1. 前言
当今互联网时代，海量数据呈现爆炸式增长，数据存储和快速查询的需求也越来越高，MongoDB作为一种面向文档的分布式数据库，在处理大规模数据的同时保持数据结构的简洁性和灵活性，日益受到大家的关注和使用。但是，单机部署MongoDB对数据存储和处理的性能有限，因此需要构建分布式、高可用的MongoDB群集。本文主要介绍如何通过MongoDB提供的sharding和replica set的功能构建高可用的MongoDB群集。
2. 构建replica set
2.1 什么是replica set
replica set是MongoDB提供的一种高可用性和数据冗余性解决方案。它由一组mongod实例组成，其中一个为主节点(primary)，其他为副本节点(secondary)。MongoDB提供副本集机制可以保证系统的高可用。节点间保持心跳连接，副本节点可以复制主节点的数据。如果主节点不可用，副本节点中会存在一个节点被选为新的主节点。replica set能自动实现切换主节点，从而保证自动容错和高可用。
2.2 构建replica set
构建replica set需要至少三个mongod实例。其中，一个实例作为主节点(primary)， 另外两个作为副本节点(secondary)。
首先启动三个mongod实例，分别为rs0-0、rs0-1、rs0-2，它们放置在不同的机器上或是部署在同一机器的不同端口下面。
mongod --replSet rs0 --port 27017 --dbpath /data/db/rs0-0
mongod --replSet rs0 --port 27018 --dbpath /data/db/rs0-1
mongod --replSet rs0 --port 27019 --dbpath /data/db/rs0-2
在任意一个mongod实例中执行如下命令，打开mongo shell：
mongo --port 27017
进入mongo shell后，在命令行输入以下内容：
rsconf = { _id:"rs0", members:[ {_id:0,host:"localhost:27017"},{_id:1,host:"localhost:27018"},{_id:2,host:"localhost:27019"}]}
rs.initiate(rsconf)
构建成功后，可以通过以下命令查看已经构建的replica set信息：
rs.status()
执行上述命令后，会显示当前的主节点为哪个mongod实例。
3. 构建sharding群集
3.1 什么是sharding
sharding是指将大型MongoDB数据集分割成较小的、更容易管理的部分的过程。在MongoDB中，数据集被划分为多个shard，每个shard存储数据集的部分数据，这样可以扩大数据处理能力。sharding可以采用水平扩展的方式，提供解决单一节点上存储数据能力不足的解决方案。
3.2 构建sharding群集
构建sharding群集需要4个独立的mongod实例：一个mongod实例用于配置服务器(config server)，另外三个mongod实例作为shard。为了测试sharding功能，可以在一个机器上启动三个mongod实例，分别使用27020、27021、27022端口，并将它们作为shard。其中，27100端口用于作为config server，存储shard分片信息。
mongod --configsvr --port 27100 --dbpath /data/db/cs0
mongod --shardsvr --replSet s0 --port 27020 --dbpath /data/db/s0-0
mongod --shardsvr --replSet s0 --port 27021 --dbpath /data/db/s0-1
mongod --shardsvr --replSet s0 --port 27022 --dbpath /data/db/s0-2
启动config server实例后，可进入mongo shell中执行以下命令：
mongo --port 27100
rs.initiate({_id:"cfg0",configsvr:true,members:[{_id:0,host:"localhost:27100"}]})
接下来，启动mongos实例，作为MongoDB分片路由器。mongos与config server及shard之间建立连接，并控制访问哪个shard。
mongos --configdb cfg0/localhost:27100 --port 27017
启动mongos实例后，可进入mongo shell中执行以下命令，添加shard。
sh.addShard("s0/localhost:27020,localhost:27021,localhost:27022")
添加成功后，可以执行以下命令验证sharding设置是否正确：
sh.status()
这时，可以使用Robo3T等MongoDB客户端向mongos发出请求，mongos会将请求正确路由至相应的shard，进行处理并返回结果。
4. 总结
本文介绍了如何通过MongoDB提供的sharding和replica set的功能构建高可用的MongoDB群集。replica set是MongoDB提供的一种高可用性和数据冗余性解决方案，能自动实现切换主节点，从而保证自动容错和高可用；sharding是把MongoDB数据集分割成较小的、更容易管理的部分，可以采用水平扩展的方式，提供解决单一节点上存储数据能力不足的解决方案。通过这两种功能的结合使用，可以构建高可用的MongoDB群集，满足大规模数据存储和快速查询的需求。