面试题：MongoDB副本集如何通过选举机制保障数据一致性

Question

请阐述MongoDB副本集选举机制的原理，以及该机制如何在一定程度上保障数据的一致性，涉及到的关键步骤和条件有哪些？

Answer 1

MongoDB副本集选举机制原理

1. 心跳检测：副本集中每个成员通过心跳机制定期向其他成员发送ping消息，以检测彼此的状态。如果某个成员在一定时间（默认10秒）内没有收到其他成员的心跳响应，就会认为该成员不可用。
2. 优先级设定：每个副本集成员都有一个优先级（priority），取值范围是0到100，优先级高的成员在选举中更有优势成为主节点（Primary）。优先级为0的成员不能成为主节点，只能作为从节点（Secondary）。
3. 选举过程：当主节点不可用时，具有选举权（votes）的成员（优先级不为0且状态正常）开始发起选举。首先，符合条件的成员会给自己投一票。然后，成员会将票投给优先级最高且状态正常的成员。如果有多个成员优先级相同，则按照成员的选举时间戳（election timestamp）来决定，时间戳大的成员会获得更多票。当某个成员获得超过半数的选票时，就会被选举为新的主节点。

保障数据一致性的方式

1. 数据同步：从节点会不断从主节点同步数据，主节点将操作日志（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数据的一致性。
2. 多数写确认：默认情况下，MongoDB的写操作会等待多数成员（超过副本集成员数量一半）确认写入成功后才返回。这确保了即使主节点发生故障，新选举出的主节点也能拥有最新的数据，从而保障数据一致性。

关键步骤和条件

1. 选举发起条件：主节点失联，副本集成员检测到主节点在一定时间内没有心跳响应。
2. 参与选举成员条件：优先级不为0，且自身状态正常（能够与其他成员进行通信）。
3. 选举关键步骤：
   • 成员发起选举并给自己投票。
   • 比较成员优先级，优先将票投给优先级高的成员。
   • 若优先级相同，比较选举时间戳，时间戳大的成员获更多票。
   • 获得超过半数选票的成员成为新主节点。
4. 数据一致性保障关键步骤：
   • 主节点记录操作日志并发送给从节点。
   • 从节点应用操作日志同步数据。
   • 写操作等待多数成员确认写入成功。