面试题答案
一键面试1. MongoDB底层存储结构（以WiredTiger引擎为例）
- 数据存储结构：
- 文档存储：MongoDB以BSON（Binary JSON）格式存储文档。每个文档包含字段和值，这种格式紧凑且易于遍历。在WiredTiger引擎中，文档被存储在页面（page）中，页面是存储和I/O操作的基本单位，典型大小为4KB、8KB或16KB。
- B - 树索引：WiredTiger使用B - 树来存储索引。索引将文档中的特定字段映射到文档的位置，加快查询速度。例如，若对
user集合的email字段建立索引，B - 树会根据email值快速定位到包含该email的文档。 - Checkpoint：WiredTiger定期创建checkpoint，它将内存中的修改数据刷新到磁盘，确保在系统崩溃后能恢复到一致状态。checkpoint期间，会记录日志文件的位置，用于崩溃恢复。
- 日志机制：
- 预写式日志（WAL）：WiredTiger使用预写式日志，所有数据修改操作在写入数据文件之前，先写入WAL日志。日志以追加方式写入，确保即使系统崩溃，已记录的操作也不会丢失。例如，当插入一个新文档时，先将插入操作记录到WAL，再更新数据文件。
2. 副本集复制逻辑
- 主节点写入：
- 当客户端向主节点写入数据时，主节点将写操作记录到自己的oplog（操作日志）中。oplog是一个特殊的固定集合，按时间顺序记录所有影响数据集的写操作。例如，插入、更新、删除操作都会记录在oplog中。
- 副本节点同步：
- 初始同步：新加入的副本节点或长时间断开连接的副本节点需要进行初始同步。它会从主节点获取完整的数据快照，并将主节点oplog中的操作应用到本地数据副本上，从而达到与主节点数据一致。
- 持续同步：正常运行时，副本节点定期从主节点拉取oplog的增量部分，并在本地应用这些操作。副本节点通过oplog的时间戳或操作编号来确定从主节点拉取哪些新操作。
- 心跳机制：
- 副本集成员之间通过心跳机制保持通信。主节点定期向副本节点发送心跳消息，副本节点回复确认。如果主节点在一定时间内未收到某个副本节点的心跳响应，会标记该副本节点为不可用，并在必要时将其从副本集中移除。
3. 防止数据不一致的关键技术和策略
- 多数写确认（Majority Write Concern）：
- 主节点在确认写操作成功之前，等待多数副本节点（超过一半的副本集成员）将写操作记录到自己的oplog中。例如，在一个包含5个成员的副本集中，主节点需要等待至少3个副本节点确认接收到写操作，才向客户端返回写成功的响应。这确保了即使主节点故障，新选举的主节点也能拥有最新的数据。
- 选举机制：
- 选举算法：副本集使用Raft算法进行主节点选举。只有拥有最新oplog的节点才有资格成为主节点。在选举过程中，副本节点会比较彼此的oplog，确保选举出的主节点拥有最新的数据。例如，当主节点故障时，具有最新oplog的副本节点更有可能赢得选举，成为新的主节点。
- 优先级设置：可以为副本集成员设置优先级，优先级高的节点在选举中更有优势。但即使优先级高，如果oplog不是最新的，也可能无法成为主节点。
- 操作应用顺序：
- 副本节点严格按照oplog中的顺序应用操作。这保证了所有副本节点以相同顺序修改数据，避免因操作顺序不同导致的数据不一致。例如，先插入文档A，再更新文档A，所有副本节点都会按此顺序应用操作。
- 复制验证：
- 副本节点在应用oplog操作时，会验证操作的有效性。例如，验证更新操作的条件是否匹配，插入操作的文档结构是否正确等。如果验证失败，副本节点会停止应用操作并记录错误，防止错误数据导致不一致。