單節(jié)點模式（Standalone，不推薦用于生產(chǎn)環(huán)境）

standalone模式即單節(jié)點模式，指在服務(wù)器上只部署一個 mongod 進程用于讀寫數(shù)據(jù)。優(yōu)點是部署簡單，可以快速完成部署，缺點是無容災(zāi)。只推薦用于日常的開發(fā)、測試和學(xué)習(xí)。

主從復(fù)制模式（官方已不建議使用，不推薦用于生產(chǎn)環(huán)境）

主從復(fù)制模式也比較簡單，包含一個主節(jié)點（Primary）和一個或多個從節(jié)點（Secondary）。主節(jié)點提供讀寫服務(wù)，從節(jié)點不提供任何服務(wù)。也可以修改配置讓從節(jié)點提供只讀服務(wù)，以減少主節(jié)點的壓力，每個從節(jié)點會定期輪詢主節(jié)點的oplog以保持數(shù)據(jù)與主節(jié)點一致。

這種模式相較于單節(jié)點模式，可用性高很多，可用于備份、故障恢復(fù)、讀擴展等。缺點是當(dāng)主節(jié)點出現(xiàn)故障時，只能人工介入指定新的主節(jié)點（從節(jié)點不會自動升級為主節(jié)點），并且在這段時間內(nèi)，集群處于只讀狀態(tài)。

副本集模式（Relica Set）

副本集模式包含一個主節(jié)點（Primary）和一個或多個從節(jié)點（Secondary），這一點與主從復(fù)制模式類似且主從節(jié)點的作用也類似。相較于主從復(fù)制模式，副本集模式的優(yōu)勢是當(dāng)主節(jié)點發(fā)生故障時，副本集可以自動投票產(chǎn)生新的主節(jié)點，并引導(dǎo)其余的從節(jié)點連接新的主節(jié)點。副本集架構(gòu)如下圖所示：

副本集中各節(jié)點通過心跳機制來檢測各自的健康狀況，當(dāng)主節(jié)點出現(xiàn)故障時，多個從節(jié)點會觸發(fā)選舉操作來選舉其中一個作為新的主節(jié)點。為了保證選舉票數(shù)不同，副本集的節(jié)點數(shù)保持為奇數(shù)。

在某些情況下(例如只有一個主節(jié)點和一個從節(jié)點的情況下，由于成本限制不允許添加另一個從節(jié)點)，可以選擇向副本集中添加一個仲裁節(jié)點（Arbiter）。仲裁節(jié)點參與選舉但不會被選為主節(jié)點（因為選舉節(jié)點沒有數(shù)據(jù)集的副本）。

分片集群模式（Sharded Cluster）

副本集模式雖然解決了高可用問題，但不能滿足海量數(shù)據(jù)和需要非常高吞吐的場景。這時候就需要使用到分片技術(shù)（sharding，指將數(shù)據(jù)拆分并分散存儲在不同機器上）了，即分片集群模式。

分片集群模式主要利用了水平擴展的特性，將數(shù)據(jù)和負載分散到多臺機器上，并根據(jù)需要添加額外的服務(wù)器以增加容量和提高性能。雖然單臺機器的整體性能或容量可能不高，但每臺機器只是處理總體工作負載的一個單元，集群整體效率可能比單臺性能和容量非常高的機器更高。

搭建一個分片集群需要如下幾個組件：

• shard，每個shard都是一個mongo數(shù)據(jù)庫實例，包含分片數(shù)據(jù)的一個子集。一個shard可由幾臺機器組成一個副本集，防止因主節(jié)點單點故障導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。
• config servers，用于配置服務(wù)器存儲集群的元數(shù)據(jù)和配置設(shè)置。
• mongos，在集群中作為查詢路由器，客戶端程序由此接入，讓整個集群看起來像是一個單一的數(shù)據(jù)庫，提供客戶端應(yīng)用程序和分片集群之間的接口。mongos本身不保存數(shù)據(jù)，啟動時從config servers加載集群信息到緩存中，并將客戶端的請求路由給每個shard，聚合各shard返回的結(jié)果返回給客戶端。

分片集群內(nèi)組件間的交互如下圖：

分片集群模式有以下幾個優(yōu)勢：

• 將讀寫負載分布在集群中的各個分片上，允許每個分片處理集群操作的一個子集。通過添加更多的分片，讀寫工作負載都可以在集群中水平擴展。
• 將數(shù)據(jù)分布到集群中的各個分片上，允許每個分片包含整個集群數(shù)據(jù)的一個子集。隨著數(shù)據(jù)集的增長，額外的分片會增加集群的存儲容量。
• 高可用性，即使一個或多個分片副本集完全不可用，分片集群也可以繼續(xù)執(zhí)行部分讀寫。也就是說，雖然無法訪問不可用分片上的數(shù)據(jù)，但對可用分片的讀寫仍然可以成功。

小結(jié)

本文介紹了MongoDB的四種部署模式：單節(jié)點模式和三種集群模式。副本集模式已經(jīng)替代了主從復(fù)制模式，保障了集群的可靠性；分片集群模式的可擴展性，可以滿足海量數(shù)據(jù)的存儲和高吞吐的需求。生產(chǎn)環(huán)境中，不建議使用單實例模式和主從復(fù)制模式，副本集模式和分片集模式根據(jù)業(yè)務(wù)場景來選擇。