一、前言
1、写在前边的废话
最近因工作原因接触了mysql、mongodb、redis、elasticsearch等几个数据库的高可用集群搭建，深感自己对分布式数据库知识的欠缺。特此好好研读了一下几个数据库的集群搭建原理，出一个系列。
2、真正的前言
Mongodb一共有三种集群搭建的方式：
Replica Set（副本集）Sharding（切片）Master-Slaver（主从）【目前已不推荐使用了！！！】
二、Mongodb副本集（Replica Sets）
mongodb 不推荐主从复制,推荐建立副本集(Replica Set)来保证1个服务挂了,可以有其他服务顶上,程序正常运行,几个服务的数据都是一样的,后台自动同步。主从复制其实就是一个单副本的应用，没有很好的扩展性饿容错性。然而副本集具有多个副本保证了容错性，就算一个副本挂掉了还有很多个副本存在，并且解决了"主节点挂掉后，整个集群内会自动切换"的问题。副本集比传统的Master-Slave主从复制有改进的地方就是它可以进行故障的自动转移,如果我们停掉复制集中的一个成员,那么剩余成员会再自动选举一个成员,作为主库。
Replica Set 使用的是 n 个 mongod 节点,构建具备自动的容错功能(auto-failover),自动恢复的(auto-recovery)的高可用方案。使用 Replica Set 来实现读写分离。通过在连接时指定或者在主库指定 slaveOk,由Secondary 来分担读的压力,Primary 只承担写操作。对于 Replica Set 中的 secondary 节点默认是不可读的。
1、副本集的结构及原理
MongoDB 的副本集不同于以往的主从模式。在集群Master故障的时候,副本集可以自动投票,选举出新的Master,并引导其余的Slave服务器连接新的Master,而这个过程对于应用是透明的。可以说MongoDB的副本集是自带故障转移功能的主从复制。传统的主从模式,需要手工指定集群中的 Master。如果 Master 发生故障,一般都是人工介入,指定新的 Master。 这个过程对于应用一般不是透明的,往往伴随着应用重新修改配置文件,重启应用服务器等。而 MongoDB 副本集,集群中的任何节点都可能成为 Master 节点。一旦 Master 节点故障,则会在其余节点中选举出一个新的 Master 节点。 并引导剩余节点连接到新的 Master 节点。这个过程对于应用是透明的。
一个副本集即为服务于同一数据集的多个 MongoDB 实例,其中一个为主节点,其余的都为从节点。主节 点上能够完成读写操作,从节点仅能用于读操作。主节点需要记录所有改变数据库状态的操作,这些记录 保存在 oplog 中,这个文件存储在 local 数据库,各个从节点通过此 oplog 来复制数据并应用于本地,保持 本地的数据与主节点的一致。oplog 具有幂等性,即无论执行几次其结果一致,这个比 mysql 的二进制日 志更好用。集群中的各节点还会通过传递心跳信息来检测各自的健康状况。当主节点故障时,多个从节点会触发一次 新的选举操作,并选举其中的一个成为新的主节点(通常谁的优先级更高,谁就是新的主节点),心跳信 息默认每 2 秒传递一次。
客户端连接到副本集后，不关心具体哪一台机器是否挂掉。主服务器负责整个副本集的读写，副本集定期同步数据备份。一旦主节点挂掉，副本节点就会选举一个新的主服务器。这一切对于应用服务器不需要关心。副本集中的副本节点在主节点挂掉后通过心跳机制检测到后，就会在集群内发起主节点的选举机制，自动选举出一位新的主服务器。副本集包括三种节点:主节点、从节点、仲裁节点。
官方推荐MongoDB副本节点最少为3台， 建议副本集成员为奇数，最多12个副本节点,最多7个节点参与选举。限制副本节点的数量,主要是因为一个集群中过多的副本节点,增加了复制的成本,反而拖累了集群的整体性能。 太多的副本节点参与选举,也会增加选举的时间。而官方建议奇数的节点,是为了避免脑裂 的发生。
三、Mongodb分片集群（Sharding）
Sharding cluster是一种可以水平扩展的模式,在数据量很大时特给力,实际大规模应用一般会采用这种架构去构建。sharding分片很好的解决了单台服务器磁盘空间、内存、cpu等硬件资源的限制问题，把数据水平拆分出去，降低单节点的访问压力。每个分片都是一个独立的数据库，所有的分片组合起来构成一个逻辑上的完整的数据库。因此，分片机制降低了每个分片的数据操作量及需要存储的数据量，达到多台服务器来应对不断增加的负载和数据的效果。
1、为何需要水平分片
1）减少单机请求数,将单机负载,提高总负载
2）减少单机的存储空间,提高总存空间
2、mongodb sharding 服务器架构
3、分片集群的构造如下：
分片集群由以下3个服务组成：
Shards Server: 每个shard由一个或多个mongod进程组成，用于存储数据
Config Server: 用于存储集群的Metadata信息，包括每个Shard的信息和chunks信息
Route Server: 用于提供路由服务，由Client连接，使整个Cluster看起来像单个DB服务器
四、参考文章
1、MongoDB 分片集群技术
2、Mongodb主从复制 及 副本集＋分片集群梳理
