面试题：MongoDB复制机制中的副本集成员角色有哪些及各自作用

Question

请详细阐述MongoDB复制机制里副本集成员的主要角色，如主节点、从节点、仲裁节点的作用分别是什么，它们在数据复制和故障转移过程中是如何协作的？

Answer 1

主节点（Primary）

1. 作用
   • 写入操作：主节点是副本集中唯一接受写操作的节点。所有的插入、更新和删除操作都在主节点上执行。
   • 数据同步：主节点维护着最新的数据集，并且负责将数据的变化通过 oplog（操作日志） 同步到从节点。
2. 在数据复制中的协作：主节点将每一个写操作记录到 oplog 中，oplog 是一个特殊的固定集合（capped collection），记录了主节点上的所有写操作。从节点通过定期轮询主节点的 oplog，获取新的操作记录，并在自己的数据集上重放这些操作，从而保持与主节点的数据同步。
3. 在故障转移中的协作：当主节点发生故障时，副本集需要进行故障转移，选举新的主节点。在此过程中，主节点的故障会被其他成员检测到，然后副本集开始选举过程，以确定新的主节点。

从节点（Secondary）

1. 作用
   • 数据复制：从节点从主节点同步数据，通过重放主节点的 oplog 来保持数据的一致性。
   • 读操作分担：从节点可以分担读操作的负载，客户端可以配置从节点进行读操作，特别是对于一些对数据实时性要求不高的查询，如分析类查询。这样可以减轻主节点的读压力，提高整个系统的性能。
2. 在数据复制中的协作：从节点定期向主节点请求 oplog 中的新操作记录，然后在本地重放这些操作，从而实现数据的更新和同步。不同的从节点可能因为网络等原因，与主节点的数据同步存在一定的延迟。
3. 在故障转移中的协作：从节点参与主节点的选举过程，当检测到主节点故障时，从节点会发起选举投票，选择新的主节点。符合选举条件的从节点也有可能被选举为新的主节点。

仲裁节点（Arbiter）

1. 作用
   • 选举投票：仲裁节点的主要作用是在副本集选举主节点时参与投票，决定哪个从节点可以晋升为新的主节点。仲裁节点本身不存储数据，也不参与数据复制。
   • 保证选举公平性：它的存在主要是为了在副本集成员数量为偶数时，避免选举过程中出现投票平局的情况，确保选举能够顺利进行，维护副本集的高可用性。
2. 在数据复制中的协作：仲裁节点不参与数据复制过程，它与数据的同步和更新没有直接关系。
3. 在故障转移中的协作：当主节点发生故障时，仲裁节点收到选举请求后，会根据一定的规则对参与选举的从节点进行投票。仲裁节点的投票在选举过程中起着关键作用，帮助副本集快速确定新的主节点，完成故障转移。