MongoDB的网络协议

这篇文章主要来说明MongoDB的网络协议，总结性的说MongoDB通讯基于TCP之上，数据采用BSON封装。

关于TCP

TCP具有良好的拥塞控制，可靠传输等特性，比较适合数据库产品的通讯协议。一些对数据一致性，可靠性要求不高的产品也有采用UDP协议实现。如Redis，Memcached都支持UDP访问，但从实际的生产上来说，TCP来的更可靠，UDP的“不可靠”性质，反而会带来更多的运维负担，增加了排查问题的复杂性。

关于BSON

BSON作为JSON的一种扩展，支持了Binary的数据类型，日期数据等。相比较于Protocol Buffers而言，数据是Humman Readable。MongoDB经常提及的Documents，实际上就是BSON格式数据。同样的，支持嵌套的机制，BSON可以很好的映射成Object，这相对于表结构，在灵活性上提高了一大截。数据不在是扁平的，可以是树形的组织结构，比如：

{
    "_id" : 1,
    "name" : { "first" : "John", "last" : "Backus" },
    "contribs" : [ "Fortran", "ALGOL", "Backus-Naur Form", "FP" ],
    "awards" : [
               {
                 "award" : "W.W. McDowell Award",
                 "year" : 1967,
                 "by" : "IEEE Computer Society"
               },
               { "award" : "Draper Prize",
                 "year" : 1993,
                 "by" : "National Academy of Engineering"
               }
    ]
}

当然BSON也有非常讨厌的一些地方，比如编码后的数据过大，引入了过的括号，符号等。

Wire Protocol

TCP是一种Stream的通讯方式，每次请求之间没有间隔，数据源源不断的发来，那如何才能识别出一个完整的请求块？一般的解决方法是加上一个Header，Header的长度固定，用来描述余下的信息量，包括携带的信息长度。额外说明：MongoDB的网络协议都是little-endian。

参考util/net/message.h的代码：

struct Layout {
    int32_t messageLength; // total message size, including this
    int32_t requestID;     // identifier for this message
    int32_t responseTo;    // requestID from the original request
                               //   (used in responses from db)
    int32_t opCode;
};

messageLength表示整个协议的长度，因为是头部，所以Client每次发送命令时都要先将数据写到Buffer里，得到完整的长度后才能通过TCP发送整个请求。MongoDB规定，messageLength不能大于48MB（1000计算），过大的请求包一般意味着过于复杂的请求类型，或者过大的Document，这与NoSQL的设计原则也是违背的。

requestID/responseTo每个请求都有一个ID标识，同一时刻不应该出现相同的requestID，Driver和Server通过这个字段来确认是否是同一个请求的上下文

opCode操作代码，支持的类型：request-opcodes

相关的解析代码在MessagingPort::recv(Message& m)函数内，首先读取固定长度的Header（Layout），读取到Header后，根据messageLength数值做个预判是否是其他的协议类型，预判全部通过后等待读取余下的协议（messageLength-4），如果SocketBuffer中数据不足，就会阻塞在这里，等待数据包完整到达。

从网络上获得了完整的数据后交给MyMessageHandler::process来处理接下来的命令，这时opCode开始发挥作用，assembleResponse函数会根据opcode的不同，按照不同的协议去解析出相应的对象，然后执行命令。最后按照同样的协议格式发送给Client响应。发给Client的responseTo设置为与请求命令的requestID相同，以便Driver对应到相应的上下文。

参考引用

• MongoDB Wire Protocol
• MongoDB Wire Protocol Part 1

关于作者：

杨成虎，阿里巴巴集团技术专家，擅长通过NoSQL存储系统、Cache系统去解决海量数据的互联网问题。2009年加入阿里巴巴，先后开发了阿里的小文件系统，KV存储系统，负责阿里Tair系统的开发与架构设计。2013年至今主导研发了阿里云分布式缓存服务OCS，目前仍致力于NoSQL产品的云服务化工作。