MongoDB：索引、条件更新与关注级别实验

基线 MongoDB Server 7.0.14，WiredTiger 使用该 Server tag 所带版本，源码说明见MongoDB 正文。模型与真服务实验分开输出，不能把单节点命令当作多副本故障证据。

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仓库内从根目录运行。单独下载请将六份文件保存在同一目录，使用 bash run.sh --model / bash run.sh --service；脚本依据自身位置读取相邻依赖。

• run.sh：Bash 公开入口。
• fixture.json：数组 cross/same、库存 100 扣 80、重复请求键、事务错误标签、历史窗口及 10000 订单配置。
• model.py：Python 3.9+ 标准库有限模型，不访问数据库。
• run_service.py：Python 只读 TCP 预检，调用 PATH 中的 mongosh，生成独有数据库名。
• verify.js：mongosh 实际命令与断言，不依赖 npm 包。
• compose.yaml：可选 7.0.14 单节点复制集，绑定 127.0.0.1:17017。

有限模型：谓词与结果未知

服务模式默认严格要求 7.0.14 可写复制集。其他 MongoDB 7.x 可以用 --server-version 显式指定精确运行版本，源码基线不变。已有 standalone 可显式传 --standalone，仅执行索引、查询、唯一键、单文档 CAS 与 local/w1/j 断言；输出 scope: standalone subset 和未运行列表，不声称通过复制集实验。

实验代码

bash labs/data-senior/mongodb/run.sh --model

数组 cross 的 A/1 与 B/5 分别满足两个点路径条件，same 的 A/5 满足同元素条件：宽松查询返回 cross/same，$elemMatch 仅 same。两个调用者都拿 version=1，写入点重检后 matchedCount 为 [1,0]，库存 20、版本 2；相同 tenant/request_id 第二次插入为 duplicate-key。

超时模型选择“已执行、确认丢失”这一反例：客户端 UNKNOWN 而存储中仍为 20，说明超时不构成回滚证明；它不推断每次超时都已执行。TransientTransactionError、UnknownTransactionCommitResult、无标签分别引导重试事务体、重试提交、核查原因。token=20 在 [15,40] 窗口内，token=12 不可续。入口为这些手算真值提供断言，失败非零；时间窗口只是简化的整数模型，真实 resume token 为不透明值，不能自行比较解析。

该模型没有运行 BSON 比较、KeyString、WT 并发冲突、journal、oplog、驱动重试或复制协议。

已有复制集的真实命令

需要 Python、PATH 中的 mongosh 和一个已初始化且可写的 7.0.14 replica set。入口只读检查版本/hello，不执行 rs.initiate、改配置或启动服务。默认：

实验代码

bash labs/data-senior/mongodb/run.sh --service
# 仅在独立实验复制集位于27017时显式指定：
bash labs/data-senior/mongodb/run.sh --service --uri 'mongodb://127.0.0.1:27017/?directConnection=true'

步骤和字面断言：

1. 新建 study_t18_mongo_<UUID> 数据库和 ownership 标记；写前拒绝已存在非空 namespace。10000 订单分 10 租户，索引 {tenant:1,createdAt:-1,total:1}。相同 tenant=3 的覆盖投影返回 1000、docsExamined=0；包含 payload 后返回 1000、docsExamined=1000，报告保存实际 winningPlan（可能 classic/SBE）与 executionStats。
2. 唯一索引 {tenant:1,request_id:1} 的第二次插入必须报 11000，不能把任意异常当成功。数组点路径命中 2，$elemMatch 命中 1。库存两次同谓词更新为 [1,0]，最终 stock=20/version=2。
3. 显式 primary 路由下对照 local read + w:1/j、majority read + majority/j，以及同一因果 session 的 majority 读写；每次都检查 writeErrors/writeConcernError。这验证参数被接受与该单节点结果，不证明任意 secondary 已应用或跨机房因果延迟。
4. snapshot 事务将两个账户从 100/0 改为 90/10；change stream 接收一个 insert 和服务器 resume token。没有制造提交响应丢失、错误标签、rollback 或窗口过期，相关失败只在有限模型与源码/纸面推演中讨论。

finally 关闭 stream/session，核对自己的 ownership 标记后只 drop 自己生成的数据库，并核对集合清空；不固定或清空 study 库，不扫描/删除其他库。首个写是 ownership 插入，创建响应丢失也会在 finally 定向检查标记；非空却无标记时拒绝删除并报告清理失败。强杀进程或清理时断网仍可能留下 UUID namespace。JSON 给出 namespace、完成断言与清理结果。

可选 Compose 与当前实际范围

学习者可自行选择 compose.yaml 建独立单节点。要求可用 Docker daemon/镜像；每次使用独立项目名，只在这个实验容器里初始化 study-rs：

实验代码

mongo_project="t18-mongo-$(python3 -c 'import uuid; print(uuid.uuid4().hex[:12])')"
docker compose -p "$mongo_project" -f labs/data-senior/mongodb/compose.yaml up -d
docker compose -p "$mongo_project" -f labs/data-senior/mongodb/compose.yaml exec mongo mongosh --quiet --eval 'rs.initiate({_id:"study-rs",members:[{_id:0,host:"mongo:27017"}]})'
# 等待hello.isWritablePrimary为true；宿主机装有mongosh后运行 --service。
docker compose -p "$mongo_project" -f labs/data-senior/mongodb/compose.yaml down

2026-10-23 实际结果：有限模型/公开命令测试通过；服务入口 TCP 17017 为 Connection refused，未创建数据库；27017 只读端口探测也拒绝，PATH 未发现 mongosh。Docker CLI 29.8.2 存在，但 OrbStack daemon socket 不存在。本轮未安装、拉镜像、启动服务或改用户配置；verify.js 仅做 JS 语法检查，全部数据库断言待环境验证。

单节点 majority 只涉及自身，不能证明多副本容错、secondary 落后、真实 wtimeout、回滚、切主/分区、恢复备份、oplog 过期或分片唯一性。本实验对这些结论不输出伪造 PASS。

T37 本机服务复核（2026-10-24）

实验代码

bash labs/data-senior/mongodb/run.sh --service --uri 'mongodb://127.0.0.1:27017/?directConnection=true' --server-version 7.0.45 --standalone

本机已有 MongoDB 7.0.45 standalone；mongosh 客户端安装在本轮临时目录，未改服务配置。首次实跑发现旧 shell 的 assert.eq 不适用于 mongosh，已改为 Node 严格断言，避免把语法检查当成实验通过。真实运行得到：10000 订单覆盖查询 docsExamined=0、取 payload=1000；唯一键重复错误 11000；数组宽松匹配 2、elemMatch=1；两次 CAS 匹配 [1,0]，库存20/版本2；local 读与 w1/j 写通过。自己的 UUID 数据库已按 ownership 标记清理并核对为空。

--standalone 明确跳过 majority/因果 session 对照、snapshot 多文档事务和 change stream/resume token；没有将用户服务改为复制集。默认 7.0.14 预检在该服务器上拒绝且不创建数据库，显式 7.0.45 的完整复制集入口也拒绝 standalone。复制集、切主、窗口过期与恢复故障仍未实跑。