MongoDB中的一些最新特性（如多文檔ACID事務）需要對底層的WiredTiger存儲引擎中進行基礎性的增強。
MongoDB中文社區，一個mongoers都會來的社區（微信公眾號：mongoing-mongoing）
在這個由六篇文章組成的系列中，我們將一起看一下在MongoDB中使得數據庫核心可以支持事務的一些變化。這些變化包括：
- MongoDB/WiredTiger中的底層時間戳
- MongoDB中的邏輯會話
- 支持本地快照讀
- 實現全局邏輯時鐘
- 啟用安全從節點讀取
- 增加可重試寫入特性
我們將逐項檢查這些特性，以回答這些問題：“添加了什麼功能？”、“為什麼這樣實現？”以及“從整體上說它對事務有什麼影響？”。
我們現在從MongoDB和WiredTiger的底層時間戳開始。
概述
MongoDB寫操作的時間戳現在作為一項附加的元數據出現在WiredTiger存儲層中。這使得MongoDB的時間和順序在概念上變為可查詢的，以便可以只檢索特定時間或之前的數據。它通過創建MongoDB快照，允許數據庫操作和事務可以從一個公共時間點開始工作。
背景
為了啟用副本集的複製特性，MongoDB會維護一個操作日誌，稱為oplog。oplog是服務層中的一個專用集合，它列出了應用於數據庫的最新操作。通過在從節點上重放這些操作，可以使副本保持最新狀態，從而與主節點保持一致。oplog中的操作順序對於確保副本正確反映主節點的內容至關重要。
MongoDB負責管理oplog的排序以及副本如何以正確的順序訪問oplog。使用WiredTiger這一的更強大的存儲引擎以及它底層的順序模型意味著充分利用WiredTiger的能力，這需要協調服務層和存儲層的兩個順序模型。
WiredTiger 存儲引擎
WiredTiger將所有數據存儲在一個包含鍵和值的樹狀結構中。作為MongoDB的存儲層時，該數據可能是一個文檔或某個索引的一部分，這兩者都存儲在WiredTiger的樹中。當對某個鍵的值進行更新時，WiredTiger將創建一個用於更新的結構。此結構包含有關事務、已更改的數據以及指向其後任何更改的指針的信息。然後，WiredTiger將其附加到原始值，之後的更新會將自己添加到前一個結構的末尾，隨著時間的推移創建一個不同版本值的鏈式結構。
這就是WiredTiger所實現的多版本併發控制組件。WiredTiger有著自己用於讀取更新結構以獲取某個值“當前”狀態的規則。WiredTiger應用這些更新的順序與MongoDB的oplog順序並不相同。這個順序上的差異來源於WiredTiger會在可能的情況下將多個寫操作並行應用到從節點。由於主節點可以接受許多並行的寫入，因此從節點需要能夠達到相同的吞吐量，這就要讓其自己的複製寫入過程也是並行的。
時間戳
為了在WiredTiger存儲引擎中保留MongoDB的順序，我們在更新結構上擴展出了一個“timestamp”字段。此字段的值由MongoDB傳遞到WiredTiger層，並被WiredTiger視為一個重要的元信息。當使用WiredTiger進行查詢時，可以指定一個時間戳以獲取那個特定時刻數據的確切狀態。這提供了一種在MongoDB順序和WiredTiger順序之間進行映射的方法。
從節點讀取
當一個從節點從主節點同步時，它通過從oplog中讀取一批更新來進行同步。然後，它嘗試將這些更改應用到自己的存儲中。如果沒有時間戳，那麼直到完成一批更新，應用操作的過程將阻塞讀取查詢，以確保用戶不會看到無序的寫入。有個這個時間戳，現在可以使用從當前批次開始的時間戳繼續提供讀取查詢服務，該時間戳將確保對查詢提供一致性的響應。這意味著
從節點讀取
現在不會被複制更新中斷。
複製回滾
當MongoDB集群中的多個從節點通過複製進行更新時，它們會處於與主節點同步的不同階段。這意味著我們會有“多數提交點（majority commit point）”這一概念：即大多數從節點已經達到的時間點。當主節點發生故障時，所有節點上都保證只有達到該多數提交點的數據是可用的。而通過基於RAFT的共識協議，其中一個從節點會被選舉為新的主節點，這就是從節點的工作方式。
當之前的主節點回到集群時，將該節點與集群的其餘部分同步的過程非常複雜。因為它可能擁有一些公共點之外的數據，它必須找出它所做的那些集群並不知道的更改，並獲取到它所更改的記錄的舊版本。
引入時間戳之後可以從根本上簡化這一過程。通過獲取多數提交點的時間戳並將其應用於原主節點的存儲層，而在該時間戳之後發生的更改可以刪除。完成後，這個節點就可以重新加入集群並開始從主節點進行復制了。
時間戳和事務
通過將時間戳信息推送到WiredTiger的樹結構中，可以使用WiredTiger的多版本併發控制來減少鎖操作並簡化重新同步的過程。快照時間點的能力還使服務器能夠回滾到該時間點，這是多文檔ACID事務正確性保證的基礎。
在本系列的下一篇文章中，我們將介紹MongoDB中的邏輯會話（Logical Sessions）以及它們如何使事務成為可能。
本文譯自：
Transactions Background Part 1: Low-level timestamps in MongoDB/WiredTiger
閱讀更多 MongoDB中文社區 的文章
