MongoDB 复制（Replica Set）全面指南

MongoDB 的 副本集（Replica Set） 是实现 高可用（HA）、数据冗余 和 读写分离 的核心机制。一个副本集由多个节点组成，相互复制数据，其中 一个主节点（Primary） 接受写操作，其余 从节点（Secondary） 实时同步数据。

一、核心概念

术语	说明
Primary（主节点）	唯一接受写操作的节点，选举产生
Secondary（从节点）	从 Primary 同步数据，可提供读操作
Arbiter（仲裁节点）	只参与选举，不存数据，仅用于避免脑裂
Oplog（Operation Log）	主节点记录所有写操作的日志，从节点通过 oplog 拉取变更
Replication Lag	从节点落后主节点的延迟时间
Election（选举）	当 Primary 宕机时，自动选举新的 Primary

二、副本集架构示例

[Primary] ←── oplog ──→ [Secondary 1]
   ↑                           ↓
   └── oplog ──→ [Secondary 2]   (可选)
   └── vote ──→ [Arbiter]        (仅参与选举)

三、搭建副本集（3 节点示例）

1. 配置文件（`mongod.conf`）

# node1.conf (端口 27017)
net:
  port: 27017
replication:
  replSetName: rs0
storage:
  dbPath: /data/rs0-1

# node2.conf (端口 27018)
net:
  port: 27018
replication:
  replSetName: rs0
storage:
  dbPath: /data/rs0-2

# node3.conf (端口 27019)
net:
  port: 27019
replication:
  replSetName: rs0
storage:
  dbPath: /data/rs0-3

2. 启动节点

mongod --config node1.conf
mongod --config node2.conf
mongod --config node3.conf

3. 初始化副本集（在任意节点执行）

// 连接到 node1
mongosh --port 27017

// 初始化
rs.initiate({
  _id: "rs0",
  members: [
    { _id: 0, host: "localhost:27017" },
    { _id: 1, host: "localhost:27018" },
    { _id: 2, host: "localhost:27019" }
  ]
})

4. 验证状态

rs.status()        // 查看整体状态
rs.isMaster()      // 当前节点角色
rs.conf()          // 配置信息

四、节点状态一览

状态	说明
`PRIMARY`	可读写
`SECONDARY`	可读，同步中
`STARTUP`	初始同步
`STARTUP2`	正在应用 oplog
`RECOVERING`	恢复中（不可读）
`ARBITER`	仲裁节点
`DOWN` / `UNKNOWN`	失联

rs.status().members.forEach(m => print(`${m.name}: ${m.stateStr}`))

五、读写操作与读偏好（Read Preference）

读偏好	说明	适用场景
`primary`	默认，只读主节点	强一致性
`primaryPreferred`	优先主，失败则读从	高可用读
`secondary`	只读从节点	减轻主节点压力
`secondaryPreferred`	优先从，主不可用时读主	推荐用于查询
`nearest`	读延迟最低的节点	跨地域部署

连接字符串示例

// 读从节点（推荐用于报表）
mongodb://host1:27017,host2:27018,host3:27019/mydb?replicaSet=rs0&readPreference=secondaryPreferred

代码中使用

// Node.js (mongodb driver)
const client = new MongoClient(uri, {
  readPreference: ReadPreference.SECONDARY_PREFERRED
})

六、写关注（Write Concern）

控制写操作确认的副本数量。

选项	说明
`{ w: 1 }`	默认，只确认主节点
`{ w: 2 }`	主 + 1 个从节点确认
`{ w: "majority" }`	大多数节点确认
`{ wtimeout: 5000 }`	超时时间（ms）

db.collection.insertOne(
  { item: "box" },
  { writeConcern: { w: "majority", wtimeout: 5000 } }
)

七、Oplog 详解

存储在 local 数据库的 capped collection: oplog.rs
每个写操作记录为一条文档
从节点通过 tailable cursor 拉取 oplog

// 查看 oplog 大小
db.getSiblingDB("local").oplog.rs.stats()

// 查看最新操作
db.getSiblingDB("local").oplog.rs.find().sort({ $natural: -1 }).limit(5)

注意：oplog 太小会导致从节点无法追上主节点 → 需重新全量同步！

八、常见运维操作

1. 添加节点

rs.add("newhost:27017")

2. 删除节点

rs.remove("oldhost:27018")

3. 重新配置（调整优先级、投票）

cfg = rs.conf()
cfg.members[0].priority = 2   // 提升为首选主节点
cfg.members[1].votes = 0      // 取消投票权（转为纯从）
rs.reconfig(cfg)

4. 强制重新选举（stepDown）

rs.stepDown(60)  // 主节点退位 60 秒

5. 冻结节点（暂停选举）

rs.freeze(300)  // 300 秒内不参与选举

九、故障演练与恢复

场景	操作	预期
主节点宕机	关闭 Primary	自动选举新主
从节点延迟	暂停同步	`rs.printSecondaryReplicationInfo()` 显示 lag
网络分区	断开网络	可能触发选举或降级

