一、数据同步的原理

当Primary节点完成数据操作后，Secondary会做出一系列的动作保证数据的同步：
1、检查自己local库的oplog.rs集合找出最近的时间戳
2、检查Primary节点local库oplog.rs集合，找出大于此时间戳的记录
3、将找到的记录插入到自己的oplog.rs集合中，并执行这些操作

PRIMARY> rs.status()

{
    "set" : "test",
    "date" : ISODate("2015-07-02T02:38:15Z"),
    "myState" : 1,
    "members" : [
        {
            "_id" : 2,
            "name" : "192.168.91.144:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 7,
            "stateStr" : "ARBITER",
            "uptime" : 1678,
            "lastHeartbeat" : ISODate("2015-07-02T02:38:14Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2015-07-02T02:38:14Z"),
            "pingMs" : 1
        },
        {
            "_id" : 1,
            "name" : "192.168.91.135:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 1678,
            "optime" : Timestamp(1435803750, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2015-07-02T02:22:30Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2015-07-02T02:38:14Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2015-07-02T02:38:13Z"),
            "pingMs" : 1,
            "syncingTo" : "192.168.91.148:27017"
        },
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "192.168.91.148:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",
            "uptime" : 1698,
            "optime" : Timestamp(1435803750, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2015-07-02T02:22:30Z"),
            "electionTime" : Timestamp(1435803023, 1),
            "electionDate" : ISODate("2015-07-02T02:10:23Z"),
            "self" : true
        }
    ],
    "ok" : 1
}

myState：1表示primary
state：1表示primary；7表示arbiter
uptime：成员的在线时间
lastHeartbeat：当前实例到远端最近一次成功接收到心跳包的时间
pingMs：本实例到远端路由包的来回时间
optime：读取oplog.rs集合中本实例最近一次的更改时间

二、mongoDB数据同步的过程：

1：拉取同步节点的oplog。例如：Secondary节点拉去Primary节点的oplog。

2：将拉取的oplog写入到自己的oplog中。例如：Secondary节点从Primary拉去的oplog写入到自己的oplog。

3：请求下一个oplog同步到哪里。例如：Secondary会请求Primary节点同步到哪里了

Secondary节点同步到哪了？

1：Primary节点插入一条数据，同时会把该数据写入到Primary的oplog中，并且记录一个时间戳

2：db.runCommand({getlasterror:1,w:2}) 在Primary节点被调用时，Primary就完成了写入操作，等待其他非仲裁节点来同步数据

3：Secondary节点查询Primary的oplog并且拉取oplog

4：Secondary根据时间戳应用oplog

5：Secondary请求大于本身oplog时间戳的oplog

6：Primary更新时间戳

初始化同步：

1：新增加的节点或者oplog同步时候被覆写的时候都会进行初始化同步

2：从源节点取最新的oplog time，标记为start

3：从源节点克隆所有的数据到目标节点

4：在目标节点建立索引

5：取目标节点最新的oplog time，标记为minValid

6：在目标节点执行start到minValid的oplog（应该是复制过来还没有执行的oplog，没有完成最终一致性的那部分，就是一个oplog replay的过程）

7：成为正常成员

Initial Sync
 
Initial sync copies all the data from one member of the replica set to another member. A member uses initial sync when the member has no data, such as when the member is new, or when the member has data but is missing a history of the set’s replication.
 
When you perform an initial sync, MongoDB:
 
1：Clones all databases. To clone, the mongod queries every collection in each source database and inserts all data into its own copies of these collections. At this time, _id indexes are also built. The clone process only copies valid data, omitting invalid documents.

2：Applies all changes to the data set. Using the oplog from the source, the mongod updates its data set to reflect the current state of the replica set.

3：Builds all indexes on all collections (except _id indexes, which were already completed).
When the mongod finishes building all index builds, the member can transition to a normal state, i.e. secondary.

