MongoDB 属性Read Preference

MongoDB支持客户端灵活配置写入策略(writeConcern),以满足不同场景的需求。

db.collection.insert({x: 1}, {writeConcern: {w: 1}})

writeConcern选项

MongoDB支持的WriteConncern选项如下

  1. w: <number>,数据写入到number个节点才向用客户端确认
    • {w: 0} 对客户端的写入不需要发送任何确认,适用于性能要求高,但不关注正确性的场景
    • {w: 1} 默认的writeConcern,数据写入到Primary就向客户端发送确认
    • {w: “majority”} 数据写入到副本集大多数成员后向客户端发送确认,适用于对数据安全性要求比较高的场景,该选项会降低写入性能
  2. j: <boolean> ,写入操作的journal持久化后才向客户端确认
    • 默认为”{j: false},如果要求Primary写入持久化了才向客户端确认,则指定该选项为true
  3. wtimeout: <millseconds>,写入超时时间,仅w的值大于1时有效。
    • 当指定{w: }时,数据需要成功写入number个节点才算成功,如果写入过程中有节点故障,可能导致这个条件一直不能满足,从而一直不能向客户端发送确认结果,针对这种情况,客户端可设置wtimeout选项来指定超时时间,当写入过程持续超过该时间仍未结束,则认为写入失败。

{w: “majority”}解析

{w: 1}、{j: true}等writeConcern选项很好理解,Primary等待条件满足发送确认;但{w: “majority”}则相对复杂些,需要确认数据成功写入到大多数节点才算成功,而MongoDB的复制是通过Secondary不断拉取oplog并重放来实现的,并不是Primary主动将写入同步给Secondary,那么Primary是如何确认数据已成功写入到大多数节点的?

http://77g6ez.com1.z0.glb.clouddn.com/majority.png

  1. Client向Primary发起请求,指定writeConcern为{w: “majority”},Primary收到请求,本地写入并记录写请求到oplog,然后等待大多数节点都同步了这条/批oplog(Secondary应用完oplog会向主报告最新进度)。
  2. Secondary拉取到Primary上新写入的oplog,本地重放并记录oplog。为了让Secondary能在第一时间内拉取到主上的oplog,find命令支持一个awaitData的选项,当find没有任何符合条件的文档时,并不立即返回,而是等待最多maxTimeMS(默认为2s)时间看是否有新的符合条件的数据,如果有就返回;所以当新写入oplog时,备立马能获取到新的oplog。
  3. Secondary上有单独的线程,当oplog的最新时间戳发生更新时,就会向Primary发送replSetUpdatePosition命令更新自己的oplog时间戳。
  4. 当Primary发现有足够多的节点oplog时间戳已经满足条件了,向客户端发送确认。

MongoDB 可以通过 writeConcern 来定制写策略,3.2版本后又引入了 readConcern 来灵活的定制读策略。

readConcern vs readPreference

MongoDB 控制读策略,还有一个 readPreference 的设置,为了避免混淆,先简单说明下二者的区别。

  • readPreference 主要控制客户端 Driver 从复制集的哪个节点读取数据,这个特性可方便的实现读写分离、就近读取等策略。
    • primary 只从 primary 节点读数据,这个是默认设置
    • primaryPreferred 优先从 primary 读取,primary 不可服务,从 secondary 读
    • secondary 只从 scondary 节点读数据
    • secondaryPreferred 优先从 secondary 读取,没有 secondary 成员时,从 primary 读取
    • nearest 根据网络距离就近读取
  • readConcern 决定到某个读取数据时,能读到什么样的数据。
    • local 能读取任意数据,这个是默认设置
    • majority 只能读取到『成功写入到大多数节点的数据』

readPreference 和 readConcern 可以配合使用。

readConcern 解决什么问题?

readConcern 的初衷在于解决『脏读』的问题,比如用户从 MongoDB 的 primary 上读取了某一条数据,但这条数据并没有同步到大多数节点,然后 primary 就故障了,重新恢复后 这个primary 节点会将未同步到大多数节点的数据回滚掉,导致用户读到了『脏数据』。

当指定 readConcern 级别为 majority 时,能保证用户读到的数据『已经写入到大多数节点』,而这样的数据肯定不会发生回滚,避免了脏读的问题。

需要注意的是,readConcern 能保证读到的数据『不会发生回滚』,但并不能保证读到的数据是最新的,这个官网上也有说明。

Regardless of the read concern level, the most recent data on a node may not reflect the most recent version of the data in the system.

有用户误以为,readConcern 指定为 majority 时,客户端会从大多数的节点读取数据,然后返回最新的数据。

实际上并不是这样,无论何种级别的 readConcern,客户端都只会从『某一个确定的节点』(具体是哪个节点由 readPreference 决定)读取数据,该节点根据自己看到的同步状态视图,只会返回已经同步到大多数节点的数据。

readConcern 实现原理

MongoDB 要支持 majority 的 readConcern 级别,必须设置replication.enableMajorityReadConcern参数,加上这个参数后,MongoDB 会起一个单独的snapshot 线程,会周期性的对当前的数据集进行 snapshot,并记录 snapshot 时最新 oplog的时间戳,得到一个映射表。

最新 oplog 时间戳 snapshot 状态
t0 snapshot0 committed
t1 snapshot1 uncommitted
t2 snapshot2 uncommitted
t3 snapshot3 uncommitted

只有确保 oplog 已经同步到大多数节点时,对应的 snapshot 才会标记为 commmited,用户读取时,从最新的 commited 状态的 snapshot 读取数据,就能保证读到的数据一定已经同步到的大多数节点。

关键的问题就是如何确定『oplog 已经同步到大多数节点』?

primary 节点

secondary 节点在 自身oplog发生变化时,会通过 replSetUpdatePosition 命令来将 oplog 进度立即通知给 primary,另外心跳的消息里也会包含最新 oplog 的信息;通过上述方式,primary 节点能很快知道 oplog 同步情况,知道『最新一条已经同步到大多数节点的 oplog』,并更新 snapshot 的状态。比如当t2已经写入到大多数据节点时,snapshot1、snapshot2都可以更新为 commited 状态。(不必要的 snapshot也会定期被清理掉)

secondary 节点

secondary 节点拉取 oplog 时,primary 节点会将『最新一条已经同步到大多数节点的 oplog』的信息返回给 secondary 节点,secondary 节点通过这个oplog时间戳来更新自身的 snapshot 状态。

注意事项

  • 目前 readConcern 主要用于跟 mongos 与 config server 的交互上,参考MongoDB Sharded Cluster 路由策略
  • 使用 readConcern 需要配置replication.enableMajorityReadConcern选项
  • 只有支持 readCommited 隔离级别的存储引擎才能支持 readConcern,比如 wiredtiger 引擎,而 mmapv1引擎则不能支持。
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