3.MongoDB恢复探究：为什么oplogReplay参数只设置了日志应用结束时间oplogLimit，而没有设置开始时间？

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（一）问题

在使用MySQL数据库binlog日志基于时间点恢复数据库时，我们必须要指定binlog的开始位置和结束位置，而在MongoDB里面，如果使用oplog进行恢复，只有oplogLimit参数，该参数信息如下

--oplogLimit=<seconds>[:ordinal] only include oplog entries before the provided Timestamp

oplogLimit参数定义了数据库恢复到该时间点。也就是说，MongoDB只是设置了oplog的结束位置，没有指定oplog的开始位置。那么就存在问题了，以下图为例，我在T3时刻执行了全备份，在T4时刻数据库发生了误操作，当我执行恢复的时候，分为2个步骤：

阶段1：使用之前的完全备份，将数据库恢复到T3时刻；
阶段2：使用oplog日志，将数据库恢复到T4故障之前。T4故障之前的时间点由参数oplogLimit控制，但是：oplog的开始时间不是从T3时刻开始的，而是T2时刻开始的，这里T2是oplog记录的最早时间，该时间并不受我们控制。

补充：这里的“不受我们控制”是指在使用mongorestore重做oplog的时候，我们没办法指定开始时间。但是如果想要把oplog的开始时间控制在T3时刻，还是有办法的：使用bsondump分析全备的最后一笔数据，在备份oplog的时候，用query选项过滤掉之前的数据即可。然而，这并不是我们关心的，我所关心的，是为什么mongorestore不指定开始时间。

说了那么多，把问题明确一下：

mongorestore在恢复oplog的时候，只限定了日志的结束位置，而没有开始位置，这样就会造成oplog恢复的开始位置不是T3，而是在T2，那么就会存在T2~T3这段时间数据重复操作的问题，理论上会造成数据变化，为什么mongorestore不设定一个开始时间参数去避免重复操作的问题呢？

（二）问题探索

（2.1）oplog日志格式解析

既然该问题可能会发生在重做oplog时，那么我们不妨先看一下oplog到底存储了什么信息。为了查看oplog日志保存了什么信息，向test集合中插入1条数据：

db.test.insert({"empno":1,"ename":"lijiaman","age":22,"address":"yunnan,kungming"});

查看test集合的数据信息

db.test.find()
/* 1 */
{
"_id" : ObjectId("5f30eb58bcefe5270574cd54"),
"empno" : 1.0,
"ename" : "lijiaman",
"age" : 22.0,
"address" : "yunnan,kungming"
}

使用下面查询语句查看oplog日志信息：

use local db.oplog.rs.find( { $and : [ {"ns" : "testdb.test"} ] } ).sort({ts:1})

结果如下：

/* 1 */
{
"ts" : Timestamp(1597070283, 1),
"op" : "i",
"ns" : "lijiamandb.test",
"o" : {
"_id" : ObjectId("5f30eb58bcefe5270574cd54"),
"empno" : 1.0,
"ename" : "lijiaman",
"age" : 22.0,
"address" : "yunnan,kungming"
}
}

oplog中各个字段的含义：

ts：数据写的时间，括号里面第1位数据代表时间戳，是自unix纪元以来的秒值，第2位代表在1s内订购时间戳的序列数
op：操作类型，可选参数有：

-- "i"： insert

--"u"： update

--"d"： delete

--"c"： db cmd

--"db"：声明当前数据库 (其中ns 被设置成为=>数据库名称+ '.')

--"n": no op,即空操作，其会定期执行以确保时效性

ns：命名空间，通常是具体的集合
o：具体的写入信息
o2: 在执行更新操作时的where条件，仅限于update时才有该属性

（2.2）文档中的“_id”字段

在上面的插入文档中，我们发现每插入一个文档，都会伴随着产生一个“_id”字段，该字段是一个object类型，对于“_id”，需要知道：

"_id"是集合文档的主键，每个文档（即每行记录）都有一个唯一的"_id"值
"_id"会自动生成，也可以手动指定，但是必须唯一且非空。

经过测试，发现在执行文档的DML操作时，会根据ID进行，我们不妨来看看DML操作的文档变化。

（1）插入文档，查看文档信息与oplog信息

use testdb//插入文档
db.mycol.insert({id:1,name:"a"})
db.mycol.insert({id:2,name:"b"})
db.mycol.insert({id:3,name:"c"})
db.mycol.insert({id:4,name:"d"})
db.mycol.insert({id:5,name:"e"})
db.mycol.insert({id:6,name:"f"})rstest:PRIMARY> db.mycol.find()
{ "_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a0"), "id" : 1, "name" : "a" }
{ "_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a1"), "id" : 2, "name" : "b" }
{ "_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a2"), "id" : 3, "name" : "c" }
{ "_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a3"), "id" : 4, "name" : "d" }
{ "_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a4"), "id" : 5, "name" : "e" }
{ "_id" : ObjectId("5f3b471b6530eb8aa5bf88a5"), "id" : 6, "name" : "f" }

这里记录该集合文档的变化，可以发现，mongodb为每条数据都分配了一个唯一且非空的”_id”：

此时查看oplog，如下

/* 1 */
{
"ts" : Timestamp(1597720346, 2),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "i",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:12:26.231Z"),
"o" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a0"),
"id" : 1.0,
"name" : "a"
}
}/* 2 */
{
"ts" : Timestamp(1597720346, 3),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "i",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:12:26.246Z"),
"o" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a1"),
"id" : 2.0,
"name" : "b"
}
}... 略 ...

