MongoDB复制集数据同步流程

MongoDB复制集里的Secondary会从Primary上同步数据，以保持副本集所有节点的数据保持一致，数据同步主要包含2个过程：

1. initial sync
2. replication （oplog sync）

先通过init sync同步全量数据，再通过replication不断重放Primary上的oplog同步增量数据。

initial sync

Secondary启动后，如果满足以下条件之一，会先进行initial sync

1. Secondary上oplog为空，比如新加入的空节点
2. local.replset.minvalid集合里_initialSyncFlag标记被设置。当initial sync开始时，同步线程会设置该标记，当initial sync结束时清除该标记，故如果initial sync过程中途失败，节点重启后发现该标记被设置，就知道应该重新进行initial sync。
3. BackgroundSync::_initialSyncRequestedFlag被设置。当向节点发送resync命令时，该标记会被设置，此时会强制重新initial sync。

initial sync同步流程

1. minValid集合设置_initialSyncFlag
2. 获取同步源当前最新的oplog时间戳t0
3. 从同步源Clone所有的集合数据
4. 获取同步源最新的oplog时间戳t1
5. 同步t0~t1所有的oplog
6. 获取同步源最新的oplog时间戳t2
7. 同步t1~t2所有的oplog
8. 从同步源读取index信息，并建立索引
9. 获取同步源最新的oplog时间戳t3
10. 同步t2~t3所有的oplog
11. minValid集合清除_initialSyncFlag，initial sync结束

replication (sync oplog)

initial sync结束后，Secondary会建立到Primary上local.oplog.rs的tailable cursor，不断从Primary上获取新写入的oplog，并应用到自身。

Tailable cursor每次会获取到一批oplog，Secondary采用多线程重放oplog以提高效率，通过将oplog按照所属的namespace进行分组，划分到多个线程里，保证同一个namespace的所有操作都由一个线程来replay，以保证统一namespace的操作时序跟primary上保持一致（如果引擎支持文档锁，只需保证同一个文档的操作时序与primary一致即可）。

同步场景分析

1. 副本集初始化

初始化选出Primary后，此时Secondary上无有效数据，oplog是空的，会先进行initial sync，然后不断的应用新的oplog

2. 新成员加入

因新成员上无有效数据，oplog是空的，会先进行initial sync，然后不断的应用新的oplog

3. 有数据的节点加入

有数据的节点加入有如下情况：

1. 该节点与副本集其他节点断开连接，一段时间后恢复
2. 该节点从副本集移除（处于REMOVED）状态，通过replSetReconfig命令将其重新加入
3. 其他? 因同一个副本集的成员replSetName配置必须相同，除非有误配置，应该不会有其他场景

此时，如果该节点最新的oplog时间戳，比所有节点最旧的oplog时间戳还要小，该节点将找不到同步源，会一直处于RECOVERING而不能服务；反之，如果能找到同步源，则直接进入replication阶段，不断的应用新的oplog。

因oplog太旧而处于RECOVERING的节点目前无法自动恢复，需人工介入处理（故设置合理的oplog大小非常重要），最简单的方式是发送resync命令，让该节点重新进行initial sync。

参考资料

1. Replica Set Data Synchronization
2. Resync a Member of a Replica Set
3. Create tailable cursor

作者简介

张友东，就职于阿里云飞天技术部，主要关注分布式存储、NOSQL等技术领域，参与 TFS（淘宝分布式文件系统）、 AliCloudDB for redis等项目的开发工作，欢迎交流