MongoDB 复制集与分片

### **MongoDB 复制集**
#### **概念**
- **定义**：MongoDB 复制集是一种高可用性的架构，由多个 mongod 实例组成，包括一个主节点（Primary）和多个从节点（Secondary）。
- **作用**：
  - **数据冗余**：数据在主节点和从节点之间自动复制，确保数据的完整性和安全性。
  - **高可用性**：当主节点发生故障时，从节点可以自动接管，继续提供服务，减少停机时间。
  - **读扩展**：可以通过从节点分担读压力，提高数据库的读取性能。

#### **配置方法**
1. **安装 MongoDB**：确保所有节点上都正确安装了 MongoDB。
2. **创建配置文件**：为每个 mongod 实例创建配置文件，并设置复制集名称和端口号。
3. **启动主节点**：
   ```bash
   mongod --config /etc/mongod.conf --replSet myReplicaSet
   ```
4. **启动从节点**：
   ```bash
   mongod --config /etc/mongod.conf --replSet myReplicaSet --port 27018
   ```
5. **初始化复制集**：
   连接到主节点，运行以下命令：
   ```javascript
   rs.initiate({
     _id: "myReplicaSet",
     members: [
       { _id: 0, host: "mongodb0.example.net:27017" },
       { _id: 1, host: "mongodb1.example.net:27018" },
       { _id: 2, host: "mongodb2.example.net:27019" }
     ]
   })
   ```

#### **故障转移机制**
- 当主节点发生故障时，复制集中的从节点会选举新的主节点。
- 主节点崩溃后，可用的从节点会通过心跳机制检测到主节点的故障。
- 剩余的从节点会发起一次选举，选举过程中每个节点会投票给其他节点，得票最多的节点成为新的主节点。
- 新的主节点会继续提供服务，而原来的主节点恢复后会自动成为从节点。

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### **MongoDB 分片**
#### **概念**
- **定义**：MongoDB 分片是一种水平扩展的架构，将大的数据集分散到多个称为分片的片（shard）上。
- **作用**：
  - **水平扩展**：通过增加分片的数量，可以线性扩展数据库的存储容量和读写性能。
  - **负载均衡**：数据和请求分布在多个分片上，平衡了系统的负载。

#### **分片策略**
- **基于范围的分片**：
  - 使用键的范围来分配数据。例如，键值小于 1000 的文档存储在一个分片上，大于等于 1000 的存储在另一个分片上。
- **哈希分片**：
  - 使用哈希函数将键值映射到不同的分片上，确保数据的均匀分布。
- **基于标签的分片**：
  - 允许根据自定义的规则（如地理位置）将数据分配到特定的分片上。

#### **配置方法**
1. **启用分片功能**：
   在 mongos 实例上运行以下命令：
   ```javascript
   sh.enableSharding("myDatabase")
   ```
2. **分片集合**：
   指定分片键并开始分片操作：
   ```javascript
   sh.shardCollection("myDatabase.myCollection", { "shardKey": 1 })
   ```
3. **将数据迁移到分片**：
   MongoDB 会自动将数据根据分片策略迁移到相应的分片上。

通过使用 MongoDB 的复制集和分片技术，可以实现数据的高可用性、冗余存储和水平扩展，从而满足大规模数据存储和处理的需求。