面试题：MongoDB副本集与分片集群集成应用之基础架构搭建

Question

描述一下在搭建MongoDB副本集与分片集群集成环境时，副本集和分片集群各自的作用是什么，以及它们之间是如何协同工作的？

Answer 1

副本集的作用

1. 数据冗余与高可用性：副本集由多个 MongoDB 实例组成，其中一个为主节点（Primary），其余为从节点（Secondary）。主节点负责处理所有写操作，从节点会异步复制主节点的数据。当主节点出现故障时，副本集中的从节点会通过选举机制产生新的主节点，保证服务的连续性，防止数据丢失，提供高可用性。
2. 读扩展：客户端可以配置从从节点读取数据，从而分担主节点的读压力，提升系统整体的读性能。从节点还可以用于备份、数据分析等操作，不影响主节点处理正常的业务读写。

分片集群的作用

1. 水平扩展：随着数据量和负载的不断增长，单个 MongoDB 实例的存储和处理能力会达到瓶颈。分片集群通过将数据分散存储在多个分片（Shard）上，每个分片可以是一个独立的 MongoDB 实例或副本集，实现数据的水平扩展，提高系统的存储容量和处理能力。
2. 负载均衡：通过在集群中引入路由节点（mongos），mongos 会根据数据的分布情况将读写请求合理地路由到对应的分片上，实现负载均衡，确保各个分片的负载相对均衡，避免单个分片出现过载的情况。

两者协同工作方式

1. 分片的组成：在搭建分片集群时，每个分片可以是一个独立的 MongoDB 实例，但为了保证高可用性，通常每个分片会配置为一个副本集。这样既利用了副本集的数据冗余和高可用性，又实现了分片集群的水平扩展和负载均衡。
2. 数据分布与复制：数据在分片集群中按照指定的分片键（Shard Key）规则分布到各个分片上。而在每个分片内部，副本集负责数据的复制和同步，确保数据在分片内的多个实例间保持一致。
3. 请求路由：客户端的读写请求首先发送到 mongos 路由节点。mongos 根据数据的分片键信息，确定数据所在的分片，并将请求转发到对应的分片副本集的主节点上进行处理。对于读请求，如果配置允许从从节点读取，mongos 也可以将读请求路由到副本集的从节点。在副本集内部，从节点会从主节点复制数据，保持数据同步。