写关注（Write Concern）与读偏好（Read Preference）

在MongoDB中，写关注（Write Concern）和读偏好（Read Preference）是控制数据一致性和可用性的核心机制。写关注定义了写入操作必须满足的条件才被视为成功，而读偏好决定了查询请求如何路由到副本集的成员。理解这两者的配置对优化应用性能和保证数据可靠性至关重要。

写关注（Write Concern）

写关注用于指定MongoDB在确认写入操作成功之前必须满足的条件。通过调整写关注级别，可以在数据持久性和写入性能之间进行权衡。

基本语法

在MongoDB驱动中，写关注可以通过以下方式设置：

// Node.js示例
const { MongoClient } = require('mongodb');

async function main() {
  const client = new MongoClient('mongodb://localhost:27017');
  await client.connect();
  
  const db = client.db('test');
  const collection = db.collection('users');
  
  // 设置写关注为"majority"
  await collection.insertOne(
    { name: 'Alice', age: 30 },
    { writeConcern: { w: 'majority', j: true } }
  );
}

常见配置选项

1. w值：

   • 0：不等待确认（fire-and-forget）
   • 1：等待主节点确认（默认）
   • majority：等待大多数节点确认
   • <number>：等待指定数量的节点确认

2. j选项：

   • true：等待写入操作持久化到日志
   • false：不等待日志持久化（默认）

3. wtimeout：

   • 指定超时时间（毫秒），超时后返回错误而非无限等待

实际应用场景

金融交易系统通常需要最高级别的数据安全性：

await collection.updateOne(
  { account: '12345' },
  { $inc: { balance: -100 } },
  { 
    writeConcern: { 
      w: 'majority', 
      j: true,
      wtimeout: 5000 
    } 
  }
);

日志收集系统可能更注重性能而非即时持久性：

await logsCollection.insertOne(
  { message: 'User logged in', timestamp: new Date() },
  { writeConcern: { w: 0 } }
);

读偏好（Read Preference）

读偏好决定了查询请求如何路由到副本集的成员，允许在一致性和可用性之间做出选择。

五种主要模式

1. primary（默认）：只从主节点读取
2. primaryPreferred：优先从主节点读取，不可用时从从节点读取
3. secondary：只从从节点读取
4. secondaryPreferred：优先从从节点读取，不可用时从主节点读取
5. nearest：从网络延迟最低的节点读取

代码示例

// 设置读偏好为secondaryPreferred
const collection = db.collection('products', {
  readPreference: 'secondaryPreferred'
});

// 或者通过选项指定
const cursor = collection.find({ category: 'electronics' })
  .readPreference('secondary');

高级配置

可以结合标签集（tag sets）实现更精细的控制：

const readPref = new ReadPreference(
  'secondary',
  [
    { region: 'east', disk: 'ssd' },
    { region: 'west' }
  ]
);

const cursor = collection.find({}).readPreference(readPref);

使用场景分析

报表分析适合使用secondary节点：

// 大数据量查询使用从节点
const reportData = await analyticsCollection.find({})
  .readPreference('secondary')
  .toArray();

全球分布式应用可能选择nearest模式：

// 为全球用户提供低延迟读取
const userProfile = await usersCollection.findOne(
  { _id: userId },
  { readPreference: 'nearest' }
);

组合使用时的注意事项

当写关注和读偏好组合使用时，需要特别注意可能出现的读写不一致情况：

// 潜在的不一致场景
await collection.insertOne(
  { _id: '123', status: 'active' },
  { writeConcern: { w: 1 } }
);

// 立即读取可能看不到刚写入的数据
const doc = await collection.findOne(
  { _id: '123' },
  { readPreference: 'secondary' }
);

解决方案是使用"写后读"模式：

// 确保后续读取能看到写入
await collection.insertOne(
  { _id: '123', status: 'active' },
  { writeConcern: { w: 'majority' } }
);

// 从主节点读取
const doc = await collection.findOne(
  { _id: '123' },
  { readPreference: 'primary' }
);

性能影响与监控

写关注和读偏好的选择会显著影响系统性能：

1. 写关注越严格，写入延迟越高，但数据更安全
2. 从节点读取可以分散负载，但可能导致陈旧数据

监控相关指标：

// 获取写关注统计
const serverStatus = await db.admin().serverStatus();
console.log(serverStatus.writeConcern);

// 查看副本集状态
const replStatus = await db.admin().replSetGetStatus();

事务中的特殊考虑

在MongoDB事务中，读偏好和写关注有特殊限制：

const session = client.startSession();
try {
  session.startTransaction({
    readConcern: { level: 'snapshot' },
    writeConcern: { w: 'majority' }
  });
  
  // 事务内操作自动使用primary节点
  await collection.updateOne(
    { _id: 'doc1' },
    { $inc: { value: 10 } },
    { session }
  );
  
  await session.commitTransaction();
} catch (error) {
  await session.abortTransaction();
  throw error;
} finally {
  session.endSession();
}

驱动版本差异

不同MongoDB驱动在实现上可能有细微差别：

// Python示例
from pymongo import MongoClient, ReadPreference

client = MongoClient(replicaSet='myReplicaSet')
db = client.get_database(
  'test',
  read_preference=ReadPreference.SECONDARY_PREFERRED
)

最佳实践建议

1. 关键数据：使用w: "majority"和j: true
2. 非关键数据：可降低写关注要求提高吞吐量
3. 读扩展：将分析查询路由到secondary节点
4. 地理分布：使用tag sets优化区域读取

故障排除

常见问题及解决方法：

1. 写入超时：

   // 增加wtimeout或检查副本集健康状态
   await collection.insertOne(doc, {
     writeConcern: { w: 3, wtimeout: 10000 }
   });
   

2. 读取陈旧数据：

   // 使用primary节点读取关键数据
   const criticalData = await collection.findOne(
     { _id: 'important' },
     { readPreference: 'primary' }
   );
   

3. 驱动兼容性：

   // 检查驱动版本是否支持所需功能
   console.log(require('mongodb').version);