前言

Driver是MongoDB非常重要的组成部分，通过不同的配置实现Secondary访问；读写分离，动态感知集群容灾切换等功能。MongoDB目前已经覆盖了大部分的开发语言，常见的JAVA到Go，可以参考官方连接MongoDB Drivers。这篇文章我们以Java版本为例介绍MongoDB的Drivers实现逻辑和协议，选择Java的原因为语言阅读门槛低，配合IDE，进行DEBUG追踪也非常容易，其次Java版本实现的功能非常完善。主要讲解的是ReplicaSet模式，因为Shard模式有mongos作为代理，没有充分体现Driver的路由逻辑。

本篇讲解了以下三个部分：

• Driver初始化
• Driver请求路由
• Driver容灾处理

Driver初始化

配置启动参数DEMO

首先来看下Java初始话配置Demo：

 public static MongoClient createMongoDBClient() {
        // 构建Seed列表
        List<ServerAddress> seedList = new ArrayList<ServerAddress>();
        seedList.add(seed1);
        seedList.add(seed2);

        // 构建鉴权信息
        List<MongoCredential> credentials = new ArrayList<MongoCredential>();
        credentials.add(MongoCredential.createScramSha1Credential(username,
                DEFAULT_DB, password.toCharArray()));

        // 构建操作选项，requiredReplicaSetName属性外的选项根据自己的实际需求配置，默认参数满足大多数场景
        MongoClientOptions options = MongoClientOptions.builder()
                .requiredReplicaSetName(ReplSetName).socketTimeout(2000)
                .connectionsPerHost(1).build();
        return new MongoClient(seedList, credentials, options);
    }

还有另外一种通过URI初始化的方法：

public static MongoClient createMongoDBClientWithURI() {
        //另一种通过URI初始化
        //mongodb://[username:password@]host1[:port1][,host2[:port2],...[,hostN[:portN]]][/[database][?options]]
        MongoClientURI connectionString = new MongoClientURI("mongodb://" + username + ":" + password + "@" + 
                                                             seed1 + "," + seed2 + "/" + 
                                                             DEFAULT_DB + 
                                                             "?replicaSet=" + ReplSetName);
        return new MongoClient(connectionString);
    }

两种方式的实现原理么有本质区别，Driver会将URI拆解为第一种的参数设置方式。

• URI方式的有点是在复杂的系统中更通用，不同编程语言系统可以共享一套初始化配置；如果有多套异构的系统访问MongoDB，建议采用URI的方式。
• Builder方式更灵活，对参数的设置非常细，并且代码清晰易读。

设置Seed地址

仔细的读者会注意到，Address地址变量叫做Seed，而不是MongoDB集群上的Primary，Secondary，或者其他名称。Seed是MongoDB访问地址的一种抽象概念，可以是MongoDB集群中的任意一个节点，如果是ShardCluster模式，则应该是Mongos地址。这样的好处是使用者不需要关系集群的状态改变，更不用随着集群状态改变而修改配置。比如，增加了一个新的节点，再或者发生了Primary与Secondary之间的角色切换，但Seed却保持不变，只要是集群中的任意地址即可。然而Driver在处理请求时是需要明确Primary，Secondary等角色的地址关系。

构造ServerMonitor线程

所谓的初始化，就是对集群状态的第一次获取，并且构建Driver内部使用的ServerMonitor线程，集群中的每个节点，都对应有一个ServerMonitor。初始状态下会以Seed为起点开始，ServerMonitor主要有几下个动作：

首先检车连接状态，如果是不可用的，需要重新建立链接，并执行Action A动作：

Action A：ConnectionOpen，每个连接的建立好都会执行以下的请求

1. ismaster 这里的作用相当于Ping一下，在这个Action中没有特别的作用
2. buildinfo 获取Server的版本信息，目的是做版本之间的兼容性
3. auth 如果配置有鉴权属性，会执行此步骤，目前默认的是SASL，可以参考RFC，SCRAM方式一般需要三次的RPC交互。

