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MongoDB是一個(gè)開源的，基于分布式的，面向文檔存儲(chǔ)的菲關(guān)系型數(shù)據(jù)庫?？梢赃\(yùn)行在Windows、Unix、OSX、Solaris系統(tǒng)上，支持32位和64位應(yīng)用，提供多種編程語言的驅(qū)動(dòng)程序。MongoDB支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常松散，是類似JSON的BSON格式，通過鍵值對(duì)的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可以存儲(chǔ)復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型。

基本概念

文檔（document）：文檔是MongoDB的核心概念，是數(shù)據(jù)的基本單元，類似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的行。在MongoDB中，文檔表示為鍵值對(duì)的一個(gè)有序集。文檔一般使用如下的樣式來標(biāo)記：

 
 
 
  
  
  
{"title":"hello!"} 
  
  
  
{"title":"hello!","recommend":5} 
  
  
  
{"title":"hello!","recommend":5,"author":{"firstname":"paul","lastname":"frank"}}  
 
 

從上面的例子可以看到，文檔的值有不同的數(shù)據(jù)類型，甚至可以是一個(gè)完整的內(nèi)嵌文檔（***一個(gè)示例的author就是一個(gè)文檔）

集合（collection）：集合是一組文檔的集合，相當(dāng)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表，MongoDB數(shù)據(jù)庫不是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，沒有模式的概念。同一集合中的文檔可以有不同的形式。比如：

 
 
 
  
  
  
{"name":"jack","age":19} 
  
  
  
 
  
  
  
{"name":"wangjun","age":22,"sex":"1"}  
 
 

可以存在同一個(gè)集合當(dāng)中。

數(shù)據(jù)庫（database）：多個(gè)文檔構(gòu)成集合，多個(gè)集合組成數(shù)據(jù)庫。一個(gè)MongoDB實(shí)例可以承載多個(gè)數(shù)據(jù)庫，每個(gè)數(shù)據(jù)庫可以擁有0到多個(gè)集合。

MongoDB 的主要目標(biāo)是在鍵值對(duì)存儲(chǔ)方式（提供了高性能和高度伸縮性）以及傳統(tǒng)的 RDBMS（關(guān)系性數(shù)據(jù)庫）系統(tǒng)，集兩者的優(yōu)勢(shì)于一身。MongoDB適用于以下場(chǎng)景：

• 網(wǎng)站數(shù)據(jù)：Mongo 非常適合實(shí)時(shí)的插入，更新與查詢，并具備網(wǎng)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)所需的復(fù)制及高度伸縮性。
• 緩存：由于性能很高，Mongo 也適合作為信息基礎(chǔ)設(shè)施的緩存層。在系統(tǒng)重啟之后，由 Mongo 搭建的持久化緩存可以避免下層的數(shù)據(jù)源過載。 
• 大尺寸、低價(jià)值的數(shù)據(jù)：使用傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)一些數(shù)據(jù)時(shí)可能會(huì)比較貴，在此之前，很多程序員往往會(huì)選擇傳統(tǒng)的文件進(jìn)行存儲(chǔ)。
• 高伸縮性的場(chǎng)景：Mongo非常適合由數(shù)十或數(shù)百臺(tái)服務(wù)器組成的數(shù)據(jù)庫
• 用于對(duì)象及JSON數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)：Mongo的BSON數(shù)據(jù)格式非常適合文檔格式化的存儲(chǔ)及查詢。

當(dāng)然 MongoDB 也有不適合的場(chǎng)景：

• 高度事務(wù)性的系統(tǒng)：例如銀行或會(huì)計(jì)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫目前還是更適用于需要大量事務(wù)的應(yīng)用程序。
• 傳統(tǒng)的商業(yè)智能應(yīng)用：針對(duì)特定問題的 BI 數(shù)據(jù)庫能夠提供高度優(yōu)化的查詢方式。對(duì)于此類應(yīng)用，數(shù)據(jù)倉庫可能時(shí)更適合的選擇（如Hadoop套件中的Hive）。
• 需要SQL的問題。  

集群攻略

MongoDB在商用環(huán)境中，為了高可用性，通常都是以集群形式使用的，MongoDB的集群環(huán)境搭建非常簡(jiǎn)單，下面就作一個(gè)介紹。

主從模式

我們?cè)谑褂肕ySQL數(shù)據(jù)庫時(shí)廣泛采用的模式，采用雙機(jī)備份后主節(jié)點(diǎn)掛掉了后從節(jié)點(diǎn)可以接替主機(jī)繼續(xù)服務(wù)。所以這種模式比單節(jié)點(diǎn)的要可靠得多。

