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Kevin Zhang
2024-10-30
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MongoDB介绍

# 8.1 MongoDB 简介

MongoDB 是用 C++ 语言编写的非关系型数据库。特点是高性能、易部署、易使用，存储数据十分方便，主要特性有：

  • 面向集合存储，易于存储对象类型的数据；
  • 模式自由；
  • 支持动态查询；
  • 支持完全索引，包含内部对象；
  • 支持复制和故障恢复；
  • 使用高效的二进制数据存储，包括大型对象；
  • 文件存储格式为 BSON（一种JSON的扩展）；

MongoDB 有广泛的使用场景，是传统关系型数据的有效补充。

  • 网站数据：MongoDB 非常适合实时的插入，更新与查询，并具备网站实时数据存储所需的复制及高度伸缩性。

  • 缓存：由于性能很高，MongoDB 也适合作为信息基础设施的缓存层。在系统重启之后，由MongoDB 搭建的持久化缓存可以避免下层的数据源过载。

  • 大尺寸、低价值的数据：使用传统的关系数据库存储一些数据时可能会比较贵，在此之前，很多程序员往往会选择传统的文件进行存储。

  • 高伸缩性的场景：MongoDB 非常适合由数十或者数百台服务器组成的数据库。

  • 用于对象及 JSON 数据的存储：MongoDB 的 BSON 数据格式非常适合文档格式化的存储及查询。

2018 年 6 月，MongoDB 在 4.0 版本中支持 ACID 事务，成为第一个支持强事务的 NoSQL 数据库，更加扩大了其使用的范围。

# 8.1.1 基本概念

在关系型数据库中，主要由数据库（database）、表（table）、**记录（rows）**三个层次概念组成。

在 MongoDB 数据库中，主要由数据库（database）、集合（collection）、**文档对象（document）**三个层次概念组成。

对比项 MongoDB MySQL/Oracle
表 集合 二维表table
表的一行数据 文档document 一条记录record
表字段 键key 字段field
字段值 值value 值value
主外键 无 PK，FK
灵活度扩展性 极高 差

MongoDB 里的集合对应于关系型数据库里的表，但是集合中没有列、行和关系的概念，集合中只有文档，一个文档就相当于一条记录，这体现了模式自由的特点。

  • 文档（document）是 MongoDB 中数据的基本单元，非常类似于关系型数据库系统中的行（但是比行要复杂的多）;
  • 集合（collection）就是一组文档，如果说 MongoDB 中的文档类似于关系型数据库中的行，那么集合就如同表;

如下为官方给出的文档（document）示例，是典型的json数据。

{
  "_id": "5cf0029caff5056591b0ce7d",
  "firstname": "Jane",
  "lastname": "Wu",
  "address": {
    "street": "1 Circle Rd",
    "city": "Los Angeles",
    "state": "CA",
    "zip": "90404"
  },
  "hobbies": ["surfing", "coding"]
}
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其使用的查询语言也非常方便，简单易懂。

> db.users.find({ "address.zip" : "90404" })
{ "_id": "5cf0029caff5056591b0ce7d", "firstname": "Jane", "lastname": "Wu", "address":{}}
{ "_id": "507f1f77bcf86cd799439011", "firstname": "Jon", "lastname": "Davis", "address":{}}
{ "_id": "5349b4ddd2781d08c09890f3", "firstname": "Jim", "lastname": "White", "address":{}}
{ "_id": "5bf142459b72e12b2b1b2cd", "firstname": "Jeff", "lastname": "Taylor", "address":{}}
{ "_id": "5cf003283b23d04a40d5f88a", "firstname": "Jerry", "lastname": "Miller", "address":{}}
{ "_id": "5bf142459b72e12b2b1b2cd", "firstname": "Jai", "lastname": "Williams", "address":{}}
{ "_id": "5cf0036deaa1742dd225ea35", "firstname": "Jess", "lastname": "Johnson", "address":{}}
{ "_id": "54495ad94c934721ede76d90", "firstname": "Jill", "lastname": "Brown", "address":{}}
{ "_id": "566eb3c704c7b31facbb0007", "firstname": "Janet", "lastname": "Jones", "address":{}}
{ "_id": "5a999cc461d36489a27f2563", "firstname": "Jan", "lastname":
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或者这样支持事务的复杂查询：

