Mongodb複制集由一組Mongod執行個體（程序）組成，包含一個Primary節點和多個Secondary節點，Mongodb Driver（用戶端）的所有資料都寫入Primary，Secondary從Primary同步寫入的資料，以保持複制集内所有成員存儲相同的資料集，提供資料的高可用。
下圖（圖檔源于Mongodb官方文檔）是一個典型的Mongdb複制集，包含一個Primary節點和2個Secondary節點。
複制集通過replSetInitiate指令（或mongo shell的rs.initiate()）進行初始化，初始化後各個成員間開始發送心跳消息，并發起Priamry選舉操作，獲得『大多數』成員投票支援的節點，會成為Primary，其餘節點成為Secondary。
初始化複制集
『大多數』的定義
假設複制集内投票成員（後續介紹）數量為N，則大多數為 N/2 + 1，當複制集記憶體活成員數量不足大多數時，整個複制集将無法選舉出Primary，複制集将無法提供寫服務，處于隻讀狀态。
投票成員數
大多數
容忍失效數
1
2
3
4
5
6
7
通常建議将複制內建員數量設定為奇數，從上表可以看出3個節點和4個節點的複制集都隻能容忍1個節點失效，從『服務可用性』的角度看，其效果是一樣的。（但無疑4個節點能提供更可靠的資料存儲）
正常情況下，複制集的Seconary會參與Primary選舉（自身也可能會被選為Primary），并從Primary同步最新寫入的資料，以保證與Primary存儲相同的資料。
Secondary可以提供讀服務，增加Secondary節點可以提供複制集的讀服務能力，同時提升複制集的可用性。另外，Mongodb支援對複制集的Secondary節點進行靈活的配置，以适應多種場景的需求。
Arbiter節點隻參與投票，不能被選為Primary，并且不從Primary同步資料。
比如你部署了一個2個節點的複制集，1個Primary，1個Secondary，任意節點當機，複制集将不能提供服務了（無法選出Primary），這時可以給複制集添加一個Arbiter節點，即使有節點當機，仍能選出Primary。
Arbiter本身不存儲資料，是非常輕量級的服務，當複制內建員為偶數時，最好加入一個Arbiter節點，以提升複制集可用性。
Priority0節點的選舉優先級為0，不會被選舉為Primary
比如你跨機房A、B部署了一個複制集，并且想指定Primary必須在A機房，這時可以将B機房的複制內建員Priority設定為0，這樣Primary就一定會是A機房的成員。（注意：如果這樣部署，最好将『大多數』節點部署在A機房，否則網絡分區時可能無法選出Primary）
Mongodb 3.0裡，複制內建員最多50個，參與Primary選舉投票的成員最多7個，其他成員（Vote0）的vote屬性必須設定為0，即不參與投票。
Hidden節點不能被選為主（Priority為0），并且對Driver不可見。
因Hidden節點不會接受Driver的請求，可使用Hidden節點做一些資料備份、離線計算的任務，不會影響複制集的服務。
Delayed節點必須是Hidden節點，并且其資料落後與Primary一段時間（可配置，比如1個小時）。
因Delayed節點的資料比Primary落後一段時間，當錯誤或者無效的資料寫入Primary時，可通過Delayed節點的資料來恢複到之前的時間點。
Primary與Secondary之間通過oplog來同步資料，Primary上的寫操作完成後，會向特殊的local.oplog.rs特殊集合寫入一條oplog，Secondary不斷的從Primary取新的oplog并應用。
因oplog的資料會不斷增加，local.oplog.rs被設定成為一個capped集合，當容量達到配置上限時，會将最舊的資料删除掉。另外考慮到oplog在Secondary上可能重複應用，oplog必須具有幂等性，即重複應用也會得到相同的結果。
如下oplog的格式，包含ts、h、op、ns、o等字段
ts： 操作時間，目前timestamp + 計數器，計數器每秒都被重置
h：操作的全局唯一辨別
v：oplog版本資訊
op：操作類型
i：插入操作
u：更新操作
d：删除操作
c：執行指令（如createDatabase，dropDatabase）
n：空操作，特殊用途
ns：操作針對的集合
o：操作内容，如果是更新操作
o2：操作查詢條件，僅update操作包含該字段
