MongoDB是一种非关系型数据库，它支持水平扩展，也就是通过增加服务器来提高数据库的容量和性能。MongoDB的水平扩展是通过分片集群来实现的，分片集群是由多个分片、配置服务器和路由器组成的一个分布式系统。本文将介绍分片集群的架构与原理，以及三种角色的功能与协作。
分片是分片集群中存储数据的基本单元，每个分片是一个独立的MongoDB服务器或者副本集。副本集是由多个MongoDB服务器组成的一个高可用性和数据冗余的单元，其中有一个主节点负责处理读写请求，其他节点为从节点，负责复制主节点的数据和在主节点故障时选举新的主节点。副本集可以保证分片的数据安全和可靠性，同时也提高了分片的读取性能。
分片集群中的数据是按照某个字段或者字段组合（称为分片键）来划分为多个区间（称为区块），每个区块包含了一定范围内的数据。每个区块被分配给一个分片，这样就实现了数据在不同分片之间的均匀分布。当数据量增加时，MongoDB会自动对区块进行拆分和迁移，以保持数据在各个分片之间的平衡。
配置服务器
配置服务器是分片集群中存储元数据的服务器，元数据包括了数据库、集合和区块的信息，以及每个区块所属的分片。配置服务器通常也是一个副本集，以保证元数据的高可用性和一致性。配置服务器不直接参与数据的读写操作，而是通过路由器来提供元数据给客户端。
路由器
路由器是分片集群中负责处理客户端请求和转发请求到相应分片的服务器，每个路由器都连接到所有的配置服务器和所有的分片。路由器通常也是一个MongoDB服务器或者副本集，可以有多个路由器提供服务给客户端。路由器会缓存配置服务器提供的元数据，并根据元数据来确定每个请求应该发送到哪个分片。路由器还会对跨多个分片的请求进行聚合和排序，以返回统一的结果给客户端。
三种角色的协作
在MongoDB分片集群中，三种角色都有各自的职责和功能，但也需要相互协作和通信，以保证整个系统的正常运行。以下是一些典型的场景：
1.当客户端发起一个读写请求时，路由器会根据缓存的元数据来判断该请求涉及到哪些区块和分片，并将请求转发到相应的分片。如果缓存的元数据过期或者不完整，路由器会向配置服务器请求最新的元数据，并更新缓存。
2.当分片中的数据量增加时，分片会向配置服务器报告自己的区块信息，配置服务器会根据各个分片的负载情况，决定是否对某个区块进行拆分或者迁移。