面试题：MongoDB集群级别持久性之中等难度问题

Question

在MongoDB集群中，副本集如何保证数据的持久性？请简述其工作原理和关键机制。

Answer 1

工作原理

1. 主节点写入：在副本集中，主节点（Primary）负责处理客户端的写操作。当客户端发起写请求时，主节点首先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（capped collection），它按照时间顺序记录了所有的写操作。
2. 从节点复制：从节点（Secondary）定期轮询主节点的 oplog，获取自上次同步以来的新写操作记录。从节点将这些记录应用到自己的数据副本上，从而保持与主节点数据的一致性。这种复制是异步的，从节点会尽力跟上主节点的变化，但可能会存在一定的延迟。

关键机制

1. 多数派确认（Majority Write Concern）：为了保证数据的持久性，MongoDB 支持多数派写关注（write concern）。当使用多数派写关注时，主节点在将写操作记录到 oplog 后，会等待集群中大多数节点（超过一半的节点）确认已复制该操作日志，才会向客户端返回写操作成功的响应。这确保了即使主节点发生故障，数据也不会丢失，因为多数节点上都保存了该写操作的记录。例如，在一个包含 5 个节点的副本集中，至少需要 3 个节点确认写操作，主节点才会认为写操作成功。
2. 选举机制：如果主节点发生故障，副本集需要选举出一个新的主节点来继续处理客户端的请求。选举过程基于心跳机制，节点之间通过定期发送心跳消息来检测彼此的状态。当一个节点检测到主节点不可用时，它会发起选举。在选举过程中，符合条件的从节点（如数据最新、优先级最高等）有机会成为新的主节点。新主节点选举出来后，集群继续正常工作，并且会确保之前未完成复制的操作日志最终被所有节点应用，从而保证数据的一致性和持久性。
3. oplog 持久性：oplog 本身具有持久性保障。由于它是固定集合，MongoDB 会按照固定的大小或时间间隔对 oplog 进行滚动记录，老的记录会被覆盖，但在覆盖之前，写操作已经有足够的时间被从节点复制。此外，MongoDB 还支持将 oplog 持久化到磁盘，进一步确保即使节点重启，也能从 oplog 中恢复未完成的复制操作。