session.start_transaction()
order = { line_items : [ { item : 5, quantity: 6 } ] }
db.orders.insertOne( order, session=session );
for x in order.line_items:
  db.inventory.update(
    { _id  : x.item } ,
    { $inc : { number : -1 * x.quantity } },
    session=session
  )
session.commit_transaction()
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MongoDB 的单个实例可以容纳多个独立的数据库，每一个数据库都有自己的集合和权限。

MongoDB 自带简洁但功能强大的JavaScript Shell，这个工具对于管理 MongoDB 实例和操作数据作用非常大。

每一个文档都有一个特殊的键 “_id”，它在文档所处的集合中是唯一的，相当于关系数据库中的表的主键。

MongoDB 支持的数据类型，如下表所示：

数据类型 描述
String 字符串。存储数据常用的数据类型。在 MongoDB 中，UTF-8 编码的字符串才是合法的。
Integer 整型数值。用于存储数值。根据你所采用的服务器，可分为 32 位或 64 位。
Boolean 布尔值。用于存储布尔值（真/假）。
Double 双精度浮点值。用于存储浮点值。
Min/Max keys 将一个值与 BSON（二进制的 JSON）元素的最低值和最高值相对比。
Array 用于将数组或列表或多个值存储为一个键。
Timestamp 时间戳。记录文档修改或添加的具体时间。
Object 用于内嵌文档。
Null 用于创建空值。
Symbol 符号。该数据类型基本上等同于字符串类型，但不同的是，它一般用于采用特殊符号类型的语言。
Date 日期时间。用 UNIX 时间格式来存储当前日期或时间。你可以指定自己的日期时间：创建 Date 对象，传入年月日信息。
Object ID 对象 ID。用于创建文档的 ID。
Binary Data 二进制数据。用于存储二进制数据。
Code 代码类型。用于在文档中存储 JavaScript 代码。
Regular expression 正则表达式类型。用于存储正则表达式。

# 8.1.2 下载安装

MongoDB 官方提供有 Windows、Linux、macOS 等操作系统的安装包下载。本小节使用 Windows 版本进行介绍。

到官方网站 https://www.mongodb.com/download-center/community (opens new window) 下载 Windows x64 最新 4.2.1 版本的 MSI 安装包。

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双击下载的mongodb-win32-x86_64-2012plus-4.2.1-signed.msi安装文件，启动安装过程。

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选择“完全”安装。

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在“Install MongoDB Compass”安装步骤中，取消“Install MongoDB Compass”复选框，否则安装程序会到网上下载这个 GUI 管理工具，由于网络下载原因，会导致安装过程特别漫长。

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剩余安装步骤，全部选择默认即可。

安装完毕后，检查 Windows 服务，确认 MongoDB 服务已经启动。

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如果读者想使用官方 GUI 管理工具（MongoDB Compass），可以自行到 https://www.mongodb.com/download-center/compass (opens new window) 这里使用下载工具（如迅雷）快速下载，并自己安装。

# 8.1.3 安装管理工具

连接 MongoDB 有多种方式，除了可以使用 MongoDB 自带的最原始的命令窗口工具外，还可以使用功能强大的“NoSQL Manager for MongoDB”客户端 GUI 管理工具来连接 MongoDB。

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到 mongodbmanager 官网 https://www.mongodbmanager.com/download (opens new window) 下载Free版本的管理工具，按照正常步骤安装即可。

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安装完毕后，打开管理工具，连接到本地 MongoDB 服务器。

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通过 GUI 管理工具，可以方便地看到 MongoDB 安装完毕后，默认创建了 admin、config 和 local 等 3 个数据库。

在 Database 上右键，创建数据库 test，并在 test 数据库中创建 test_collection。

在 test_collection 中创建一个文档（document），内容为官方网站首页给出的示例数据。

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保存后，在界面中可查看到数据已正确保存。

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如果读者安装了 MongoDB Compass，可以打开 MongoDB Compass 查看保存在 MongoDB 服务器中的数据。

