（2）MongoDB副本集自动故障转移原理（含客户端）

前文我们搭建MongoDB三成员副本集，了解集群基本特性，今天我们围绕下图聊一聊背后的细节。

默认搭建的副本集均在主节点读写，辅助节点冗余部署，形成高可用和备份，具备自动故障转移能力。

集群心跳保活

集群每个节点以周期性向其他成员发出心跳命令 replSetHeartbeat 来获取状态，

根据应答消息来更新节点的状态，根据最终状态确定是否重选主节点。

默认心跳周期 heartbeatIntervalMillis= 2000ms； 认定Primary节点失联的阈值 electionTimeoutMillis=10s

异步复制

辅助节点复制主节点的oplog，并将改变应用到数据集，从而保持与主节点数据同步。

这里有三个知识点：

• oplog是一个特殊的封顶集合capped collection， 主节点上的operation log会记录在主节点的oplog中，辅助节点异步拷贝这些操作，这样所有的节点的都包含operatin log的一个副本：local.oplog.rs集合
• 每次异步复制触发的时机是在心跳保活阶段，所有的辅助节点都会在ping阶段从其他成员插入oplog文档。
• oplog中的每个操作都是冥等的：无论是一次还是多次应用到目标数据集，oplog操作会产生相同的结果

删除和插入操作

若多次应用删除操作，后续删除操作无效果；

若多次应用插入操作，因为每次操作均包含包含_id值，因此它也不会插入文档的第二个副本（因为_id必须是唯一的）。

当有新节点加入集群，该节点会启动另一种同步复制：initial sync, 将所有数据从某副本集成员完全拷贝， 复制完成，会过渡为辅助节点。

选举主节点

集群会因为各种事件触发选举主节点

• 在集群中添加新节点
• 初始化replica set集群
• 执行人工运维命令（rs.stepDown() rs.reconfig()）维护集群
• 辅助节点与主节点失联时间超过默认10s

自动故障转移说的是最后一种情况：

默认情况下，辅助节点A与主节点心跳失联超过10s，A节点标记主节点不可用；

之后与其他辅助节点心跳保活，沟通各自信息（节点的票数、节点优先级、PingMs等因素）确立出新主节点。

在发生故障转移时，集群不能再执行写入操作；若客户端配置在辅助节点读取（read preference），则集群可继续提供读取能力。

你的应用程序可用重试逻辑应对自动故障转移和后续的重选。

从MongoDB3.6版本开始，MongoDB Driver可侦测主节点的失联，并执行一次重试操作。

tip

适配MongoDB4.2的Driver默认会重试写入操作；

适配Mongodb4.0-3.6的Driver需显式在连接字符串包含retryWrites = true，以确保主节点失联时能重试写入操作。

连接副本集的配置字符串，其中rs0是集群配置文件中 replSetName。

mongodb://account:passward@mongodb0.example.com:27017,mongodb1.example.com:27017,mongodb2.example.com:27017?replicaSet=rs0

OK， 以上便是MongoDB副本集心跳保活、异步复制、自动故障转移的背景知识。

留一个作业？

客户端连接MongoDB副本集的连接字符串，是一个很普通的IP数组，并未体现主副节点，客户端是怎么区分主副节点，并向主节点发出写入指令；更何况副本集主副节点会变化，客户端如何感知？

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「Client Monitoring」

所有符合MongoDB官方规范的Driver都会实现Service Discovery和Monitoring，连接副本集的字符串IP实际是种子成员，Driver会准实时发起指令检测集群状态（heartbeatFrequencyMS约定了Driver的检查间隔），

这与我们在辅助节点观察到的日志是相呼应的：

+ https://github.com/mongodb/specifications/blob/master/source/server-discovery-and-monitoring/server-discovery-and-monitoring.rst#heartbeatfrequencyms

+ https://docs.mongodb.com/manual/reference/connection-string/#urioption.heartbeatFrequencyMS