面试题：MongoDB副本集版本管理下的故障转移与数据一致性

Question

假设在MongoDB副本集的版本管理过程中，主节点出现故障需要进行故障转移。新的主节点选举完成后，如何保证数据的一致性，尤其是在不同版本的节点参与副本集的情况下？请详细说明相关机制和实现步骤。

Answer 1

1. 相关机制

1. 心跳检测
   • MongoDB副本集中每个节点会定期向其他节点发送心跳包（默认2秒）。当主节点故障时，从节点会因为无法收到主节点的心跳而感知到故障。
   • 心跳检测不仅用于故障检测，还用于副本集成员间的状态同步和信息交换。
2. 选举机制
   • 当检测到主节点故障后，符合条件的从节点（如具有最新oplog且优先级足够等）会发起选举。
   • 选举采用多数决原则，只有获得大多数投票（副本集成员数的一半以上 + 1）的节点才能成为新的主节点。
3. 操作日志（oplog）
   • oplog记录了主节点上所有的数据修改操作。从节点通过复制oplog来保持与主节点的数据同步。
   • 在故障转移后，新主节点会将自己的oplog与其他从节点的oplog进行对比和协调，以确保数据一致性。
4. 版本兼容性
   • MongoDB具有一定的版本兼容性策略。不同版本的节点在副本集中协同工作时，高版本节点会兼容低版本节点的功能。
   • 例如，高版本节点不会使用低版本节点不支持的特性，以保证数据操作的一致性。

2. 实现步骤

1. 故障检测
   • 从节点在设定时间内（默认10秒）未收到主节点的心跳，标记主节点为不可用，开始准备发起选举。
2. 选举新主节点
   • 符合选举条件的从节点（优先级高、数据最新等）向其他节点发送选举请求。
   • 其他节点收到选举请求后，根据一定规则（如oplog的新旧程度、节点优先级等）决定是否投票。
   • 获得大多数投票的节点成为新的主节点。
3. 数据同步
   • 新主节点启动后，会向从节点发送自己的oplog。
   • 从节点对比自己的oplog与新主节点的oplog，对于缺失的操作，从新主节点拉取并应用。
   • 在不同版本节点的情况下，高版本节点会按照版本兼容性规则，对oplog中的操作进行调整，确保低版本节点能够正确应用。
4. 重新配置副本集
   • 新主节点选举完成并完成数据同步后，副本集会重新调整配置，确保所有节点知晓新的主节点以及副本集的最新状态。
   • 客户端连接也会根据副本集的新配置进行调整，以保证数据读写的正常进行。