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个人感觉，其界面不如 NoSQL Manager for MongoDB 看起来方便。当然，读者可以选用自己顺手的 GUI 管理工具，或者直接使用命令行工具来管理，最终效果都是一样的。

# 8.1.4 常用命令

在资源管理器（C:\Program Files\MongoDB\Server\4.2\bin）下找到mongo.exe，双击，打开 MongoDB 的命令行管理终端。

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接下来，我们介绍一些 MongoDB 的命令，熟悉一下 MongoDB 的操作，更详细的 MongoDB 的操作，请参考官方文档。

显示所有的数据库：

> show dbs;
admin   0.000GB
config  0.000GB
local   0.000GB
test    0.000GB
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切换到前面创建的 test 数据库：

> use test;
switched to db test
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创建一个名为 user 的集合：

> db.createCollection("user");
{ "ok" : 1 }
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显示数据库中所有的集合：

> show collections;
empty_collection
test_collection
user
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在 user 集合中插入 2 个文档：

> db.user.insert({"id":1,"name":"Kevin","age":"18"});
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.user.insert({"id":2,"name":"Roy","age":"8"});
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
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查询 user 集合中的所有文档：

> db.user.find();
{ "_id" : ObjectId("5de3d41cb422c3774fecc6e8"), "id" : 1, "name" : "Kevin", "age" : "18" }
{ "_id" : ObjectId("5de3d4cfb422c3774fecc6e9"), "id" : 2, "name" : "Roy", "age" : "8" }
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查询 user 集合中 name=Kevin 的文档：

> db.user.find({"name":"Kevin"});
{ "_id" : ObjectId("5de3d41cb422c3774fecc6e8"), "id" : 1, "name" : "Kevin", "age" : "18" }
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更新 user 集合中 id=1 的文档的 name 为 Kevin Zhang，并添加属性 smart，值为 The Best，并查询所有记录检查更新结果：

> db.user.update({"id":1}, {"id":1,"name":"Kevin Zhang","age":"18","smart":"The Best"})
WriteResult({ "nMatched" : 1, "nUpserted" : 0, "nModified" : 1 })
> db.user.find();
{ "_id" : ObjectId("5de3d41cb422c3774fecc6e8"), "id" : 1, "name" : "Kevin Zhang", "age" : "18", "smart" : "The Best" }
{ "_id" : ObjectId("5de3d4cfb422c3774fecc6e9"), "id" : 2, "name" : "Roy", "age" : "8" }
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再添加一个文档（查询结果为 3 个文档），供后续删除练习用：

> db.user.insert({"id":3,"name":"Good Man","age":"16"});
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
> db.user.find();
{ "_id" : ObjectId("5de3d41cb422c3774fecc6e8"), "id" : 1, "name" : "Kevin Zhang", "age" : "18", "smart" : "The Best" }
{ "_id" : ObjectId("5de3d4cfb422c3774fecc6e9"), "id" : 2, "name" : "Roy", "age" : "8" }
{ "_id" : ObjectId("5de3d790b422c3774fecc6ea"), "id" : 3, "name" : "Good Man", "age" : "16" }
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删除 id=3 的文档，并查询检查，确认查询结果为 2 个文档：

> db.user.remove({"id":3});
WriteResult({ "nRemoved" : 1 })
> db.user.find();
{ "_id" : ObjectId("5de3d41cb422c3774fecc6e8"), "id" : 1, "name" : "Kevin Zhang", "age" : "18", "smart" : "The Best" }
{ "_id" : ObjectId("5de3d4cfb422c3774fecc6e9"), "id" : 2, "name" : "Roy", "age" : "8" }
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通过 GUI 管理工具，查看数据库中集合文档的变化情况，可以清晰得看到 test 数据库中新增了 1 个 user 集合，这个集合中有 2 个文档，并且这两个文档的字段数不相同（有别于关系型数据库如 MySQL，同一张表中字段必须相同）。

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上次更新: 2024/11/17, 16:29:23
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