下面看一下怎么一步步搭建MongoDB的主從復(fù)制節(jié)點(diǎn)：

1. 準(zhǔn)備兩臺(tái)機(jī)器 10.43.159.56 和 10.43.159.58。 10.43.159.56當(dāng)作主節(jié)點(diǎn)， 10.43.159.58作為從節(jié)點(diǎn)。

2. 分別下載MongoDB安裝程序包。在10.43.159.56上建立文件夾/data/MongoDBtest/master，10.43.159.58建立文件夾/data/MongoDBtest/slave。

3. 在10.43.159.56啟動(dòng)MongoDB主節(jié)點(diǎn)程序。注意后面的這個(gè) “ –master ”參數(shù)，標(biāo)示主節(jié)點(diǎn)：

 
 
 
  
  
  
mongod –dbpath /data/MongoDBtest/master–master 
 
 

輸出日志如下，成功：

 
 
 
  
  
  
[initandlisten] MongoDB starting :pid=18285 port=27017 dbpath=/data/MongoDBtest/master master=1 
 
 

4. 在10.43.159.58啟動(dòng)MongoDB從節(jié)點(diǎn)程序。關(guān)鍵配置：指定主節(jié)點(diǎn)ip地址和端口 –source 10.43.159.56:27017 和標(biāo)示從節(jié)點(diǎn) –slave參數(shù)：

 
 
 
  
  
  
mongod –dbpath /data/MongoDBtest/slave–slave –source 10.43.159.56:27017 
 
 

輸出日志如下，成功：

 
 
 
  
  
  
[initandlisten] MongoDB starting : pid=17888port=27017 dbpath=/data/MongoDBtest/slave slave=1  
 
 

日志顯示從節(jié)點(diǎn)從主節(jié)點(diǎn)同步復(fù)制數(shù)據(jù) ：

 
 
 
  
  
  
[replslave] repl: from host: 10.43.159.56:27017 
 
 

這樣，主從結(jié)構(gòu)的MongoDB集群就搭建好了，是不是很簡(jiǎn)單？

下面我們來看看這個(gè)集群能做什么？先登錄到從節(jié)點(diǎn)shell上，執(zhí)行插入數(shù)據(jù)：

 
 
 
  
  
  
mongo 127.0.0.1:27017   
  
  
  
 
  
  
  
> db.testdb.insert({"test3":"testval3"});   
  
  
  
 
  
  
  
not master    
 
 

可以看到 MongoDB的從節(jié)點(diǎn)是只能讀，不能執(zhí)行寫操作的。

那么如果主服務(wù)器掛掉，從服務(wù)器可以接替工作嗎？

可以試一下，強(qiáng)制關(guān)掉主節(jié)點(diǎn)上的MongoDB進(jìn)程，登錄在從節(jié)點(diǎn)上，再次執(zhí)行插入數(shù)據(jù)：

 
 
 
  
  
  
> db.testdb.insert({"test3":"testval3"});   
  
  
  
 
  
  
  
not master    
 
 

看來從節(jié)點(diǎn)并沒有自動(dòng)接替主節(jié)點(diǎn)的工作，那就只有人工處理了，停止從節(jié)點(diǎn)，再以master的方式啟動(dòng)從節(jié)點(diǎn)，由于從節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)跟主節(jié)點(diǎn)一樣，此時(shí)從節(jié)點(diǎn)是可以替代主節(jié)點(diǎn)工作的，這屬于人工切換。

此外，我們可以搭建多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的讀寫分離，比如主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)寫，多個(gè)從節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)讀，對(duì)于移動(dòng)APP，絕大部分操作都是讀操作，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分擔(dān)。

那么，搭建了這套主從結(jié)構(gòu)的集群是不是就能應(yīng)付商用環(huán)境呢？我們發(fā)現(xiàn)還是有幾個(gè)問題亟待解決的：

• 主節(jié)點(diǎn)掛了能否自動(dòng)切換連接？目前需要手工切換。
• 主節(jié)點(diǎn)的寫壓力過大如何解決？
• 從節(jié)點(diǎn)每個(gè)上面的數(shù)據(jù)都是對(duì)數(shù)據(jù)庫全量拷貝，從節(jié)點(diǎn)壓力會(huì)不會(huì)過大？
• 就算對(duì)從節(jié)點(diǎn)路由實(shí)施路由訪問策略能否做到自動(dòng)擴(kuò)展？

