面试题：MongoDB副本集设计中的网络拓扑考量

Question

在设计MongoDB副本集时，不同的网络拓扑结构（如星型、网状等）对副本集的性能、数据一致性以及故障恢复能力会产生怎样的影响？请举例说明如何根据实际业务场景选择合适的网络拓扑结构来构建MongoDB副本集。

Answer 1

不同网络拓扑结构对MongoDB副本集的影响

1. 星型拓扑
   • 性能：中心节点成为数据交换枢纽，若中心节点性能强大，数据传输效率较高。但中心节点易成为性能瓶颈，当负载过重时，会影响整个副本集性能。例如，大量客户端请求通过中心节点与副本集交互，中心节点网络带宽不足会导致数据传输延迟。
   • 数据一致性：数据集中流向中心节点再分发，一致性较易维护。因为中心节点可统一协调数据同步，减少因多路径传输可能产生的冲突。比如，主节点将数据变更先传给中心节点，再由中心节点分发到各副本，只要中心节点处理正常，数据一致性有保障。
   • 故障恢复能力：中心节点故障影响巨大，可能导致整个副本集通信中断。虽然副本集自身有故障转移机制，但依赖中心节点的网络连接恢复。例如中心节点网络设备故障，需修复后副本集才能恢复正常通信。
2. 网状拓扑
   • 性能：多路径传输数据，理论上可提高数据传输的并行度，提升整体性能。节点间可直接通信，减少数据传输跳数。如多个节点同时更新数据，可快速在副本集内传播。
   • 数据一致性：由于多路径传输，可能出现数据同步冲突，一致性维护相对复杂。不同路径数据传输延迟不同，可能导致部分节点数据更新先后顺序不一致。例如，两个节点同时向不同路径的多个节点发送更新，可能出现某些节点先接收A更新，某些先接收B更新的情况。
   • 故障恢复能力：部分节点故障不影响整体通信，其他节点可通过其他路径继续保持联系和数据同步，故障恢复能力较强。如某一节点网络故障，数据可通过其他路径传输到副本集其他节点。

根据实际业务场景选择合适拓扑结构

1. 读多写少，对一致性要求极高：适合星型拓扑。如金融交易记录查询业务，交易记录写入后很少修改，主要是大量查询操作。使用星型拓扑，通过中心节点统一分发查询请求到副本集节点，可保证数据一致性，中心节点可缓存部分热点数据提高查询性能。即使偶尔有写入操作，中心节点也能很好协调数据同步。
2. 读写频繁，要求高并发和高可用性：网状拓扑更合适。如社交平台，用户频繁发布动态（写操作），同时大量用户浏览动态（读操作）。网状拓扑多路径通信可满足高并发读写需求，部分节点故障不影响整体服务，保证服务可用性。例如，用户A发布动态，可通过多条路径快速同步到各副本节点，其他用户能及时读取。