（2)更新操作

rstest:PRIMARY> db.mycol.update({"id":1},{$set:{"name":"aa"}})
WriteResult({ "nMatched" : 1, "nUpserted" : 0, "nModified" : 1 })

这里更新了1行数据，可以看到，文档id是没有发生变化的

此时查看oplog，如下：

/* 7 */
{
"ts" : Timestamp(1597720412, 1),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "u",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"o2" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a0")
},
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:13:32.649Z"),
"o" : {
"$v" : 1,
"$set" : {
"name" : "aa"
}
}
}

这里值得我们注意：上面我们说到，oplog的”o2”参数是更新的where条件，我们在执行更新的时候，指定的where条件是”id=1”，id是我们自己定义的列，然而，在oplog里面指定的where条件是

"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a0")，很明显，他们都指向了同一条数据。这样，当我们使用oplog进行数据恢复的时候，直接根据”_id”去做数据更新，即使再执行N遍，也不会导致数据更新出错。

（3)再次更新操作

上面我们是对某一条数据进行更新，并且在update中指出了更新后的数据，这里再测试一下，我使用自增的方式更新数据。每条数据的id在当前的基础上加10

rstest:PRIMARY> db.mycol.update({},{$inc:{"id":10}},{multi:true})
WriteResult({ "nMatched" : 6, "nUpserted" : 0, "nModified" : 6 })

数据变化如图，可以看到，id虽然发生了变化，但是”_id”是没有改变的。

再来看oplog信息

/* 8 */
{
"ts" : Timestamp(1597720424, 1),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "u",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"o2" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a0")
},
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:13:44.398Z"),
"o" : {
"$v" : 1,
"$set" : {
"id" : 11.0
}
}
}/* 9 */
{
"ts" : Timestamp(1597720424, 2),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "u",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"o2" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a1")
},
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:13:44.399Z"),
"o" : {
"$v" : 1,
"$set" : {
"id" : 12.0
}
}
}/* 10 */
{
"ts" : Timestamp(1597720424, 3),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "u",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"o2" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a2")
},
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:13:44.399Z"),
"o" : {
"$v" : 1,
"$set" : {
"id" : 13.0
}
}
}/* 11 */
{
"ts" : Timestamp(1597720424, 4),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "u",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"o2" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a3")
},
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:13:44.400Z"),
"o" : {
"$v" : 1,
"$set" : {
"id" : 14.0
}
}
}/* 12 */
{
"ts" : Timestamp(1597720424, 5),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "u",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"o2" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a4")
},
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:13:44.400Z"),
"o" : {
"$v" : 1,
"$set" : {
"id" : 15.0
}
}
}/* 13 */
{
"ts" : Timestamp(1597720424, 6),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "u",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"o2" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471b6530eb8aa5bf88a5")
},
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:13:44.400Z"),
"o" : {
"$v" : 1,
"$set" : {
"id" : 16.0
}
}
}

这里也值得我们注意：o2记录的是已经发生更改的文档_id，o就比较有意思了，记录的是发生变更之后的值。我们可以发现，如果我们把上面自增更新的SQL执行每执行1次，id都会加10，但是，我们重复执行N次oplog，并不会改变该条记录的值。

（4)再来看看删除操作

rstest:PRIMARY> db.mycol.remove({"id":{"$gt":14}})
WriteResult({ "nRemoved" : 2 })

数据变化如下图:

再来看看oplog日志：

/* 14 */
{
"ts" : Timestamp(1597720485, 1),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "d",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:14:45.511Z"),
"o" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471a6530eb8aa5bf88a4")
}
}/* 15 */
{
"ts" : Timestamp(1597720485, 2),
"t" : NumberLong(11),
"h" : NumberLong(0),
"v" : 2,
"op" : "d",
"ns" : "testdb.mycol",
"ui" : UUID("56c4e1ad-4a15-44ca-96c8-3b3b5be29616"),
"wall" : ISODate("2020-08-18T03:14:45.511Z"),
"o" : {
"_id" : ObjectId("5f3b471b6530eb8aa5bf88a5")
}
}

”op”:”d”选项记录了该操作是执行删除，具体删除什么数据，由o选项记录，可以看到，记录的是”_id”，可以看到，删除操作是根据”_id”执行的。

（三）结论

可以看到，在DML操作数据库时，oplog时基于"_id"记录文档变化的。那么，我们来总结一下开头提出的问题：未指定开始时间，oplog数据是否会重复操作呢？

如果当前数据库已经存在相同id的数据，那么不会执行二次插入，主键冲突报错；
在做更新时，记录的是更新文档的"_id"以及发生变更后的数据，因此，如果再次执行，只会修改该条数据，哪怕执行N遍，效果也和执行一遍是一样的，所有也就不怕重复操作单条数据了；
在执行删除操作时，记录的是删除的文档"_id"，同样，执行N遍和执行一遍效果是一样的，因为”_id”是唯一的。

因此，即使oplog从完全备份之前开始应用，也不会造成数据的多次变更。

【完】

相关文档：

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2.MongoDB 4.2副本集环境基于时间点的恢复

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