解決這幾個(gè)問題就要靠下面介紹的副本集模式了。

副本模式

MongoDB官方已經(jīng)不建議使用主從模式了，替代方案是采用副本集的模式，那什么是副本集呢？簡(jiǎn)單地說，副本集就是有自動(dòng)故障恢復(fù)功能的主從集群，或者說主從模式其實(shí)就是一個(gè)單副本的應(yīng)用，沒有很好的擴(kuò)展性和容錯(cuò)性。而副本集具有多個(gè)副本保證了容錯(cuò)性，就算一個(gè)副本掛掉了還有很多副本存在，更棒的是副本集很多地方都是自動(dòng)化的，它為你做了很多管理工作。聰明的讀者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，主從模式的***個(gè)問題手工切換已經(jīng)得到解決了，難怪MongoDB官方強(qiáng)烈推薦使用這種模式。我們來看看MongoDB副本集的架構(gòu)圖：

由圖可以看到客戶端連接到整個(gè)副本集，不關(guān)心具體哪一臺(tái)機(jī)器是否掛掉。主服務(wù)器負(fù)責(zé)整個(gè)副本集的讀寫，副本集定期同步數(shù)據(jù)備份，一旦主節(jié)點(diǎn)掛掉，副本節(jié)點(diǎn)就會(huì)選舉一個(gè)新的主服務(wù)器，這一切對(duì)于應(yīng)用服務(wù)器不需要關(guān)心。我們看一下主服務(wù)器掛掉后的架構(gòu)：

副本集中的副本節(jié)點(diǎn)通過心跳機(jī)制檢測(cè)到主節(jié)點(diǎn)掛掉后，就會(huì)在集群內(nèi)發(fā)起主節(jié)點(diǎn)的選舉機(jī)制，自動(dòng)選舉一位新的主服務(wù)器。So Cool！讓我們趕緊來部署一下！

官方推薦的副本集機(jī)器數(shù)量為至少3個(gè)（官方說副本集數(shù)量***是奇數(shù)），那我們也按照這個(gè)數(shù)量配置測(cè)試。

1. 準(zhǔn)備三臺(tái)機(jī)器 10.43.159.56、 10.43.159.58、10.43.159.60。10.43.159.56當(dāng)作副本集主節(jié)點(diǎn)，10.43.159.58、10.43.159.60作為副本集副本節(jié)點(diǎn)。

2. 分別在每臺(tái)機(jī)器上建立MongoDB副本集測(cè)試文件夾

3. 下載安裝MongoDB的安裝程序包

4. 分別在每臺(tái)機(jī)器上啟動(dòng)MongoDB

給你的副本集取個(gè)名字吧，比如這里叫test：

 
 
 
  
  
  
/data/MongoDBtest/MongoDB-linux-x86_64-2.4.8/bin/mongod  --dbpath /data/MongoDBtest/replset/data   --replSet test 
 
 

從日志可以看出副本集還沒有初始化。

5. 初始化副本集

在三臺(tái)機(jī)器上任意一臺(tái)機(jī)器登陸MongoDB：

 
 
 
  
  
  
/data/MongoDBtest/MongoDB-linux-x86_64-2.4.8/bin/mongo 
 
 

使用admin數(shù)據(jù)庫：

 
 
 
  
  
  
use admin 
 
 

定義副本集配置變量，這里的 _id:”test” 和上面命令參數(shù)“ –replSet test” 要保持一致：

 
 
 
  
  
  
config = { _id:"test", members:[ 
  
  
  
 
  
  
  
... {_id:0,host:" 10.43.159.56:27017"}, 
  
  
  
 
  
  
  
... {_id:1,host:" 10.43.159.58:27017"}, 
  
  
  
 
  
  
  
... {_id:2,host:" 10.43.159.60:27017"}] 
  
  
  
 
  
  
  
... }  
 
 

初始化副本集配置：

 
 
 
  
  
  
rs.initiate(config); 
 
 

輸出成功：

 
 
 
  
  
  
{   
  
  
  
 
  
  
  
    "info" : "Config now saved locally.  Should come online in about a minute.",   
  
  
  
 
  
  
  
    "ok" : 1   
  
  
  
 
  
  
  
}    
 
 

查看日志，副本集啟動(dòng)成功后，56為主節(jié)點(diǎn)PRIMARY，58、60為副本節(jié)點(diǎn)SECONDARY，注意這里是三個(gè)節(jié)點(diǎn)共同選舉出的主節(jié)點(diǎn)，有一定隨機(jī)性。

查看集群節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)：

 
 
 
  
  
  
rs.status(); 
 
 

整個(gè)副本集已經(jīng)搭建成功了。是不是超級(jí)簡(jiǎn)單？

副本集模式的MongoDB不僅搭建簡(jiǎn)單，而且功能強(qiáng)大?，F(xiàn)在回頭看看這種模式能否解決我們前面遺留的問題：主節(jié)點(diǎn)掛了能否自動(dòng)切換連接？

先測(cè)試副本集數(shù)據(jù)復(fù)制功能是否正常

首先在主節(jié)點(diǎn)56上插入數(shù)據(jù)，然后再副本節(jié)點(diǎn)上查看數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)日志報(bào)錯(cuò)：

