一、复制原理

MongoDB的复制功能是使用操作日志oplog实现的，oplog包含主节点（Master）的每一次写操作，oplog是local本地数据库中的一个数据集合，其它非主节点（Secondary）通过读取主节点的oplog集合中的记录同步到对应的集合，然后再写入到自身的local数据库的oplog集合中。每个节点都维护着自己的oplog，记录着每一次从主节点复制数据的操作。这样每个成员都可以作为同步源提供给其它成员使用。

注意：需要注意Secondary节点同步数据的顺序是先同步数据，然后再写入oplog;这点和mysql的机制不同。但是每个节点oplog中记录的同步数据是完全一致的，所以也不担心被执行多次。

二、oplog集合

1.insert操作

/* 1 */{"ts" : Timestamp(1520580648, 1),"t" : NumberLong(20),"h" : NumberLong(-8701728013874689868),"v" : 2,"op" : "i","ns" : "test.person","ui" : UUID("782befd9-80ae-4a2c-86ae-33a147e7c948"),"wall" : ISODate("2018-03-09T07:30:48.120Z"),"o" : {"_id" : ObjectId("5aa2382f7239a98c7e679114"),"name" : "zhang"}
}

2.update操作

/* 1 */{"ts" : Timestamp(1520584444, 2),"t" : NumberLong(20),"h" : NumberLong(7151217369265341585),"v" : 2,"op" : "u","ns" : "test.person","ui" : UUID("782befd9-80ae-4a2c-86ae-33a147e7c948"),"o2" : {"_id" : ObjectId("5aa2382f7239a98c7e679114")},"wall" : ISODate("2018-03-09T08:34:04.777Z"),"o" : {"$v" : 1,"$set" : {"name" : "wang"}}
}

• ts： 操作时间，当前timestamp + 计数器，计数器每秒都被重置
• h：操作的全局唯一标识
• v：oplog版本信息
• op：操作类型：

1. i：插入操作
2. u：更新操作
3. d：删除操作
4. c：执行命令（如createDatabase，dropDatabase）
5. n：空操作，特殊用途

• ns：操作针对的集合
• ui：
• o：操作内容，如果是更新操作
• o2：操作查询条件，仅update操作包含该字段
• wall：记录的时间戳。

3.查询oplog集合

db.oplog.rs.find({"op":{$in:["i","u","d"]}}).sort({"wall":-1});

三、初始化同步

1.选择一个成员作为同步源，在local.me中创建标识符；删除已存在的数据库。

2.将同步源的所有数据复制到本地。所有的操作都被集合到oplog中。

3.将第一个oplog同步中的操作记录下来。

4.创建相关索引,如果集合比较大该过程可能会花费很长的时间。

5.将创建索引过程中同步源增加的记录同步过来。

6.同步完成，修改节点状态为SECONDARY

四、心跳

每个成员每隔两秒钟就会向其它成员发送一个心跳请求，心跳的请求信息量非常的小，用于检查每个成员的状态。

心跳最主要的功能之一就是让主节点知道自己是否满足集合“大多数”的条件。如果主节点不再得到“大多数”服务器的支持，它就会退位变成备份节点。

成员状态

五、选举

当一个成员无法到达主节点时，它就会申请被选举为主节点。希望被选举为主节点的成员会向它能到达的所有成员发送通知。如果这个成员不符合候选人的要求，其它成员可能会知道相关原因：这个成员的数据落后于副本集，或者已经有一个运行中的主节点（希望被选举为主节点的成员无法到达这个主节点）。在这些情况下，其它成员不会允许进行选举。

如果没有其它成员反对，其他成员就会对这个成员进行选举投票，如果满足副本集中“大多数”赞成票，它就被选举成功，转换成为主节点。否则选举失败仍然处于备份节点状态，之后还可以再次申请被选举为主节点。而主节点会一直主节点状态，除非它由于不再满足“大多数”的要求或者宕机而退位，另外副本集被重新配置也会导致主节点退位。

在网络良好的情况下，同时投票服务器也正常运行那么选举过程会很快，由于节点之间的互ping是每隔2S，所以如果有主节点不可用那么2S之内就会有成员发现，然后就会立即开始选举，整个过程正常只会花费几毫秒。如果存在网络问题或者服务器过载响应缓慢都有可能触发选举。在这种情况下，心跳会在最多10S之后超时。如果选举打成平局，每个成员都需要等待30S才能开始下一次选举，所以如果发生太多错误的情况下选举可能会花费几分钟的时间。

六、回滚

一般情况下跨数据中心复制要比同数据中心复制慢。

上图的两个数据中心之间出现网络故障，DC1最后的操作是126，DC2最后的操作是125；DC1的126操作还没有被复制到DC2；由于采取的是多数节点的投票机制，DC2数据中心的副本满足“大多数”节点的要求（一共5台服务器，3台服务器即可超过半数投票）。因此其中一台服务器会被选举成为新的主节点，这个主节点会继续后续的写操作。假设在DC1的网络恢复之前DC2已经操作到了130。

DC1

DC2

在DC1网络恢复之后，DC1就会从DC2同步126之后的操作，但是会发现这个操作是无法操作的，这时候DC1和DC2就会进入回滚过程，DC1和DC2会查找到二者共同的操作点125，DC1和DC2都会回滚到125，然后二者才会继续后面的同步操作

注意：如果回滚的数据量比较大需要很长的时间，这时可能会导致回滚失败，对于回滚失败的节点，必须要重新进行同步。一般造成这种情况的主要原因是备份节点远远落后于主节点，而这时主节点挂了。