深入剖析MongoDB集群架构设计

最新推荐文章于 2025-05-12 23:24:47 发布

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分类专栏： MongoDB 文章标签： mongodb 数据库集群架构副本集分片集群

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本文详细介绍了MongoDB的三种主要集群架构：主从复制、副本集和分片集群。副本集是现代推荐的架构，提供了高可用性和读写分离；分片用于处理大规模数据和高并发，涉及分片策略、键选择以及何时启用分片。

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一、MongoDB集群架构介绍

MongoDB 有三种集群架构模式，分别为主从复制（Master-Slaver）、副本集（Replica Set）和分片（Sharding）模式。

这种表述方式描述的是早期 MongoDB 中的一种复制模式，即一个主节点（Master）负责处理写入操作，多个从节点（Slave）被动复制主节点的数据。主从复制模式在现代 MongoDB 中已经不再推荐使用，因为它缺乏自动故障转移、数据一致性保障和灵活的读负载均衡能力。

自 MongoDB 3.6 版本起，官方已弃用主从复制模式，并推荐使用副本集（Replica Set）替代。因此，严格来说，现代 MongoDB 不再将主从复制作为一种推荐或官方支持的集群架构模式。

副本集是现代 MongoDB 中用于实现数据冗余、高可用性和读负载均衡的主要方式。它包含一个主节点（Primary）和一个或多个从节点（Secondary）。与主从复制相比，副本集提供了自动故障转移、数据一致性保证以及对从节点读取能力的精细控制。

副本集是目前 MongoDB 中主流且推荐的集群架构模式之一，用于实现数据的高可用性和读写分离。

分片是 MongoDB 用于水平扩展、处理大规模数据集和高并发读写的架构模式。通过将数据划分为多个分片（shards），每个分片可以是一个副本集，数据根据分片键（shard key）分布在不同的分片上。此外，还包括配置服务器集群（Config Server）和路由进程（Mongos）。

分片是现代 MongoDB 中另一种重要的集群架构模式，用于处理超出单个服务器或副本集处理能力的大规模数据集。

MongoDB 副本集架构如下图，副本集简单来说就是有故障恢复功能的主从集群。成员身份包括主节点、从节点、仲裁者。任何时间，集群中只有一个活跃节点，其他的都为备份节点，活跃节点实际上是活跃服务器。有几种不同的类型节点可以存在于副本集中

主节点：主节点是副本集中唯一接受写操作的节点，负责处理客户端的所有写请求，如插入、更新、删除等。主节点通过心跳机制与从节点保持通信，报告自身的状态并接收从节点的状态信息。
从节点：从节点通过复制主节点的 oplog 来保持与主节点数据的同步。它们可以处理只读查询，分担主节点的读负载。从节点在保持数据同步的同时，参与副本集的选举过程，当主节点不可用时，有能力成为新的主节点。
仲裁节点：从节点在保持数据同步的同时，参与副本集的选举过程，当主节点不可用时，有能力成为新的主节点。仲裁节点的存在可以减少需要维护数据副本的服务器数量，尤其适用于资源有限的环境，或者需要额外投票节点以满足法定人数（quorum）要求的场景。