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  • MongoDB快速入门

    一、NoSQL概述

    NoSQL是Not Only SQL的缩写,指的是非关系型数据库,与传统的关系型数据库相对应,主要用于超大规模数据的存储。

    与RDBMS相比,具有如下特点:

    • 没有声明性查询语言
    • 没有预定义模式
    • 键值对存储
    • 最终一致性
    • 非结构化和不可预知的数据
    • CAP定理
    • 高性能和可伸缩性

    优点:高可扩展性;分布式计算;低成本;半结构化数据;关系简单。

    缺点:没有标准化;查询功能有限;最终一致性没有ACID直观。

    二、MongoDB概述

    MongoDB是一个基于分布式文件存储的开源数据库系统,为Web应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。将数据存储为一个文档,数据结构由键值对组成。存储的数据与应用的数据,在格式上(JSON)高度一致。

    主要特点:

    • 面向文档存储,操作简单
    • 可以设置任何属性的索引
    • 支持丰富的查询表达式
    • 允许在服务端执行脚本
    • 支持各种编程语言
    • 具有更高的扩展性
    • 可以将负载分布在各个节点

    官网地址

    三、主要概念

    1、数据库database

    与RDBMS的概念相同。MongoDB的默认数据库为“db”,存储在data目录中。不同的数据库放置在不同的文件中。

    数据库名称的限制:

    • 不能是空字符串
    • 不能包含空格、“.”、“/”、“”、“$”、空字符等
    • 应该全部小写
    • 最长64个字节

    保留的数据库名称:

    • admin,相当于一个root数据库,如果将用户添加到该数据库,那么该用户将自动获得所有数据库的权限
    • local,这个数据库不会被复制,可以用来存储仅限于本地单个服务器的任意集合
    • config,当Mongo用于分片设置时,该数据库在内部使用,用来保存分片的相关信息

    2、集合collection

    相当于RDBMS中“表”的概念。集合没有固定的结构,可以插入不同格式和类型的数据。数据库的信息存储在dbname.system命名空间下的特殊集合中。

    集合名称的限制:

    • 不能是空字符串
    • 不能包含空字符,空字符表示集合名的结尾
    • 不能以system开头,属于系统保留的前缀
    • 不能包含保留字符

    3、文档document

    相当于RDBMS中“行”的概念。MongoDB的文档不需要设置相同的字段,并且相同字段不需要相同的数据类型。文档的数据结构采用BSON格式,和JSON基本相同,BSON是一种类json的二进制形式的存储格式。

    使用文档时需要注意:

    • 文档中的键值对是有序的
    • 文档中的值可以是任意数据类型
    • 区分类型和大小写
    • 不能有重复的键
    • 文档的键是字符串

    4、字段field

    相当于RDBMS中“列”的概念。

    字段的常用类型:

    • String,字符串类型,在MongoDB中,UTF-8才是合法编码
    • Integer,整形数值
    • Boolean,布尔值
    • Double,双精度浮点值
    • Min/Max keys,将一个值与BSON(二进制的JSON)元素的最低值/最高值相比较
    • Arrays,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,基本等同于字符串类型
    • Date,日期时间
    • Object ID,用于创建文档的ID
    • Binary Data,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

    5、索引index

    与RDBMS的概念相同。

    6、主键primary key

    自动将_id字段设置为主键。

    7、表连接

    不支持表连接,但可以通过嵌入文档的方式实现。

    四、用法

    1、安装

    从官网下载并直接安装,设置path环境变量。

    2、启动

    直接启动:

    mongod
    

    指定配置文件启动:

    mongod --config /etc/mongodb.conf
    

    3、操作数据库

    创建数据库:

    use DATABASE_NAME
    

    如果数据库不存在,则创建数据库,否则切换到指定的数据库。

    查看当前数据库:

    db
    

    查看所有数据库:

    show dbs
    

    删除当前数据库:

    db.dropDatabase()
    

    在删除之前应该使用db命令查看当前数据库名,或者使用use命令切换到要删除的数据库。

    删除集合:

    db.collection.drop()
    

    4、操作文档

    插入:

    db.COLLECTION_NAME.insert(document)
    

    如果集合不存在,MongoDB会自动创建该集合并插入文档。如果不指定_id字段,save方法与insert方法类似。如果指定_id字段,save方法会更新该_id的数据。

    更新:

    db.COLLECTION_NAME.update(query, update, {upsert:boolean, multi:boolean, writeConcern:document})
    
    • query,更新的查询条件,相对于sql的where语句
    • update,更新的对象和操作符,相对于sql的set语句
    • upsert,可选,如果要更新的记录不存在,是否插入新记录,true为插入,默认false为不插入
    • multi,可选,默认false为只更新第一条记录,如果为true,则全部更新
    • writeConcern,可选,表示抛出异常的级别