Secondary初次同步資料時，會先進行init sync，從Primary（或其他資料更新的Secondary）同步全量資料，然後不斷通過tailable cursor從Primary的local.oplog.rs集合裡查詢最新的oplog并應用到自身。
init sync過程包含如下步驟
T1時間，從Primary同步所有資料庫的資料（local除外），通過listDatabases + listCollections + cloneCollection敏指令組合完成，假設T2時間完成所有操作。
從Primary應用[T1-T2]時間段内的所有oplog，可能部分操作已經包含在步驟1，但由于oplog的幂等性，可重複應用。
根據Primary各集合的index設定，在Secondary上為相應集合建立index。（每個集合_id的index已在步驟1中完成）。
oplog集合的大小應根據DB規模及應用寫入需求合理配置，配置得太大，會造成存儲空間的浪費；配置得太小，可能造成Secondary的init sync一直無法成功。比如在步驟1裡由于DB資料太多、并且oplog配置太小，導緻oplog不足以存儲[T1, T2]時間内的所有oplog，這就Secondary無法從Primary上同步完整的資料集。
當需要修改複制集時，比如增加成員、删除成員、或者修改成員配置（如priorty、vote、hidden、delayed等屬性），可通過replSetReconfig指令（rs.reconfig()）對複制集進行重新配置。
比如将複制集的第2個成員Priority設定為2，可執行如下指令
Primary選舉除了在複制集初始化時發生，還有如下場景
複制集被reconfig
Secondary節點檢測到Primary當機時，會觸發新Primary的選舉
當有Primary節點主動stepDown（主動降級為Secondary）時，也會觸發新的Primary選舉
Primary的選舉受節點間心跳、優先級、最新的oplog時間等多種因素影響。
複制內建員間預設每2s會發送一次心跳資訊，如果10s未收到某個節點的心跳，則認為該節點已當機；如果當機的節點為Primary，Secondary（前提是可被選為Primary）會發起新的Primary選舉。
每個節點都傾向于投票給優先級最高的節點
優先級為0的節點不會主動發起Primary選舉
當Primary發現有優先級更高Secondary，并且該Secondary的資料落後在10s内，則Primary會主動降級，讓優先級更高的Secondary有成為Primary的機會。
擁有最新optime（最近一條oplog的時間戳）的節點才能被選為主。
隻有更大多數投票節點間保持網絡連通，才有機會被選Primary；如果Primary與大多數的節點斷開連接配接，Primary會主動降級為Secondary。當發生網絡分區時，可能在短時間内出現多個Primary，故Driver在寫入時，最好設定『大多數成功』的政策，這樣即使出現多個Primary，也隻有一個Primary能成功寫入大多數。
預設情況下，複制集的所有讀請求都發到Primary，Driver可通過設定Read Preference來将讀請求路由到其他的節點。
primary： 預設規則，所有讀請求發到Primary
primaryPreferred： Primary優先，如果Primary不可達，請求Secondary
secondary： 所有的讀請求都發到secondary
secondaryPreferred：Secondary優先，當所有Secondary不可達時，請求Primary
nearest：讀請求發送到最近的可達節點上（通過ping探測得出最近的節點）
預設情況下，Primary完成寫操作即傳回，Driver可通過設定[Write Concern(https://docs.mongodb.org/manual/core/write-concern/)來設定寫成功的規則。
如下的write concern規則設定寫必須在大多數節點上成功，逾時時間為5s。
上面的設定方式是針對單個請求的，也可以修改副本集預設的write concern，這樣就不用每個請求單獨設定。
當Primary當機時，如果有資料未同步到Secondary，當Primary重新加入時，如果新的Primary上已經發生了寫操作，則舊Primary需要復原部分操作，以保證資料集與新的Primary一緻。
舊Primary将復原的資料寫到單獨的rollback目錄下，資料庫管理者可根據需要使用mongorestore進行恢複。
Mongodb複制集介紹