)據(jù)和索引。隨后進(jìn)入到RECOVERING狀態(tài)，處于該狀態(tài)的成員不能接受客戶端的讀請(qǐng)求，也不能被選舉為Primary，但可以進(jìn)行投票選舉。

錯(cuò)誤狀態(tài)如下所示：若成員已加入了復(fù)制集，但還未進(jìn)行狀態(tài)信息同步的，會(huì)被其他復(fù)制集成員標(biāo)記為UNKNOWN;若成員不再能夠通過(guò)心跳來(lái)進(jìn)行狀態(tài)同步，即失去聯(lián)系，則被其他成員標(biāo)記為DOWN；REMOVED表示該成員已經(jīng)被移出復(fù)制集；成員處于rollback過(guò)程時(shí)，狀態(tài)為ROLLBACK，該狀態(tài)在舊的primary重新加入復(fù)制集時(shí)可能出現(xiàn)，用于回滾其上還未同步到其他Secondary的操作；FATAL狀態(tài)表示成員遇到了無(wú)法恢復(fù)的錯(cuò)誤，必須進(jìn)行人工處理。

選舉行為除了受vote和priority兩個(gè)屬性影響外，成員的狀態(tài)也會(huì)影響選舉，僅有PRIMARY, SECONDARY, RECOVERING, ARBITER和ROLLBACK五種狀態(tài)的成員允許進(jìn)行投票操作。

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