// 查看同步延迟
rs.printSecondaryReplicationInfo()

十、高级配置建议

1. 优先级（Priority）：控制谁更容易当选主节点

{ _id: 0, host: "host1:27017", priority: 2 }  // 高优先级
{ _id: 1, host: "host2:27018", priority: 1 }
{ _id: 2, host: "host3:27019", priority: 0.5 }

2. 隐藏节点（Hidden）：用于备份、分析

{ 
  _id: 3, 
  host: "backup:27020", 
  priority: 0, 
  hidden: true, 
  votes: 0 
}

客户端需显式设置 readPreference 才能访问。

3. 延迟节点（Delayed）：灾备用

{ 
  _id: 4, 
  host: "dr:27021", 
  priority: 0, 
  slaveDelay: 3600,  // 延迟 1 小时
  hidden: true 
}

十一、监控关键指标

指标	说明	工具
`repl lag`	同步延迟	`rs.status()`
`oplog window`	oplog 可支持的追赶时间	`rs.printReplicationInfo()`
`election time`	选举耗时	日志
`connections`	连接数	`db.serverStatus().connections`
`asserts`	错误计数	`db.serverStatus().asserts`

// 一键查看 oplog 窗口
rs.printReplicationInfo()

十二、与分片（Sharding）关系

副本集是分片的基础
每个分片（shard）是一个副本集
配置服务器（config server）也是一个副本集
路由进程（mongos）不存储数据

mongos > shard1 (replset) > shard2 (replset)

十三、常见问题排查

问题	检查点
从节点 `RECOVERING`	oplog 太小 / 网络中断 / 磁盘满
无法选举	多数节点不可达 / 票数不足
写操作慢	`w: majority` + 高延迟
数据不一致	检查 `readConcern` / 回滚

十四、实战脚本：一键部署 3 节点副本集（Docker）

# docker-compose.yml
version: '3.8'
services:
  mongo1:
    image: mongo:7
    command: --replSet rs0 --bind_ip_all
    ports: [27017:27017]
    volumes: [./data1:/data/db]
  mongo2:
    image: mongo:7
    command: --replSet rs0 --bind_ip_all
    ports: [27018:27017]
    volumes: [./data2:/data/db]
  mongo3:
    image: mongo:7
    command: --replSet rs0 --bind_ip_all
    ports: [27019:27017]
    volumes: [./data3:/data/db]

docker-compose up -d
# 初始化
mongosh --port 27017 --eval 'rs.initiate({_id:"rs0", members:[{ _id:0, host:"host.docker.internal:27017"}, { _id:1, host:"host.docker.internal:27018"}, { _id:2, host:"host.docker.internal:27019"}]})'

十五、学习资源

官方文档：Replica Set
副本集部署：Deploy a Replica Set
MongoDB University：M310: Replication

你想实现什么？

搭建测试环境？
配置读写分离？
灾备延迟节点？
跨机房副本集？

欢迎贴出你的 架构图 / 业务需求，我可以给出 完整配置 + 自动化脚本！

MongoDB 复制（副本集）

MongoDB 复制（Replica Set）全面指南

一、核心概念

二、副本集架构示例

三、搭建副本集（3 节点示例）

1. 配置文件（`mongod.conf`）

2. 启动节点

3. 初始化副本集（在任意节点执行）

4. 验证状态

四、节点状态一览

五、读写操作与读偏好（Read Preference）

连接字符串示例

代码中使用

六、写关注（Write Concern）

七、Oplog 详解

八、常见运维操作

1. 添加节点

2. 删除节点

3. 重新配置（调整优先级、投票）

4. 强制重新选举（stepDown）

5. 冻结节点（暂停选举）

九、故障演练与恢复

十、高级配置建议

1. 优先级（Priority）：控制谁更容易当选主节点

2. 隐藏节点（Hidden）：用于备份、分析

3. 延迟节点（Delayed）：灾备用

十一、监控关键指标

十二、与分片（Sharding）关系

十三、常见问题排查

十四、实战脚本：一键部署 3 节点副本集（Docker）

十五、学习资源

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MongoDB 复制（Replica Set）全面指南

一、核心概念

二、副本集架构示例

三、搭建副本集（3 节点示例）

1. 配置文件（mongod.conf）

2. 启动节点

3. 初始化副本集（在任意节点执行）

4. 验证状态

四、节点状态一览

五、读写操作与读偏好（Read Preference）

连接字符串示例

代码中使用

六、写关注（Write Concern）

七、Oplog 详解

八、常见运维操作

1. 添加节点

2. 删除节点

3. 重新配置（调整优先级、投票）

4. 强制重新选举（stepDown）

5. 冻结节点（暂停选举）

九、故障演练与恢复

十、高级配置建议

1. 优先级（Priority）：控制谁更容易当选主节点

2. 隐藏节点（Hidden）：用于备份、分析

3. 延迟节点（Delayed）：灾备用

十一、监控关键指标

十二、与分片（Sharding）关系

十三、常见问题排查

十四、实战脚本：一键部署 3 节点副本集（Docker）

十五、学习资源

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