MongoDB의 Replica Set(복제)과 Sharding(수평 확장)을 정리합니다.

Replica Set (복제)

Replica Set은 동일한 데이터를 여러 노드에 복제하여 고가용성과 읽기 분산을 제공합니다.

구조

Primary (읽기/쓰기) ──→ Secondary 1 (읽기)
                    └──→ Secondary 2 (읽기)
                    └──→ Arbiter (투표만, 데이터 없음, 선택적)

핵심 개념

구성 요소 설명
Primary 모든 쓰기를 처리하는 유일한 노드
Secondary Primary의 데이터를 복제, 읽기 가능
Arbiter 투표에만 참여 (데이터 저장 안함, 짝수 노드 시 사용)
Oplog 복제에 사용되는 작업 로그 (capped collection)
Election Primary 장애 시 자동 선출

Replica Set 설정

초기화

// mongosh에서 실행 (Primary가 될 노드)
rs.initiate({
    _id: "myReplicaSet",
    members: [
        { _id: 0, host: "mongo1:27017" },
        { _id: 1, host: "mongo2:27017" },
        { _id: 2, host: "mongo3:27017" }
    ]
})

상태 확인

rs.status()           // Replica Set 상태
rs.isMaster()         // 현재 노드 역할
rs.conf()             // 설정 확인
rs.printReplicationInfo()    // Oplog 정보
rs.printSecondaryReplicationInfo()  // 복제 지연

멤버 관리

// 멤버 추가
rs.add("mongo4:27017")

// Arbiter 추가
rs.addArb("arbiter1:27017")

// 멤버 제거
rs.remove("mongo4:27017")

// 우선순위 변경 (높을수록 Primary 선출 우선)
cfg = rs.conf()
cfg.members[1].priority = 2
rs.reconfig(cfg)

Read Preference (읽기 분산)

모드 설명
primary Primary에서만 읽기 (기본값, 최신 데이터 보장)
primaryPreferred Primary 우선, 불가 시 Secondary
secondary Secondary에서만 읽기
secondaryPreferred Secondary 우선, 불가 시 Primary
nearest 네트워크 지연이 가장 적은 노드 
// Secondary에서 읽기
db.users.find().readPref("secondary")

// Connection String에서 지정
// mongodb://mongo1,mongo2,mongo3/mydb?replicaSet=myReplicaSet&readPreference=secondaryPreferred

Write Concern (쓰기 보장 수준)

값 설명
w: 0 확인 안함 (Fire & Forget)
w: 1 Primary 확인 (기본값)
w: “majority” 과반수 노드 확인 (권장)
w: 3 3개 노드 확인
j: true 저널링까지 확인 
db.users.insertOne(
    { name: "홍길동" },
    { writeConcern: { w: "majority", j: true, wtimeout: 5000 } }
)

Sharding (수평 확장)

Sharding은 데이터를 여러 서버(Shard)에 분산 저장하여 수평 확장을 제공합니다.

구조

Client → mongos (Router) → Config Server (메타데이터)
                        ├→ Shard 1 (Replica Set)
                        ├→ Shard 2 (Replica Set)
                        └→ Shard 3 (Replica Set)

구성 요소

구성 요소 설명
Shard 데이터를 저장하는 노드 (각각 Replica Set)
mongos 클라이언트 요청을 적절한 Shard로 라우팅
Config Server 클러스터 메타데이터, 청크 매핑 정보 저장
Chunk 데이터 분할 단위 (기본 128MB)
Shard Key 데이터 분배 기준 필드

Shard Key 선택

Shard Key는 한번 설정하면 변경이 어려우므로 신중하게 선택해야 합니다.

좋은 Shard Key 나쁜 Shard Key
높은 카디널리티 낮은 카디널리티 (성별, 상태)
균등한 분포 단조 증가 (ObjectId, 타임스탬프)
쿼리에 자주 포함 쿼리에 사용 안되는 필드

Shard Key 전략

전략 예시 장점 단점
Hashed { _id: "hashed" } 균등 분배 범위 쿼리 비효율
Ranged { created_at: 1 } 범위 쿼리 효율 핫스팟 가능
Compound { tenant_id: 1, _id: 1 } 균형 잡힌 분배 설계 복잡

Sharding 설정

// 1. Sharding 활성화 (mongos에서)
sh.enableSharding("mydb")

// 2. Shard Key로 인덱스 생성
db.orders.createIndex({ user_id: "hashed" })

// 3. 컬렉션 샤딩
sh.shardCollection("mydb.orders", { user_id: "hashed" })

// 상태 확인
sh.status()
db.orders.getShardDistribution()

아키텍처 선택 가이드

요구사항 권장 구성
개발/테스트 단일 인스턴스
고가용성 필요 Replica Set (3노드)
읽기 분산 Replica Set + Read Preference
대용량 데이터 (TB+) Sharded Cluster
글로벌 분산 Zone Sharding

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참고