MongoDB复制集同步原理解析

MongoDB副本集数据同步主要包含2个步骤

1. intial sync，可以理解为全量同步
2. replication，追同步源的oplog，可以理解为增量同步

本文是对MongoDB高可用复制集原理的补充，会详细介绍MongoDB数据同步的实现原理。

initial sync

Secondary节点当出现如下状况时，需要先进行全量同步

1. oplog为空
2. local.replset.minvalid集合里_initialSyncFlag字段设置为true
3. 内存标记initialSyncRequested设置为true

这3个场景分别对应

1. 新节点加入，无任何oplog，此时需先进性initial sync
2. initial sync开始时，会主动将_initialSyncFlag字段设置为true，正常结束后再设置为false；如果节点重启时，发现_initialSyncFlag为true，说明上次全量同步中途失败了，此时应该重新进行initial sync
3. 当用户发送resync命令时，initialSyncRequested会设置为true，此时会重新开始一次initial sync

intial sync流程

1. 全量同步开始，设置minvalid集合的_initialSyncFlag
2. 获取同步源上最新oplog时间戳为t1
3. 全量同步集合数据 （耗时）
4. 获取同步源上最新oplog时间戳为t2
5. 重放[t1, t2]范围内的所有oplog
6. 获取同步源上最新oplog时间戳为t3
7. 重放[t2, t3]范围内所有的oplog
8. 建立集合所有索引 （耗时）
9. 获取同步源上最新oplog时间戳为t4
10. 重放[t3, t4]范围内所有的oplog
11. 全量同步结束，清除minvalid集合的_initialSyncFlag

Replication

initial sync结束后，接下来Secondary就会『不断拉取主上新产生的oplog并重放』，这个过程在Secondary同步慢问题分析也介绍过，这里从另一个角度再分析下。

• producer thread，这个线程不断的从同步源上拉取oplog，并加入到一个BlockQueue的队列里保存着。
• replBatcher thread，这个线程负责逐个从producer thread的队列里取出oplog，并放到自己维护的队列里。
• sync线程将replBatcher thread的队列分发到默认16个replWriter线程，由replWriter thread来最终重放每条oplog。

问题来了，为什么一个简单的『拉取oplog并重放』的动作要搞得这么复杂？

性能考虑，拉取oplog是单线程进行，如果把重放也放到拉取的线程里，同步势必会很慢；所以设计上producer thread只干一件事。

为什么不将拉取的oplog直接分发给replWriter thread，而要多一个replBatcher线程来中转？

oplog重放时，要保持顺序性，而且遇到createCollection、dropCollection等DDL命令时，这些命令与其他的增删改查命令是不能并行执行的，而这些控制就是由replBatcher来完成的。

注意事项

• initial sync单线程复制数据，效率比较低，生产环境应该尽量避免initial sync出现，需合理配置oplog，按默认『5%的可用磁盘空间』来配置oplog在绝大部分场景下都能满足需求，特殊的case(case1, case2)可根据实际情况设置更大的oplog。
• 新加入节点时，可以通过物理复制的方式来避免initial sync，将Primary上的dbpath拷贝到新的节点，直接启动，这样效率更高。
• 当Secondary上需要的oplog在同步源上已经滚掉时，Secondary的同步将无法正常进行，会进入RECOVERING的状态，需向Secondary主动发送resyc命令重新同步。3.2版本目前有个bug，可能导致resync不能正常工作，必须强制(kill -9)重启节点，详情参考SERVER-24773。
• 生产环境，最好通过db.printSlaveReplicationInfo()来监控主备同步滞后的情况，当Secondary落后太多时，要及时调查清楚原因。
• 当Secondary同步滞后是因为主上并发写入太高导致，（db.serverStatus().metrics.repl.buffer.sizeBytes持续接近db.serverStatus().metrics.repl.buffer.maxSizeBytes），可通过调整Secondary上replWriter并发线程数来提升。