图解 MongoDB 19 - Oplog：复制的真正载体，不是文档是操作

上一篇讲了复制集的拓扑：一个 Primary 写、多个 Secondary 备。但留了个关键问题没回答：Secondary 到底是怎么「拿到」Primary 的数据的。是 Primary 把每个文档推过去，还是 Secondary 主动拉？

答案是后者，而且拉的不是文档本身，而是操作（oplog）。理解 oplog，才能理解复制的延迟从哪来、为什么新加入的节点要做全量初始化、以及为什么 Secondary 落后太多会「掉队」。这篇就讲清楚 oplog 这个复制的真正载体。

先把机制边界说清楚

Oplog（Operation Log）是 Primary 上一个特殊的集合 local.oplog.rs，它记录 Primary 上发生的每一个写操作。Secondary 通过**长轮询（long polling / tailing）**从 Primary 拉取 oplog，在本地重放，从而保持数据同步。

复制链路的完整形态：

1. Primary 收到写操作，先改本地数据（集合 + journal）。
2. Primary 把这个操作追加到 oplog。
3. Secondary 长轮询拉取新的 oplog 记录。
4. Secondary 在本地重放这条操作，更新自己的数据。
5. Secondary 记录自己应用到的 oplog 位点（时间戳）。

关键认知：复制是异步的、基于操作日志的。Secondary 不是实时镜像 Primary，而是「追」oplog。这就天然会有延迟——下一篇专门讲复制延迟。

Oplog 是固定大小的环形缓冲

Oplog 是一个 capped collection（固定大小集合），大小固定（WiredTiger 默认按空闲磁盘空间的 5%，下限 990MB、上限 50GB）。它像一个环形缓冲：写满了，最旧的记录会被新的覆盖。

这个设计的好处是 oplog 不会无限增长。但带来一个重要后果：如果 Secondary 落后太多，落后到要拉的 oplog 已经被覆盖了，它就没法靠拉 oplog 追上。这时 Secondary 必须全量重新初始化——从 Primary 完整拷贝一遍数据，再开始追 oplog。全量初始化是个重操作，大集合上很慢。

所以 oplog 大小要和写入速率匹配：写入越快、Secondary 可能离线越久，oplog 就要越大。监控 oplog 的「时间窗口」（最早记录到最新记录的时间跨度），能判断 Secondary 能容忍多长时间的离线。

Oplog 记录的是操作，且必须幂等

Oplog 的每条记录是一个操作，结构大致是：

 复制代码{
  ts: Timestamp,        // 操作时间戳，单调递增
  op: "i" | "u" | "d",  // insert / update / delete
  ns: "db.collection",  // 命名空间
  o: { ... }            // 操作内容
}

幂等性是 oplog 设计的关键。所谓幂等，就是同一条操作重放多次，结果和重放一次一样。这一点对复制必不可少，因为 Secondary 在网络抖动、重试、崩溃恢复时，可能重放同一条 oplog。

为了保证幂等，oplog 记录 update 时，会转成绝对值更新而不是相对更新。比如应用执行 {$inc: {count: 1}}（count 加 1），oplog 记的不是「count 加 1」，而是算出更新后的绝对值，记成「count 设为 X」。这样 Secondary 重放时是「设为 X」，无论重放几次结果都对。

这个设计牺牲了一点灵活性（oplog 要记录完整的新值），换来了复制的可靠性。理解了幂等性，就理解了为什么复制是可靠的、不怕重试的。

全量初始化：新节点的第一份完整数据

一个全新的 Secondary 加入复制集时，本地没有数据，光靠拉 oplog 不行（oplog 只记录增量）。它需要全量初始化（initial sync）：

1. 从 Primary（或其他 Secondary）完整拷贝一遍所有集合和索引。
2. 拷贝期间记录这期间产生的新 oplog。
3. 拷贝完成后，重放这期间积累的 oplog，追到最新。
4. 开始正常的长轮询复制。

全量初始化在大集合上很慢（要拷所有数据），期间会增加 Primary 的负载。所以加节点要错峰，避免在高峰期拉数据。也有一些优化手段，比如从已有的 Secondary（而不是 Primary）拷贝，分摊负载。

Oplog 的几个反直觉点

oplog 占用不算在业务数据里。oplog 在 local 数据库，是独立的。但它确实占用磁盘，规划容量时要算进去。

oplog 大小可以在线调整。用 replSetResizeOplog 可以在不重启的情况下扩大或缩小 oplog（下限 990MB）。早期没估准不必重做部署，但调整仍属运维操作，规划时建议一次估够。

oplog 的写入也是写入。Primary 每个写操作除了改集合，还要追加 oplog，所以复制集的 Primary 写入开销比单机大（多了 oplog 追加）。

Secondary 的延迟本质是 oplog 追不上。下一章会展开，但根源就是 oplog 产生的速度 vs Secondary 重放的速度。

判断框架

• 复制传的是操作（oplog），不是文档；Secondary 拉取重放，不是 Primary 推送。
• oplog 是固定大小环形缓冲，写满覆盖旧的；落后太多会掉队，要全量初始化。
• oplog 必须幂等，所以 update 记绝对值，重放安全。
• 新节点要全量初始化（拷全量 + 追增量），大集合很慢，错峰加节点。
• oplog 大小匹配写入速率，监控「时间窗口」判断能容忍多久离线。
• oplog 追加是 Primary 写开销的一部分，复制集写入比单机贵。

下一篇讲复制延迟，看清 Secondary 为什么会跟不上。

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