MongoDB高可用__使用Replica Set

1. 引言

使用MongoDB，能夠以單機模式提供服務。但在實際的生產環境中，單機模式將面臨很大的風險，一旦單點數據庫服務出現故障，就會致使服務調用出現錯誤甚至崩潰。所以，在實際生產環境下，須要對MongoDB作相應的主備處理，提升數據庫服務的可用性。

對於提升可用性，一些博文裏提到了使用主從模式（master-slaver）。

WARNING: Deprecated since version 3.2: MongoDB 3.2 deprecates the use of master-slave replication for components of sharded clusters.

主從模式是高可用的一種方案。然而上面這段警告裏提到，在高版本的MongoDB（3.2以上）的一些場景中，官方已經不推薦使用主從模式，取而代之的，是使用複製集（Replica Set）的方式作主備處理。

IMPORTANT: Replica sets replace master-slave replication for most use cases. If possible, use replica sets rather than master-slave replication for all new production deployments. This documentation remains to support legacy deployments and for archival purposes only.

所以，本文將介紹如何將單機MongoDB數據庫拓展爲主備模式的複製集，以提升可用性。

2. 複製集 Replica Set

在複製集中，有且只有一個主節點(primary)，能夠包含一個或多個從節點(secondary)，主從節點經過心跳檢測來肯定節點是否健康或存活。全部的讀寫操做都是在主節點上進行的，若是要實現讀寫分離，須要進行相應的處理。從節點會根據oplog來複制主節點的數據。

除了主從節點外，MongoDB的複製集中還存在着一種叫仲裁者(Arbiter)的角色。一個仲裁者節點是比較輕量級的，它不會去複製主庫的數據，所以也就不會成爲主節點；它是在投票選舉階段起做用的——當主節點故障時，仲裁者能夠進行投票。通常來講，不建議一個複製集中包含超過一個仲裁者。

當主節點忽然故障後，MongoDB有本身的機制，會自動切換，經過選舉，在從節點中選出一個節點做爲新的主節點。

3. 如何使用複製集

3.1. 建立複製集

首先，須要在MongoDB實例的啓動參數中加入replSet，指定複製集的名稱。

mongod --port 8017 --dbpath /home/work/data/db1 --replSet rstest
複製代碼

對於已有的單機實例，也能夠加入該參數並進行重啓。此外，咱們還須要另外啓動兩個MongoDB實例做爲從節點，注意replSet參數指定的名稱須要相同。

mongod --port 8016 --dbpath /home/work/data/db2 --replSet rstest
mongod --port 8015 --dbpath /home/work/data/db2 --replSet rstest
複製代碼

而後，能夠經過mongo命令鏈接MongoDB服務，進入主節點進行初始化。

mongo 127.0.0.1:8017
複製代碼

rs.initiate({
  _id:"rstest", // replSet指定的名稱
  members:[{
    _id:0,
    host:"127.0.0.1:8017" // 主節點ip與端口
  }]
})
複製代碼

須要注意的是，若是是將已有單機拓展爲複製集，要在鏈接原單機的實例並在其中運行使其做爲主節點。

最後，再將其餘兩個從節點加入到該複製集中。

rs.add("127.0.0.1:8016")
rs.add("127.0.0.1:8015")
複製代碼

經過rs.status()查看效果，能夠看到rstest這個複製集中已經有了三個節點，stateStr指明瞭節點的類型，health爲1代表該節點是健康的。

{
    "set" : "rstest",
    "date" : ISODate("2017-10-31T13:04:16.704Z"),
    "myState" : 1,
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "127.0.0.1:8017",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY", // 節點的類型，主節點
            "uptime" : 1508,
            "optime" : Timestamp(1509455043, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2017-10-31T13:04:03Z"),
            "electionTime" : Timestamp(1509454568, 2),
            "electionDate" : ISODate("2017-10-31T12:56:08Z"),
            "configVersion" : 3,
            "self" : true
        },
        {
            "_id" : 1,
            "name" : "127.0.0.1:8016",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 25,
            "optime" : Timestamp(1509455043, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2017-10-31T13:04:03Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2017-10-31T13:04:15.657Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-10-31T13:04:15.108Z"),
            "pingMs" : 0,
            "syncingTo" : "127.0.0.1:8017",
            "configVersion" : 3
        },
        {
            "_id" : 2,
            "name" : "127.0.0.1:8015",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 13,
            "optime" : Timestamp(1509455043, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2017-10-31T13:04:03Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2017-10-31T13:04:15.657Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-10-31T13:04:15.661Z"),
            "pingMs" : 0,
            "configVersion" : 3
        }
    ],
    "ok" : 1
}
複製代碼

3.2. 鏈接複製集

因爲複製集存在災備時中的切換機制，在主節點故障的狀況下，集羣內其餘從節點會經過投票方式產生新的主節點，所以，不能像單機狀況下那樣，直接鏈接主節點。不然，在MongoDB複製集中主節點故障，自動切換主節點時，數據庫訪問就會出問題。所以鏈接複製集須要特定的鏈接方式。

在MongoDB的鏈接字符串(connection url)中能夠進行指定。

mongodb://[username:password@]host1[:port1][,host2[:port2],...[,hostN[:portN]]][/[database][?options]]
複製代碼

其中能夠指定多個host:port，用英文逗號鏈接，並在最後的option中支持replicaSet參數，用於指定鏈接的複製集。例如：

mongodb://127.0.0.1:8017,127.0.0.1:8016,127.0.0.1:8015/books?replicaSet=rstest
複製代碼

這樣就能夠鏈接上覆制集中的books這個數據庫。

4. 總結

MongoDB複製集的故障機制切換是它自身來保障，在部署好上面一系列的服務後，咱們能夠測試一下當主節點故障時，集羣中的節點狀態與服務可用性。

經過kill主節點MongoDB進程，使用rs.status()能夠發現，其中一個從節點已經升級爲了主節點（這部分在從節點的日誌中也有體現）。此外，數據查詢依然能夠進行，不會由於主節點的宕機而致使數據服務不可用。