MongoDB のレプリカセットはどのように機能するのか？

Question

Accepted Answer

**レプリカセット**は、同じデータを保持する MongoDB サーバーのグループであり、**高可用性**（自動フェイルオーバー）と**冗長性**を提供します。1 つのノードが**プライマリ**（書き込みを処理）で、他は**セカンダリ**（プライマリのデータをレプリケートし、読み取りを提供できる）です。これは MongoDB の信頼性の標準メカニズムです。

## レプリカセットの構造

```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")
```

プライマリは書き込みを処理し、**oplog**（操作ログ）を介してセカンダリにレプリケートします。セカンダリは同期状態を保ちます。典型的なセットは耐障害性のために 3 つのメンバーを持ちます。

## 自動フェイルオーバー（高可用性）

```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.
```

**自動フェイルオーバー**は主な価値です。プライマリが失敗すると、レプリカセットは自動的に新しいプライマリを選出します。これにより、サーバー障害が完全な停止ではなく短い中断に変わります。（投票メンバーが奇数であれば、同票を避けることができます。）

## 読み取りスケーリングと読み取り設定

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

セカンダリは読み取りを提供できます（読み取り容量をスケーリング）。これは**読み取り設定**で制御されます。ただしセカンダリ読み取りは非同期レプリケーションにより若干古い可能性があります。

## ライトコンサーン（耐久性）

```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)
```

**ライトコンサーン**は耐久性を制御します。`w: "majority"`はノードの過半数が確認するのを待ちます（より安全で、プライマリ障害でもデータ損失なし）対して、`w: 1`（高速ですがフェイルオーバーで書き込みが失われる可能性あり）です。

## なぜ重要なのか

レプリカセットは本番環境で MongoDB を確実に実行するために基本的であり、これを理解することは本番 MongoDB デプロイメント向けの重要なシニアレベルの知識です。

コア価値は**自動フェイルオーバーによる高可用性**です。レプリカセット（同じデータを保持するサーバーグループ。プライマリが書き込みを処理、セカンダリがレプリケート）は、現在のプライマリが失敗すると自動的に新しいプライマリを選出します。これによりサーバー障害が完全な停止ではなく短い中断に変わり、可用性を維持する必要があるシステムに不可欠です（トランザクションと多くの本番機能に必須）。

構造（プライマリ、セカンダリ、オプションのアービター、レプリケーション用の oplog）と**選出/フェイルオーバー**メカニズムを理解することは基礎となります。

セカンダリが**読み取り**を提供できること（**読み取り設定**経由で読み取り容量をスケーリング、ただし非同期レプリケーションから若干の遅延の可能性）を知ることはパフォーマンス面で価値があります。

特に重要なのは**ライトコンサーン**の理解です。耐久性制御において、`w: "majority"`はノードの過半数に確認させます（プライマリフェイルオーバーでデータ損失なし。重要なデータに重要）対して、`w: 1`（より高速だがフェイルオーバーでリスク）です。これは重要な信頼性/パフォーマンスのトレードオフです。

高可用性と耐久性は本番データベースに不可欠であり、レプリカセット（自動フェイルオーバー、セカンダリ経由の読み取りスケーリング、耐久性用ライトコンサーン）は MongoDB の基本的メカニズムであるため、レプリカセット（構造、自動フェイルオーバー、読み取り設定、特にライトコンサーン）を理解することは、本番環境で MongoDB を確実にデプロイするための重要なシニアレベルの知識です。これは頻繁に重要な関心事であり、MongoDB の高可用性と耐久性モデルの理解を示すトピックであり、データベースで働くシニアロールに期待されます。