MongoDB中一些害人不浅的陷阱

这篇文章主要介绍MongoDB中一些害人不浅的陷阱,这篇文中总结了MongoDB 数据库级锁、建索引导致数据库阻塞、不合理使用嵌入 embed document、不合理使用 Array 字段等4个坑,不想掉进MongoDB坑里的赶紧来了解下。

MongoDB 是目前炙手可热的 NoSQL 文档型数据库,它提供的一些特性很棒:如自动 failover 机制,自动 sharding,无模式 schemaless,大部分情况下性能也很棒。但是薄荷在深入使用 MongoDB 过程中,遇到了不少问题,下面总结几个我们遇到的坑。特别申明:我们目前用的 MongoDB 版本是 2.4.10,曾经升级到 MongoDB 2.6.0 版本,问题依然存在,又回退到 2.4.10 版本。

MongoDB 数据库级锁

坑爹指数:5星(最高5星)

MongoDB的锁机制和一般关系数据库如 MySQL(InnoDB), Oracle 有很大的差异,InnoDB 和 Oracle 能提供行级粒度锁,而 MongoDB 只能提供 库级粒度锁,这意味着当 MongoDB 一个写锁处于占用状态时,其它的读写操作都得干等。

初看起来库级锁在大并发环境下有严重的问题,但是 MongoDB 依然能够保持大并发量和高性能,这是因为 MongoDB 的锁粒度虽然很粗放,但是在锁处理机制和关系数据库锁有很大差异,主要表现在:

MongoDB 没有完整事务支持,操作原子性只到单个 document 级别,所以通常操作粒度比较小;
MongoDB 锁实际占用时间是内存数据计算和变更时间,通常很快;
MongoDB 锁有一种临时放弃机制,当出现需要等待慢速 IO 读写数据时,可以先临时放弃,等 IO 完成之后再重新获取锁。
通常不出问题不等于没有问题,如果数据操作不当,依然会导致长时间占用写锁,比如下面提到的前台建索引操作,当出现这种情况的时候,整个数据库就处于完全阻塞状态,无法进行任何读写操作,情况十分严重。

解决问题的方法,尽量避免长时间占用写锁操作,如果有一些集合操作实在难以避免,可以考虑把这个集合放到一个单独的 MongoDB 库里,因为 MongoDB 不同库锁是相互隔离的,分离集合可以避免某一个集合操作引发全局阻塞问题。

建索引导致数据库阻塞

坑爹指数:3星

上面提到了 MongoDB 库级锁的问题,建索引就是一个容易引起长时间写锁的问题,MongoDB 在前台建索引时需要占用一个写锁(而且不会临时放弃),如果集合的数据量很大,建索引通常要花比较长时间,特别容易引起问题。

解决的方法很简单,MongoDB 提供了两种建索引的访问,一种是 background 方式,不需要长时间占用写锁,另一种是非 background 方式,需要长时间占用锁。使用 background 方式就可以解决问题。 例如,为超大表 posts 建立索引, 千万不用使用


db.posts.ensureIndex({user_id: 1})

而应该使用


db.posts.ensureIndex({user_id: 1}, {background: 1})

不合理使用嵌入 embed document

坑爹指数:5星

embed document 是 MongoDB 相比关系数据库差异明显的一个地方,可以在某一个 document 中嵌入其它子 document,这样可以在父子 document 保持在单一 collection 中,检索修改比较方便。

比如薄荷的应用情景中有一个 Group document,用户申请加入 Group 建模为 GroupRequest document,我们最初的时候使用 embed 方式把 GroupRequest 放置到 Group 中。 Ruby 代码如下所示(使用了 Mongoid ORM):


class Group
include Mongoid::Document
...
embeds_many :group_requests
...
end

class GroupRequest
include Mongoid::Document
...
embedded_in :group
...
end


这个使用方式让我们掉到坑里了,差点就爬不出来,它导致有接近两周的时间系统问题,高峰时段常有几分钟的系统卡顿,最严重一次甚至引起 MongoDB 宕机。

仔细分析后,发现某些活跃的 Group 的 group_requests 增加(当有新申请时)和更改(当通过或拒绝用户申请时)异常频繁,而这些操作经常长时间占用写锁,导致整个数据库阻塞。原因是当有增加 group_request 操作时,Group 预分配的空间不够,需要重新分配空间(内存和硬盘都需要),耗时较长,另外 Group 上建的索引很多,移动 Group 位置导致大量索引更新操作也很耗时,综合起来引起了长时间占用锁问题。

解决问题的方法,说起来也简单,就是把 embed 关联更改成的普通外键关联,就是类似关系数据库的做法,这样 group_request 增加或修改都只发生在 GroupRequest 上,简单快速,避免长时间占用写锁问题。当关联对象的数据不固定或者经常发生变化时,一定要避免使用 embed 关联,不然会死的很惨。

不合理使用 Array 字段

坑爹指数:4星

MongoDB 的 Array 字段是比较独特的一个特性,它可以在单个 document 里存储一些简单的一对多关系。

薄荷有一个应用情景使用遇到严重的性能问题,直接上代码如下所示:


class User
include Mongoid::Document
...
field :follower_user_ids, type: Array, default: []
...
end

User 中通过一个 Array 类型字段 follower_user_ids 保存用户关注的人的 id,用户关注的人从 10个到 3000 个不等,变化是比较频繁的,和上面 embed 引发的问题类似,频繁的 follower_user_ids 增加修改操作导致大量长时间数据库写锁,从而引发 MongoDB 数据库性能急剧下降。

解决问题的方法:我们把 follower_user_ids 转移到了内存数据库 redis 中,避免了频繁更改 MongoDB 中的 User, 从而彻底解决问题。如果不使用 redis,也可以建立一个 UserFollower 集合,使用外键形式关联。

先列举上面几个坑吧,都是害人不浅的陷阱,使用 MongoDB 过程一定要多加注意,避免掉到坑里,更多精彩内容,尽在http://www.chinae.org。