面试题：MongoDB移动数据块时如何保证数据一致性

Question

在进行MongoDB数据块移动操作过程中，网络故障等异常情况可能会发生，阐述MongoDB是通过哪些机制或策略来确保数据在移动前后的一致性，以及如何处理移动过程中的数据冲突。

Answer 1

确保数据一致性的机制

1. 预写日志（WiredTiger Write-Ahead Log，WAL）
   • MongoDB 使用WAL记录所有对数据文件的修改操作。在数据块移动时，所有相关的写操作（如源数据块的删除准备，目标数据块的插入等）都会先记录到WAL中。如果在数据块移动过程中发生故障，MongoDB可以利用WAL中的记录进行恢复，确保数据回到故障前的状态，从而保证数据一致性。
2. 复制集（Replica Set）
   • 在复制集中，主节点（Primary）负责处理写操作。当进行数据块移动时，主节点会将相关操作同步到从节点（Secondary）。通过多数节点确认（majority write concern）机制，主节点确保操作在多数从节点上成功应用后才确认成功。如果在数据块移动过程中主节点发生故障，复制集可以自动选举新的主节点，新主节点可以基于已同步的操作记录继续完成数据块移动，保证数据一致性。
3. 分布式共识算法（如Raft）
   • MongoDB在复制集中使用类似Raft的分布式共识算法。在数据块移动操作中，该算法确保所有参与节点对操作的顺序和内容达成一致。通过选举主节点和日志复制等机制，保证在整个集群范围内数据块移动操作的一致性。

处理数据冲突的策略

1. 版本戳（Version Stamps）
   • MongoDB使用逻辑时钟（如Timestamp）作为版本戳。在数据块移动过程中，每次数据修改都会增加版本戳。当不同操作尝试修改同一数据时，MongoDB会比较版本戳。如果发现版本冲突（即另一个操作已经更新了数据），新的操作将失败并返回错误。应用程序可以根据错误信息决定是否重试操作。
2. 文档级锁（Document - level Locks）
   • 在数据块移动过程中，MongoDB使用文档级锁来防止并发冲突。当一个操作（如数据块移动中的插入或删除）对某个文档进行修改时，会获取该文档的锁。其他试图修改该文档的操作将被阻塞，直到锁被释放。这样可以确保在同一时间只有一个操作对文档进行修改，避免数据冲突。
3. 多文档事务（Multi - Document Transactions）
   • 从MongoDB 4.0版本开始支持多文档事务。在数据块移动涉及多个文档的操作时，可以使用事务来确保所有相关操作要么全部成功，要么全部失败。事务内的操作对其他事务是隔离的，通过锁机制和MVCC（多版本并发控制）技术，防止并发事务之间的数据冲突。例如，如果一个数据块移动事务在移动过程中发生冲突，整个事务将回滚，不会对数据造成不一致。