面试题：复杂业务场景下 MongoDB 事务安全性与角色权限控制的深度融合

Question

假设存在一个复杂的电商业务场景，涉及订单创建、库存扣减、支付处理等多个操作构成的事务，且不同操作需要不同角色权限。请详细阐述如何设计并实现一套完整的 MongoDB 事务安全性与角色权限控制方案，确保整个业务流程的原子性、一致性、隔离性和持久性，同时保证权限的最小化原则以及系统的高性能和高可用性。

Answer 1

1. MongoDB 事务安全性设计

1.1 事务概念

MongoDB 从 4.0 版本开始支持多文档事务，允许在多个文档操作中保持原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID）。在电商场景中，订单创建、库存扣减、支付处理等操作可以放在一个事务中，确保要么所有操作都成功，要么都失败回滚。

1.2 事务实现步骤

1. 开启事务：使用 startTransaction() 方法开启一个事务。
2. 执行操作：在事务块内执行订单创建、库存扣减、支付处理等相关的数据库操作，如 insertOne、updateOne 等方法。
3. 提交事务：如果所有操作都成功，调用 commitTransaction() 方法提交事务，将所有操作持久化到数据库。
4. 回滚事务：如果任何一个操作失败，调用 abortTransaction() 方法回滚事务，撤销所有已执行的操作。

1.3 代码示例（Node.js 与 MongoDB Node.js 驱动）

const { MongoClient } = require('mongodb');

async function processOrder(order, payment) {
    const uri = "mongodb://localhost:27017";
    const client = new MongoClient(uri);

    try {
        await client.connect();
        const session = client.startSession();
        session.startTransaction();

        const ordersCollection = client.db('ecommerce').collection('orders');
        const inventoryCollection = client.db('ecommerce').collection('inventory');
        const paymentsCollection = client.db('ecommerce').collection('payments');

        // 订单创建
        await ordersCollection.insertOne(order, { session });

        // 库存扣减
        await inventoryCollection.updateOne(
            { productId: order.productId },
            { $inc: { quantity: -order.quantity } },
            { session }
        );

        // 支付处理
        await paymentsCollection.insertOne(payment, { session });

        await session.commitTransaction();
        console.log('Order processed successfully');
    } catch (error) {
        console.error('Error processing order:', error);
    } finally {
        await client.close();
    }
}

2. 角色权限控制方案

2.1 角色与权限设计原则

1. 最小化原则：为每个角色分配完成其任务所需的最小权限集合，避免权限过度授予。
2. 职责分离：不同角色之间的权限应该相互独立，确保一个角色不能执行其他角色的关键操作。

2.2 角色与权限定义

1. 订单创建角色（OrderCreator）：
   • 权限：对 orders 集合具有 insert 权限。
2. 库存管理角色（InventoryManager）：
   • 权限：对 inventory 集合具有 update 权限。
3. 支付处理角色（PaymentProcessor）：
   • 权限：对 payments 集合具有 insert 权限。

2.3 权限控制实现

1. 基于中间件的权限验证：在应用层，通过中间件在调用数据库操作前验证用户角色和权限。例如，在 Express.js 应用中：

const express = require('express');
const app = express();

// 模拟用户角色信息
const userRole = 'OrderCreator';

// 中间件验证权限
function checkPermission(role, allowedActions) {
    return function (req, res, next) {
        if (allowedActions.includes(userRole)) {
            next();
        } else {
            res.status(403).send('Forbidden');
        }
    };
}

// 订单创建路由
app.post('/orders', checkPermission('OrderCreator', ['OrderCreator']), async (req, res) => {
    // 执行订单创建逻辑
});

2. MongoDB 内置角色与权限：利用 MongoDB 的内置角色，如 readWrite、dbAdmin 等，并结合自定义角色来精细控制权限。可以通过 createRole 命令创建自定义角色：

use ecommerce;
db.createRole({
    role: "OrderCreator",
    privileges: [
        {
            resource: { db: "ecommerce", collection: "orders" },
            actions: ["insert"]
        }
    ],
    roles: []
});

3. 高性能与高可用性保障

3.1 高性能

1. 索引优化：为常用查询字段创建索引，如订单的 orderId、库存的 productId、支付的 paymentId 等。可以使用 createIndex 方法创建索引：

const inventoryCollection = client.db('ecommerce').collection('inventory');
await inventoryCollection.createIndex({ productId: 1 });

2. 批量操作：尽量合并多个操作成批量操作，减少数据库交互次数。例如，在库存扣减时，可以批量更新多个商品的库存。
3. 合理配置事务隔离级别：根据业务需求选择合适的事务隔离级别，默认的 readCommitted 隔离级别在大多数情况下能满足需求，避免不必要的锁争用。

3.2 高可用性

1. 副本集：使用 MongoDB 副本集，由一个主节点和多个从节点组成。主节点处理写操作，从节点复制主节点的数据并可以处理读操作。如果主节点故障，副本集自动选举新的主节点，确保服务可用性。
2. 自动故障转移：MongoDB 副本集内置自动故障转移机制，当主节点不可用时，从节点中的一个会被选举为新的主节点，继续提供服务。
3. 负载均衡：结合应用层的负载均衡器（如 Nginx），将读请求均匀分配到各个从节点，减轻主节点压力，提高系统整体性能和可用性。