一、为什么需要MongoDB事务？

在传统的单文档操作中，MongoDB凭借其原子性特性已经能很好地保证数据一致性。但当业务涉及跨文档修改时（比如电商订单和库存的联动更新），就需要通过多文档事务来实现ACID特性。自MongoDB 4.0开始支持副本集事务，4.2更扩展至分片集群，这使得在C#中处理复杂业务逻辑成为可能。

二、环境准备与技术栈说明

本文示例基于以下技术栈：

  • MongoDB 5.0+（必须启用副本集）
  • .NET 6 SDK
  • MongoDB.Driver 2.19+（NuGet包）

通过以下命令创建副本集（Docker快速验证）：

docker run --name mongo-rs -p 27017:27017 -d mongo:5.0 --replSet rs0
docker exec -it mongo-rs mongosh --eval "rs.initiate()"

三、事务操作

3.1 建立会话（Session）

所有事务操作必须通过会话对象执行：

var client = new MongoClient("mongodb://localhost:27017");
var database = client.GetDatabase("orderDB");

using (var session = await client.StartSessionAsync())
{
    // 会话是事务的载体
    session.StartTransaction();

    try 
    {
        // 事务操作代码...
    }
    catch (Exception ex)
    {
        await session.AbortTransactionAsync();
        throw;
    }
}

3.2 多集合原子操作

演示订单创建与库存扣减的经典场景：

var orders = database.GetCollection<Order>("orders");
var inventory = database.GetCollection<Product>("inventory");

var productFilter = Builders<Product>.Filter.Eq(p => p.Sku, "IPHONE_15");
var update = Builders<Product>.Update.Inc(p => p.Stock, -1);

// 关键点：在session参数中传递当前会话
var inventoryResult = await inventory.UpdateOneAsync(
    session, 
    productFilter, 
    update,
    new UpdateOptions { IsUpsert = false });

if (inventoryResult.ModifiedCount == 0)
{
    throw new Exception("库存不足");
}

await orders.InsertOneAsync(session, new Order 
{
    UserId = "u1001",
    Items = new List<OrderItem> { 
        new OrderItem { Sku = "IPHONE_15", Quantity = 1 } 
    }
});

await session.CommitTransactionAsync();

四、事务的进阶技巧

4.1 重试机制

网络波动可能导致事务失败，建议实现自动重试：

int maxRetries = 3;
for (int attempt = 0; attempt < maxRetries; attempt++)
{
    try 
    {
        using var session = await client.StartSessionAsync();
        session.StartTransaction();
        // 业务操作...
        await session.CommitTransactionAsync();
        break;
    }
    catch (MongoException ex) when (ex.HasErrorLabel("TransientTransactionError"))
    {
        if (attempt == maxRetries - 1) throw;
        await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(Math.Pow(2, attempt)));
    }
}

4.2 读关注与写关注

通过配置一致性级别优化事务行为：

var transactionOptions = new TransactionOptions(
    readConcern: ReadConcern.Majority,
    writeConcern: WriteConcern.WMajority);

session.StartTransaction(transactionOptions);

五、技术优缺点分析

5.1 优势亮点

  • 跨文档原子性：解决库存超卖等经典难题
  • 灵活隔离级别：通过读偏好控制数据可见性
  • 集群支持：分片环境下仍保持事务一致性

5.2 使用代价

  • 性能损耗：相比单文档操作，事务吞吐量下降约20%-30%
  • 超时限制：默认60秒事务时长（可通过transactionLifetimeLimitSeconds调整）
  • 内存压力：事务过程中会缓存操作日志

六、避坑指南：5个必须知道的细节

  1. 副本集必须就绪：单节点MongoDB实例无法启动事务
  2. 驱动版本对齐：MongoDB.Driver 2.10+ 才能完整支持4.2+特性
  3. 会话资源释放：务必使用using语句或手动调用Dispose()
  4. 重试标签识别：捕获TransientTransactionError实现智能重试
  5. 写冲突处理：合理设计文档结构减少并发冲突概率

七、典型应用场景剖析

  • 金融交易：账户转账需保证借贷双方同时更新
  • 库存管理：创建订单与扣减库存的原子操作
  • 工单系统：状态变更与操作日志的联动写入
  • 分布式锁：通过事务实现更可靠的锁机制

八、总结与最佳实践

MongoDB事务为C#开发者处理复杂业务逻辑提供了可靠工具，但在使用时需要权衡一致性与性能。建议遵循以下原则：

  1. 事务范围最小化：仅将必要操作放入事务
  2. 异常处理标准化：统一封装事务重试逻辑
  3. 监控指标可视化：跟踪事务提交率、耗时等关键指标
  4. 文档设计优化：通过嵌入式文档减少跨文档操作

当您需要在分布式环境中实现强一致性时，MongoDB事务配合C#的异步编程模型，将成为您最值得信赖的解决方案。