Jak fungují replica sety v MongoDB?

Question

Accepted Answer

**Replica set** je skupina MongoDB serverů, která uchovává stejná data — poskytuje **vysokou dostupnost** (automatické převzetí při selhání) a **redundanci**. Jeden node je **primární** (zpracovává zápisy), ostatní jsou **sekundární** (replikují data primárního a mohou obsluhovat čtení). Je to standardní mechanismus MongoDB pro spolehlivost.

## Struktura replica setu

```text
PRIMARY (1)   → receives all WRITES; replicates changes to secondaries
SECONDARIES (2+) → copy the primary's data (via the oplog); can serve READS
ARBITER (optional) → votes in elections but holds no data (for odd vote counts)

Write → Primary → replicated to Secondaries (via the operations log "oplog")
```

Primární node zpracovává zápisy a replikuje je (přes **oplog**, log operací) na sekundární nodes, které zůstávají synchronizované. Typický set má 3 členy pro odolnost.

## Automatické převzetí (vysoká dostupnost)

```text
If the PRIMARY fails:
  → the secondaries detect it and hold an ELECTION
  → a secondary is automatically elected as the NEW PRIMARY
  → the application (via the driver) reconnects to the new primary
  → minimal downtime, no manual intervention
→ This automatic failover is the key high-availability benefit.
```

**Automatické převzetí** je hlavní přínos: pokud primární node selže, replica set automaticky zvolí nový primární — změní selhání serveru v krátkou přerušení místo výpadku. (Lichý počet votujících členů zabraňuje nerozhodným volbám.)

## Čtení s možností škálování a preference čtení

```js
// reads can be directed to secondaries to offload the primary
db.collection.find().readPref("secondaryPreferred");
// read preferences: primary (default), secondary, nearest, etc.
```

Sekundární nodes mohou obsluhovat čtení (škálování kapacity čtení), kontrolované **preferences čtení** — ačkoli čtení ze sekundárního node může být mírně zastaralé (asynchronní replikace).

## Write concern (trvanlivost)

```js
// write concern: how many nodes must acknowledge a write before it's confirmed
db.collection.insertOne(doc, { writeConcern: { w: "majority" } });
// w: 1 (primary only — fast, less safe) vs w: "majority" (safer — survives failover)
```

**Write concern** kontroluje trvanlivost: `w: "majority"` čeká na potvrzení od majority nodes (bezpečnější — přežije selhání primárního bez ztráty dat) versus `w: 1` (rychlejší, ale zápis by mohl být ztracen při převzetí).

## Proč je to důležité

Replica sety jsou základem pro provozování MongoDB spolehlivě v produkci, takže jejich porozumění je důležitá znalost na senior úrovni pro produkční MongoDB nasazení.

Hlavní přínos je **vysoká dostupnost prostřednictvím automatického převzetí**: replica set (skupina serverů udržujících stejná data, s primárním zpracovávajícím zápisy a sekundárními replikujícími) automaticky zvolí nový primární, pokud současný selže — změní selhání serveru v krátkou přerušení místo úplného výpadku, což je nezbytné pro systémy, které musí zůstat dostupné (a je vyžadováno pro transakce a mnoho produkčních funkcí).

Porozumění struktuře (primární, sekundární, volitelný arbiter, oplog pro replikaci) a mechanismu **volby/převzetí** je základní.

Vědomí, že sekundární nodes mohou obsluhovat **čtení** (škálování kapacity čtení přes **preference čtení**, s výhradou možné mírné zastaralosti z asynchronní replikace), je cenné pro výkon.

Obzvlášť důležité je porozumění **write concern** — kontrole trvanlivosti, kde `w: "majority"` zajišťuje, že zápis je potvrzen majoritou nodes (takže přežije převzetí primárního bez ztráty dat — důležité pro kritická data) versus `w: 1` (rychlejší, ale riskantnější při převzetí) — klíčový kompromis mezi spolehlivostí a výkonem.

Protože vysoká dostupnost a trvanlivost jsou nezbytné pro produkční databáze, a protože replica sety (s automatickým převzetím, škálováním čtení přes sekundární nodes a write concern pro trvanlivost) jsou základním mechanismem MongoDB pro jejich dosažení, porozumění replica setům — struktura, automatické převzetí, preference čtení a obzvlášť write concern — je důležitá znalost na senior úrovni pro spolehlivé nasazení MongoDB v produkci, což je často kritické téma a téma demonstrující porozumění modelu vysoké dostupnosti a trvanlivosti MongoDB, který se očekává od senior rolí pracujících s databází.