从哪个成员来同步数据（Who to sync from）？

MongoDB初始化同步数据的时候，可能从主节点同步，也可能是从从节点同步，根据最近的原则，选择最邻近节点去同步数据。（基于ping值）

同时也可以用任选以下一种方式指定从哪个节点来同步数据：

db.adminCommand( { replSetSyncFrom: "[hostname]:[port]" } )

rs.syncFrom("[hostname]:[port]")

新同步过来的数据并不能查看，Secondary默认不可读不可写。
如果需要查看要执行rs.slaveOk()，则当前shell连接上可以查看，后续的其他连接还是不可读不可写。

Primary写处理

master负责接收写请求，具体的流程为：

如果开启journal功能，则先将写请求记录到journal中，然后批量执行，同时将操作记录到oplog中

如果未开启journal功能，则对每个写请求进行单独操作，然后写入oplog

注：oplog是幂等的，当有累加操作inc时，会记录成set操作，从而无论重复执行多少次操作获得的结果都是一样的

从节点同步

如果是一个新的从节点，首先先从master的数据库文件进行复制，同时记录起始时间；当从节点从master的复制完成后，会根据复制的起始时间开始追oplog，进而与master进行同步。

初始化同步完成后的Secondaty定期从Primary的oplog中获取最新的操作，然后对自己的数据副本执行这些操作，从而保证Secondaty的数据与Primary最终一致性。

注意：当slave同步的速度赶不上master更新的速度时，oplog会因为追加了过多的操作而发生将旧记录覆盖掉，这样slave可能无法保证同步所有的数据，这时，slave会开始从头重新同步。

三、 mongoDB故障自动转移

image.png image.png image.png

mongoDB通过lastHeartbeat来实现自动转移。

mongod实例每隔2s就会向其他成员发送一个心跳包，并且通过rs.status()中返回的成员的health来判断成员的状态。

当主节点与集合中的其他成员的通信electionTimeoutMillis时间超过配置的时间段（默认为10秒）时，合格的secondary节点将要求选举,以提名自己为新的主节点。

如果primary节点不可用了，那么复制集中的所有secondary节点都会触发一次选举操作，选出新的primary节点。

群集尝试完成新主数据库的选择并恢复正常操作。

如果secondary节点有多个，则会选举拥有最新oplog时间戳记录的或者有较高权限的节点成为primary。

注意：如果secondary停止时间过长，导致primary节点的oplog内容被循环写覆盖掉了，则需要手动同步secondary节点。

节点类型

任何时间，集群中只有一个活跃节点，其他的都是备份节点。
有几种不同类型的节点可以存在与副本集中:

standard 标准节点
这是常规节点,它存储一份完整的数据副本，参与选举投票有可能成为活跃节点。

passive 被动结点
存储了完整的数据副本,参与投票，不能成为活跃节点，如延时节点。

arbiter 仲裁者
仲裁者只能参与投票，不接收复制的数据，也不能成为活跃节点。 

节点优先级

每个参与节点(非仲裁)有优先权，优先权按照优先值从大到小，默认优先级为1,可以是0-1000(含)。

在节点配置中修改priority键,来配置标准节点或者被动节点：

> members.push({"_id":3,"host":"xx.xx.xx.xx:17017","priority":40})

"arbiterOnly"键可以指定仲裁节点：

members.push({"_id":4,"host":"xx.xx.xx.xx:27017","arbiterOnly":true})

备份节点会从活跃节点抽取oplog,并执行操作，就像活跃备份系统中的备份服务器一样。
活跃节点也会写操作到自己的本地oplog，oplog中的操作包含严格递增的序号，这个序号来判定数据的时效性，所以节点之家的时间同步非常重要！

选举策略

如果活跃节点出现故障，其余节点会选一个新的活跃节点。
选举过程可以由任何非活跃节点发起,新的活跃节点由副本集中的大多数选举产生。
其中仲裁节点也参与选举，避免出现僵局。
新的活跃节点将是优先级最高的节点，优先级相同则数据较新的节点获胜。

不论活跃节点何时变化，新的活跃节点的数据就被假定为系统的最新数据，对其他节点(原活跃节点)的操作都会回滚，即便是之前的活跃节点已经恢复工作了。
为了完成回滚，所有节点连接新的活跃节点后重新同步。这些节点会查看自己的oplog，找出活跃节点没有的操作，然后向活跃节点请求这些操作影响的文档最新副本。
正在执行重新同步的节点被视为恢复中，在完成这个过程之前不能成为活跃节点的候选者。

四、参考

mongoDB中文手册/复写
https://mongodb.net.cn/manual/replication/#replication-flow-control

数据库命令 > 复制命令 > replSetSyncFrom
https://mongodb.net.cn/manual/reference/command/replSetSyncFrom

Replica Set Data Synchronization
https://www.mongodb.com/docs/manual/core/replica-set-sync/#replica-set-initial-sync-source-selection

mongoDB 副本集添加新的节点
https://blog.csdn.net/csdnhsh/article/details/116333686