面试题：MongoDB中事务与复制集协同工作基础

Question

请简述在MongoDB中，事务如何在复制集环境下保证数据一致性？复制集的哪些机制支持事务的原子性和持久性？

Answer 1

事务在MongoDB复制集环境下保证数据一致性的方式

1. 多数写入确认（Majority Write Concern）：
   • 当开启事务时，MongoDB使用多数写入确认机制。在复制集中，写入操作必须被大多数（超过一半）的投票成员节点确认，才会被认为是成功的。例如，对于一个由5个节点组成的复制集，至少需要3个节点确认写入，事务才会提交。这确保了数据在大多数节点上持久化，从而保证了数据的一致性。如果少数节点出现故障，多数节点上的数据依然是一致的，并且后续新加入的节点会从多数节点同步数据，维持整体的一致性。
2. 同步复制（Synchronous Replication）：
   • 在事务范围内，MongoDB会确保数据在主节点和从节点之间同步复制。当主节点接收到事务写入时，它会将操作日志（oplog）发送给从节点，从节点应用这些操作日志来保持与主节点的数据同步。这意味着在事务提交之前，相关数据的变更已经传播到了多个节点，进一步增强了数据一致性。

复制集支持事务原子性和持久性的机制

1. 操作日志（oplog）：
   • 原子性：事务中的所有操作会被记录在主节点的操作日志中作为一个不可分割的单元。即使在事务执行过程中出现故障，MongoDB可以根据操作日志进行恢复，保证要么事务中的所有操作都被应用，要么都不被应用。例如，如果事务在写入部分数据后崩溃，MongoDB在重启时会检查操作日志，发现事务未完成，就会回滚该事务已执行的部分，确保原子性。
   • 持久性：操作日志是持久化存储的，从节点通过应用操作日志来同步数据。这意味着一旦事务提交，其操作记录在操作日志中，即使主节点发生故障，从节点可以基于操作日志恢复数据，保证了事务的持久性。
2. 两阶段提交（2PC）：
   • 原子性：在复制集环境下的事务使用两阶段提交协议。第一阶段是准备阶段，主节点会向所有参与事务的节点发送准备消息，各个节点检查自己是否能够执行事务操作，如果可以则返回准备成功。只有当所有节点都准备成功时，才进入第二阶段提交阶段。如果有任何一个节点准备失败，事务将被回滚。这种机制保证了事务要么在所有参与节点上都提交成功，要么都不提交，从而保证了原子性。
   • 持久性：在提交阶段，主节点向所有准备成功的节点发送提交消息，节点接收到提交消息后将事务持久化。由于所有节点都遵循相同的两阶段提交流程，并且在提交前数据已经在多个节点间同步（通过操作日志），所以事务一旦提交，就会在多个节点上持久化，保证了持久性。