MongoDB 源碼分析：Mongos Balancer 均衡器實現

Balancer 角色

後台任務（繼承 BackgroundJob），周期性檢查 Chunk 分佈，將過載 Shard 的 Chunk 遷移至閒置 Shard，實現數據均衡。

類結構

• BalancerPolicy：策略介面，決定哪些 Chunk 需遷移。
• CandidateChunk：待遷移 Chunk 信息。

核心流程 Balancer::run()

void Balancer::run() {
    while (!inShutdown()) {
        if (!_init()) { sleep(60); continue; } // 連接配置服務器
        break;
    }
    ConnectionString config = configServer.getConnectionString();
    DistributedLock balanceLock(config, "balancer"); // 分布式鎖，防多 Mongos 衝突

    while (!inShutdown()) {
        if (!grid.shouldBalance()) { sleep(30); continue; } // 均衡功能關閉

        // 1. 獲取分布式鎖
        if (!balanceLock.try_lock()) { sleep(10); continue; }

        // 2. 收集候選 Chunk
        vector<CandidateChunkPtr> candidates;
        ScopedDbConnection conn(config);
        _doBalanceRound(conn, &candidates);

        // 3. 執行遷移
        int moved = _moveChunks(&candidates);
        _balancedLastTime = moved;

        balanceLock.unlock();
        sleep(moved ? 5 : 10); // 有遷移則 5s 後繼續，否則 10s
    }
}

關鍵步驟詳解

_doBalanceRound()：收集遷移候選

• 遍歷所有集合的 Chunk 分佈。
• 計算每個 Shard 的 Chunk 數、數據量。
• 調用 BalancerPolicy::getCandidateChunks() 找出「最重 Shard → 最輕 Shard」的遷移對。

_moveChunks()：逐個遷移

1. 對每個 CandidateChunk，調用 moveChunk()（發送 moveChunk 命令給源 Shard）。
2. 源 Shard 讀取 Chunk 數據 → 發送給目標 Shard → 目標確認 → 更新 Config Server 元數據。
3. 遷移期間 Chunk 標記為 migrating，讀寫請求由 Mongos 路由到正確位置。

分布式鎖 DistributedLock

• 基於 Config Server 的 config.locks 集合實現。
• 鎖文檔含 _id, state, who, ts。
• try_lock() 用 findAndModify 原子搶佔；unlock() 釋放。
• 防止多 Mongos 同時均衡導致元數據衝突。

配置參數影響

• chunkSize：Chunk 最大體積，影響分裂與遷移粒度。
• balancerWindow：允許均衡的時間窗口。
• _balancedLastTime：上輪遷移數，動態調整睡眠間隔。

總結

Balancer 以後台線程 + 分布式鎖 + 策略模式實現自動化數據均衡。核心難點在於元數據一致性（Config Server 鎖）、遷移過程的原子性（兩階段提交）、策略的可擴展性（Policy 接口）。