 
 
 
  
  
  
error: { "$err" : "not master and slaveOk=false", "code" : 13435 } at src/mongo/shell/query.js:128 
 
 

這是因?yàn)槟J(rèn)只從主節(jié)點(diǎn)讀寫數(shù)據(jù)，副本不允許讀，只要設(shè)置副本可以讀即可。在副本節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行：rs.slaveOk()，然后查詢數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)已經(jīng)同步過來了。

再測(cè)試下副本集的故障轉(zhuǎn)移功能

先停掉主節(jié)點(diǎn)56上的進(jìn)程，可以看到58和60節(jié)點(diǎn)上的日志顯示的就是投票過程。再執(zhí)行rs.status()可以看到集群狀態(tài)更新了，56為不可達(dá)，58成為主節(jié)點(diǎn)，60還是副本。再啟動(dòng)56節(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)還是58為主節(jié)點(diǎn)，56變?yōu)楦北竟?jié)點(diǎn)。這樣就解決了***個(gè)故障自動(dòng)轉(zhuǎn)移的問題。

那么，對(duì)于主節(jié)點(diǎn)讀寫壓力過大，如何解決呢？常見的解決方案是讀寫分離，MongoDB副本集的讀寫分離如何做呢？

看圖說話：

對(duì)于移動(dòng)APP的場(chǎng)景，通常寫操作遠(yuǎn)沒有讀操作多，所以一臺(tái)主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)寫，兩臺(tái)副本節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)讀。從哪個(gè)節(jié)點(diǎn)讀，完全可以由客戶端選擇，數(shù)據(jù)讀取參數(shù)一共有五類（Primary、PrimaryPreferred、Secondary、SecondaryPreferred、Nearest）：

• Primary：默認(rèn)參數(shù)，只從主節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行讀取操作； 
• PrimaryPreferred：大部分從主節(jié)點(diǎn)上讀取數(shù)據(jù)，只有主節(jié)點(diǎn)不可用時(shí)從Secondary節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)。 
• Secondary：只從Secondary節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行讀取操作，存在的問題是Secondary節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)會(huì)比Primary節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)“舊”。 
• SecondaryPreferred：優(yōu)先從Secondary節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀取操作，Secondary節(jié)點(diǎn)不可用時(shí)從主節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)； 
• Nearest：不管是主節(jié)點(diǎn)、Secondary節(jié)點(diǎn)，從網(wǎng)絡(luò)延遲***的節(jié)點(diǎn)上讀取數(shù)據(jù)。

典型的副本集組網(wǎng)中，除了有副本節(jié)點(diǎn)，還有其他角色，比如仲裁節(jié)點(diǎn)，如下圖：

其中的仲裁節(jié)點(diǎn)不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，只是負(fù)責(zé)故障轉(zhuǎn)移的群體投票，這樣就少了數(shù)據(jù)復(fù)制的壓力。此外還有Secondary-Only、Hidden、Delayed、Non-Voting等角色。

Secondary-Only：不能成為Primary節(jié)點(diǎn)，只能作為Secondary副本節(jié)點(diǎn)，防止一些性能不高的節(jié)點(diǎn)成為主節(jié)點(diǎn)。

Hidden：這類節(jié)點(diǎn)是不能夠被客戶端制定IP引用，也不能被設(shè)置為主節(jié)點(diǎn)，但是可以投票，一般用于備份數(shù)據(jù)。

Delayed：可以指定一個(gè)時(shí)間延遲從Primary節(jié)點(diǎn)同步數(shù)據(jù)。主要用于備份數(shù)據(jù)，如果實(shí)時(shí)同步，誤刪除數(shù)據(jù)馬上同步到從節(jié)點(diǎn)，恢復(fù)又恢復(fù)不了。

Non-Voting：沒有選舉權(quán)的Secondary節(jié)點(diǎn)，純粹的備份數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。

總結(jié)及思考

到此整個(gè)MongoDB副本集搞定了兩個(gè)問題：

• 主節(jié)點(diǎn)掛了能否自動(dòng)切換連接？    //咱用副本集
• 主節(jié)點(diǎn)的讀寫壓力過大如何解決？ //讀寫分離

還有兩個(gè)問題待后續(xù)解決：

• 從節(jié)點(diǎn)每個(gè)上面的數(shù)據(jù)都是對(duì)數(shù)據(jù)庫全量拷貝，從節(jié)點(diǎn)壓力會(huì)不會(huì)過大？
• 如果數(shù)據(jù)壓力大到機(jī)器支撐不了的時(shí)候能否做到自動(dòng)擴(kuò)展？

這個(gè)可以通過MongoDB的分片功能來解決，我們下次再說。Bye Bye！

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