数据库学习教程

    复制集、分片与事务

    副本集（Replica Set）

    副本集是一组保存相同数据的 mongod 实例，包含：

    • 1 个主节点（Primary）：接收所有写操作。
    • 多个从节点（Secondary）：异步复制 oplog，可承担读请求。
    • 可选仲裁节点（Arbiter）：只参与投票，不存数据。
    // 启动三个 mongod 后，初始化副本集
rs.initiate({
  _id: "rs0",
  members: [
    { _id: 0, host: "mongo1:27017" },
    { _id: 1, host: "mongo2:27017" },
    { _id: 2, host: "mongo3:27017" }
  ]
})

rs.status()          // 查看成员状态
rs.stepDown()        // 主动让主节点降级（演练切换）

    选举与故障切换

    • 主节点故障时，其余节点在 electionTimeoutMillis（默认 10s）后发起选举。
    • 多数派（majority）通过即成为新主，保证同一时刻只有一个主。
    • 成员数应为奇数，或添加仲裁者，避免脑裂与投票僵局。

    读写关注（Write/Read Concern）

    写关注决定「写操作需要被多少个节点确认」：

    writeConcern含义
    { w: 1 }主节点确认即可（快，可能丢）
    { w: "majority" }多数派确认（安全，延迟略高）
    { w: 0 }不等待确认（最快，不可靠）
    { j: true }等待写入 journal

    读关注决定读操作能看到的一致性级别：

    readConcern含义
    local默认，读本地最新数据
    majority只读已多数派确认的数据（不会因回滚丢失）
    snapshot快照隔离，用于事务
    db.orders.insertOne(
  { userId: 7, amount: 99.5, status: "paid" },
  { writeConcern: { w: "majority", j: true } }
)

db.orders.find({ userId: 7 }).readConcern("majority")

    读偏好（readPreference） 决定从哪个节点读：primary、primaryPreferred、secondary、secondaryPreferred、nearest。

    Tip

    关键写入统一使用 { w: "majority", j: true }，否则主节点故障切换时可能丢失已返回成功的写入。对一致性敏感的读取使用 readConcern: "majority" + readPreference: "primary"，避免读到尚未确认或将被回滚的数据。

    分片集群（Sharding）

    当单机容量或写入达到瓶颈，用分片水平扩展。分片集群由三类角色组成：

                  ┌───────────────┐
   客户端 ──► │  mongos 路由   │
              └───────┬───────┘
                      │
      ┌───────────────┼───────────────┐
      ▼               ▼               ▼
  ┌────────┐     ┌────────┐      ┌────────┐
  │ shard1 │     │ shard2 │      │ shard3 │   ← 每个分片是一个副本集
  └────────┘     └────────┘      └────────┘
                      ▲
          ┌───────────┴───────────┐
          │   config servers      │   ← 存放元数据
          └───────────────────────┘
    • mongos：查询路由，客户端只连它。
    • shard：实际存储分片数据（每个分片是高可用副本集）。
    • config server：保存集群元数据与分片键。

    分片键选择

    sh.enableSharding("demo")
sh.shardCollection("demo.orders", { userId: "hashed" })   // 哈希分片（均匀）
sh.shardCollection("demo.events", { createdAt: 1 })        // 范围分片（易热点）
sh.status()
    分片策略优点缺点
    范围分片范围查询高效递增键易造成写热点
    哈希分片写入均匀范围查询需广播

    分片键一旦选定不可更改，且需满足：高基数、写入分散、查询常带该键（否则广播到所有分片）。

    多文档事务

    MongoDB 4.0+ 支持副本集上的多文档事务，4.2+ 支持分片集群事务：

    const session = db.getMongo().startSession()
session.startTransaction({
  readConcern: { level: "snapshot" },
  writeConcern: { w: "majority" }
})
try {
  const accounts = session.getDatabase("demo").accounts
  accounts.updateOne({ _id: 1 }, { $inc: { balance: -100 } }, { session })
  accounts.updateOne({ _id: 2 }, { $inc: { balance: 100 } }, { session })
  session.commitTransaction()
} catch (e) {
  session.abortTransaction()
  throw e
} finally {
  session.endSession()
}
    session, err := client.StartSession()
if err != nil {
    return err
}
defer session.EndSession(ctx)

_, err = session.WithTransaction(ctx, func(sc mongo.SessionContext) (any, error) {
    if _, err := accounts.UpdateOne(sc, bson.M{"_id": 1}, bson.M{"$inc": bson.M{"balance": -100}}); err != nil {
        return nil, err
    }
    if _, err := accounts.UpdateOne(sc, bson.M{"_id": 2}, bson.M{"$inc": bson.M{"balance": 100}}); err != nil {
        return nil, err
    }
    return nil, nil
})
    Warning

    MongoDB 事务有时间与开销限制（默认 60 秒），且性能低于单文档操作。能用单文档原子操作（$inc、$set）或合理嵌入解决时，不要轻易上多文档事务。

    小结

    • 副本集提供高可用与读写分离，写关注 majority 是防丢数据的关键。
    • 分片突破单机容量，分片键选择决定集群的扩展性与查询效率。
    • 多文档事务可用但有代价，优先用单文档原子操作与合理建模替代。
    • 成员数取奇数、关键写入走多数派，是稳定集群的基本要求。