4. getlasterror 确定上面的请求没有出错，整个Action结束

   连接Ready后，开始心跳，并且间隔性的检查，默认每10秒钟，可配置，但最小不能低于500毫秒

Action B：LookupServerDescription

1. ismaster 与Action A的命令一样，但这里获取到的信息非常重要
2. 检查上一步刚刚获得的Server Description与之前的是否一致，如果没有发生任何改变，状态稳定，则该轮心跳检查结束。不一致，则产生changeEven事件，调用Acton C。

如果有必要，则继续执行OnChanged Listener：

Action C：Server Description OnChanged

1. 更新Server Hosts列表，如果列表中之间不存在该地址，则新创建连接，以新地址构造ServerMonitor线程
2. 如果当前节点是Primary，还要更新ElectionId等字段

在Action C动作结束后，每个Server都产生了一个Server Montior线程，并且Driver也同步到了集群状态，Primary地址，ElectionId等信息。一旦集群信息发生改变，心跳线程也会随时发现并做出相应的修改。

连接池ConnectionPool

ServerMonitor是独立的线程，只保证心跳检查，不处理真正的用户请求。用户的请求是通过其他的连接完成，那对连接的管理是有个套ConnectionPool机制，每个连接有一套独立的ConnectionPool。初始化后ConnectionPool是空的，等请求需要时会在建立连接。

请求线程从Pool中拿到Connection后，会在请求线程里处理请求，结束后再放回给ConnectionPool。不同的实现语言，这里处理的逻辑并不一样，不属于MongoDB约定的协议范围内。

isMaster命令：

可以参考官方文档，isMaster，在MongoShell中执行会得到以下结果，非常重要的是ismaster和hosts字段，这两个字段完整的描述了集群的状态信息。Action B.2的判断，依赖ismaster的是否是true.

{
    "setName" : "rs0",
    "setVersion" : 3,
    "ismaster" : true,
    "secondary" : false,
    "hosts" : [
        "10.1.2.123:12300",
        "10.1.2.124:12300"
    ],
    "primary" : "10.1.2.123:12300",
    "me" : "10.1.2.123:12300",
    "electionId" : ObjectId("569dfe3aba498a31641f3630"),
    "maxBsonObjectSize" : 16777216,
    "maxMessageSizeBytes" : 48000000,
    "maxWriteBatchSize" : 1000,
    "localTime" : ISODate("2016-01-20T04:54:20.768Z"),
    "maxWireVersion" : 3,
    "minWireVersion" : 0,
    "ok" : 1
}

从整个流程上可以看到，ismaster命令存在冗余，一个连接的初始化逻辑，至少需要发送2次，并且对同一个Server，不同的连接还是要发送，很多情况不是必要的，可以简化，提高连接建立的速度。

MongoDB Driver初始化总结

通过对MongoDB Driver For Java的分析，我们已经很清楚了初始化的行为动作，包括平时运行时的大概情况，其他语言的实现也大同小异，跑不出这个流程。希望对读者日后处理客户端初始化问题时有所帮助。

了解原理后我们回头来思考下，怎么使用才是最佳实践，主要几点：

1. 从整个流程上看，MongoDB Driver初始化的过程很‘重’，要交互很多次，尤其是使用PHP的同学注意了，不建议采用短连接的方式，请将MongoDB的连接持久化下来。
2. 每个Driver都至少会有一个Monitor连接，而且是不会回收的。所以，规划连接数时，需要关注到这点。
3. 提高请求线程并发量的同时，尝试同步提高连接池上限，对性能会有一定帮助。但请注意，不是越多越好，过多的线程会导致线程调度消耗过多的资源。而且请配置连接的IDLE time，让其自动回收长期不用的连接，避免连接泄漏。
4. 最重要的一点，学会用isMaster命令排查问题，Driver请求无法访问时，尝试在Mongo Shell中执行isMaster，确保返回的集群信息都是正确的。并且isMaster是不需要鉴权的，所以，保护好你的MongoDB实例，不要出现的公网上。
5. 配置多个Seed地址是，避免其中一个不可用。
6. ......

　待续，Driver请求路由