    通过传入的文档替换已有的文档:

    db.COLLECTION_NAME.save(document, {writeConcern:document})
    

    删除:

    db.COLLECTION_NAME.remove(query, {justOne:boolean, writeConcern:document})
    
    • query,可选,要删除的文档的满足条件
    • justOne,可选,如果为true,则只删除一个文档
    • writeConcern,可选,表示抛出异常的级别

    如果不包含任何参数,则删除集合中的所有文档。建议在执行remove操作之前,先执行find命令来判断执行条件是否正确。

    查询:

    db.COLLECTION_NAME.find()
    

    如果希望格式化查询的结果,可以使用pretty方法:

    db.COLLECTION_NAME.find().pretty()
    

    如果希望只返回一个文档:

    db.COLLECTION_NAME.findOne()
    

    在find方法中,传入多个键值对,每个键值对之间以逗号分隔,等价于SQL中的and条件:

    db.COLLECTION_NAME.find({key1:value1, key2:value2})
    

    在find方法中,使用关键字$or,等价于SQL中的or条件:

    db.COLLECTION_NAME.find({$or:[{key1:value1, key2:value2}]})
    

    在MongoDB中,有四种条件操作符,分别是$gt、$lt、$gte、$lte,对应SQL中的大于、小于、大于等于和小于等于。

    db.COLLECTION_NAME.find({key: {$gt : value}})
    

    还有一个条件操作符$type,用来判断字段的类型:

    db.COLLECTION_NAME.find({key: {$type : typeid}})
    

    使用limit方法,指定要读取的记录数量:

    db.COLLECTION_NAME.find().limit(NUMBER)
    

    使用skip方法,跳过指定数量的记录,参数默认为0:

    db.COLLECTION_NAME.find().limit(NUMBER).skip(NUMBER)
    

    使用sort方法,指定排序的字段,参数为1表示升序,-1表示降序,默认按照升序排列:

    db.COLLECTION_NAME.find().sort({KEY:1})
    

    使用aggregate方法,处理数据并返回计算后的数据结果:

    db.COLLECTION_NAME.aggregate(AGGREGATE_OPERATION)
    

    聚合操作包括:

    • $sum,计算求和
    • $avg,计算平均值
    • $min,获取最小值
    • $max,获取最大值
    • $push,插入值到一个数组中
    • $addToSet,插入值到一个数组中,但不创建副本
    • $first,根据排序获取第一个文档数据
    • $last,根据排序获取最后一个文档数据

    在MongoDB中,可以使用聚合管道,将文档在一个管道处理完毕之后把结果传递给下一个管道处理。

    常用的管道操作:

    • $project,修改输入文档的结构,可以用来重命名、增加或删除字段,也可以用来创建计算结果以及嵌套文档
    • $match,用于过滤数据,只输出符合条件的文档
    • $limit,用来限制聚合管道返回的文档数
    • $skip,在聚合管道中跳过指定数量的文档
    • $unwind,将文档中的某一个数组类型字段拆分成多条,每条包含数组中的一个值
    • $group,将集合中的文档分组,用于统计结果
    • $sort,将输入文档进行排序之后输出
    • $geoNear,输出接近某一地理位置的有序文档

    索引是特殊的数据结构,存储在一个易于遍历读取的数据集合中,是对数据库表中的若干字段的值进行排序的一种结构。MongoDB还提供多个可选参数,用来限定索引的规则。

    创建索引:

    db.COLLECTION_NAME.ensureIndex({KEY:1})
    

    5、数据库的备份和恢复

    复制:将数据同步在多个服务器的过程。提供了数据的冗余备份,并在多个服务器上存储数据副本。允许从硬件故障和服务中断中恢复数据。复制至少需要两个节点,其中一个是主节点,负责处理客户端请求,其余都是从节点,负责复制主节点的数据。

    分片:当存储海量数据时,一台机器不足以存储数据,也不足以提供可接受的读写量。可以通过在多台机器上分割数据,使得数据库系统能够存储和处理更多的数据。Shard用于存储实际的数据块,实际使用中一个shard server可以由几台机器组成。Config server存储整个ClusterMetadata,其中包括chunk信息。Query routers前端路由,客户端由此接入。

    备份:在MongoDB中,可以使用mongodump命令来备份数据,该命令可以导出所有数据到指定目录。

    mongodump -h dbhost -d dbname -o dbdirectory
    

    恢复:在MongoDB中,可以使用mongorestore命令来恢复备份的数据。

    mongorestore -h dbhost -d dbname --directoryperdb dbdirectory
    

    6、数据库的监控

    在安装部署并启动MongoDB服务后,必须了解运行情况,并查看其性能。

    mongostat是MongoDB自带的状态检测工具。mongotop用来跟踪一个MongoDB实例,查看读写所花费的时间。这两个工具都位于MongoDB的安装目录的bin目录下。

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