MongoDB副本集 - 技术栈

副本集（Replica Set） 是MongoDB中用于提高数据可用性和容错能力的一种机制

副本集是一个包含多个MongoDB实例的集群，有一个主节点，和一个或多个从节点，主节点负责处理所有写入操作，从节点定期复制主节点数据保持数据一致性

副本集类型和角色

两种类型

主节点（Primary）类型：数据操作的主要连接点，可读写。

从节点（Secondary）类型：数据冗余备份节点，可以读或选举。
三种角色

主要成员（Primary）：接收所有写操作，就是主节点。

副本成员（Replicate）：从主节点通过复制操作以维护相同的数据集，即备份数据，不可写操作，可以读操作

仲裁者（Arbiter）：不保留任何数据的副本，只具有投票选举作用

副本集和传统主从集群对比

特性	副本集 (Replica Set)	主从复制 (Master-Slave)
架构本质	自动化高可用集群	手动配置的数据复制
故障转移	自动选举：主节点故障时，从节点自动投票选举新主节点	手动切换：需要管理员干预将从节点提升为主节点
节点管理	动态角色：所有节点对等，角色由系统自动分配	静态配置：主从角色在启动时固定
数据一致性	强一致性保障：支持写关注，防止数据回滚	弱一致性：无内置机制确保写操作安全
客户端连接	智能路由：客户端连接副本集名称，驱动自动发现主节点	硬编码：应用需要直接指定主节点地址
MongoDB官方状态	推荐标准（当前版本唯一支持的高可用方案）	已废弃（不再维护）

副本集本质上是主从复制的自动化升级版本。它保留了主从的数据复制机制，但增加了选举、心跳检测、自动故障恢复等分布式系统功能。

对于现代应用需求，副本集在可用性、可靠性和运维效率上全面优于传统主从复制，因此 MongoDB 已用副本集完全取代主从复制模式。

副本集创建

1. Docker Compose一键启动

使用 Docker Compose 一键启动一个包含3个节点的副本集，并进行初始化。

yaml 复制代码

version: '3.8'

services:
  mongo1:
    image: mongo:latest
    container_name: mongo1
    restart: always
    ports:
      - "27017:27017" # 将主节点映射到本地端口，方便连接
    command: mongod --replSet myReplicaSet --bind_ip_all
    networks:
      - mongo-network

  mongo2:
    image: mongo:latest
    container_name: mongo2
    restart: always
    ports:
      - "27018:27017" # 第二个节点映射到不同端口
    command: mongod --replSet myReplicaSet --bind_ip_all
    networks:
      - mongo-network

  mongo3:
    image: mongo:latest
    container_name: mongo3
    restart: always
    ports:
      - "27019:27017" # 第三个节点映射到不同端口
    command: mongod --replSet myReplicaSet --bind_ip_all
    networks:
      - mongo-network

networks:
  mongo-network:
    driver: bridge

2. 启动副本集容器

bash 复制代码

docker-compose up -d

3. 初始化副本集

连接到任一容器实例

bash 复制代码

docker exec -it mongo1 mongosh

执行初始化命令

bash 复制代码

rs.initiate(
  {
    _id: "myReplicaSet",
    members: [
      { _id: 0, host: "mongo1:27017" },
      { _id: 1, host: "mongo2:27017" },
      { _id: 2, host: "mongo3:27017" }
    ]
  }
)

这里用的 host 是容器名:端口，因为它们在 Docker 自定义网络内可以通过容器名互相发现。

查看副本集状态

bash 复制代码

rs.status()

members 数组下的每个成员的 stateStr 字段，包含一个 "PRIMARY"，两个 "SECONDARY"。

bash 复制代码

members: [
    {
      _id: 0,
      name: 'mongo1:27017',
      health: 1,
      state: 1,
      stateStr: 'PRIMARY',
      uptime: 135,
      optime: { ts: Timestamp({ t: 1758793236, i: 1 }), t: Long('1') },
      optimeDate: ISODate('2025-09-25T09:40:36.000Z'),
      optimeWritten: { ts: Timestamp({ t: 1758793236, i: 1 }), t: Long('1') },
      optimeWrittenDate: ISODate('2025-09-25T09:40:36.000Z'),
      lastAppliedWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      lastDurableWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      lastWrittenWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      syncSourceHost: '',
      syncSourceId: -1,
      infoMessage: 'Could not find member to sync from',
      electionTime: Timestamp({ t: 1758793206, i: 1 }),
      electionDate: ISODate('2025-09-25T09:40:06.000Z'),
      configVersion: 1,
      configTerm: 1,
      self: true,
      lastHeartbeatMessage: ''
    },
    {
      _id: 1,
      name: 'mongo2:27017',
      health: 1,
      state: 2,
      stateStr: 'SECONDARY',
      uptime: 44,
      optime: { ts: Timestamp({ t: 1758793236, i: 1 }), t: Long('1') },
      optimeDurable: { ts: Timestamp({ t: 1758793236, i: 1 }), t: Long('1') },
      optimeWritten: { ts: Timestamp({ t: 1758793236, i: 1 }), t: Long('1') },
      optimeDate: ISODate('2025-09-25T09:40:36.000Z'),
      optimeDurableDate: ISODate('2025-09-25T09:40:36.000Z'),
      optimeWrittenDate: ISODate('2025-09-25T09:40:36.000Z'),
      lastAppliedWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      lastDurableWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      lastWrittenWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      lastHeartbeat: ISODate('2025-09-25T09:40:38.279Z'),
      lastHeartbeatRecv: ISODate('2025-09-25T09:40:39.283Z'),
      pingMs: Long('0'),
      lastHeartbeatMessage: '',
      syncSourceHost: 'mongo1:27017',
      syncSourceId: 0,
      infoMessage: '',
      configVersion: 1,
      configTerm: 1
    },
    {
      _id: 2,
      name: 'mongo3:27017',
      health: 1,
      state: 2,
      stateStr: 'SECONDARY',
      uptime: 44,
      optime: { ts: Timestamp({ t: 1758793236, i: 1 }), t: Long('1') },
      optimeDurable: { ts: Timestamp({ t: 1758793236, i: 1 }), t: Long('1') },
      optimeWritten: { ts: Timestamp({ t: 1758793236, i: 1 }), t: Long('1') },
      optimeDate: ISODate('2025-09-25T09:40:36.000Z'),
      optimeDurableDate: ISODate('2025-09-25T09:40:36.000Z'),
      optimeWrittenDate: ISODate('2025-09-25T09:40:36.000Z'),
      lastAppliedWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      lastDurableWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      lastWrittenWallTime: ISODate('2025-09-25T09:40:36.349Z'),
      lastHeartbeat: ISODate('2025-09-25T09:40:38.277Z'),
      lastHeartbeatRecv: ISODate('2025-09-25T09:40:39.281Z'),
      pingMs: Long('0'),
      lastHeartbeatMessage: '',
      syncSourceHost: 'mongo1:27017',
      syncSourceId: 0,
      infoMessage: '',
      configVersion: 1,
      configTerm: 1
    }
  ],

4.主从复制验证

在主节点上插入数据

bash 复制代码

use testdb
db.testcoll.insertOne({ name: "Hello Replica Set!", value: 1 })

在从节点上读取数据，连接从节点，设置允许从从节点读后查询数据

bash 复制代码

docker exec -it mongo2 mongosh
db.getMongo().setReadPref('secondaryPreferred')
use testdb
db.testcoll.find()

得见刚才在主节点插入的数据。这说明数据已经自动从 Primary 复制到了 Secondary。