MongoDB系列--01、MongoDB入门

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-11-21 03:48 264阅读 0赞

### MongoDB系列--01、MongoDB入门 ###

*  MongoDB理论基础
 *   *  介绍
     *  概念
     *   *  数据库（database）
         *  集合（collection）
         *   *  capped collections
         *  文档（document）
         *  元数据
     *  数据类型
     *   *  ObjectId
         *  字符串
         *  时间戳
         *  日期
     *  MongoDB的应用场景
     *   *  适用场景
         *   *  更高的写入负载
             *  高可用性
             *  数据量很大或者未来会变得很大
             *  基于位置的数据查询
             *  表结构不明确，且数据在不断变大
             *  没有DBA支持
         *  不适用场景

# MongoDB理论基础 #

## 介绍 ##

**MongoDB官网**：https://www.mongodb.com/

MongoDB 是一个基于【分布式文件存储】的数据库，它属于NoSQL数据库。是最像关系型数据库的一个NoSQL数据库

MongoDB存储数据是key-value结构的BSON(二进制json)文档

## 概念 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>SQL术语/概念</th> 
   <th>MongoDB术语/概念</th> 
   <th>解释/说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>database</td> 
   <td>database</td> 
   <td>数据库</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>table</td> 
   <td>collection</td> 
   <td>数据库表/集合</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>row</td> 
   <td>document</td> 
   <td>数据记录行/文档</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>column</td> 
   <td>field</td> 
   <td>数据字段/域</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>index</td> 
   <td>index</td> 
   <td>索引</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>table joins</td> 
   <td></td> 
   <td>表连接,MongoDB不支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>primary key</td> 
   <td>primary key</td> 
   <td>主键,MongoDB自动将_id字段设置为主键</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

通过下图实例，我们也可以更直观的了解Mongo中的一些概念：

![img][]

### 数据库（database） ###

一个mongodb中可以建立**多个**数据库。  
MongoDB的默认数据库为`db`，该数据库存储在data目录中（安装时，可以默认或指定）。  
MongoDB的单个实例可以容纳多个独立的数据库，每一个都有自己的集合和权限，不同的数据库也放置在不同的文件中。

**数据库命名规范**

*  不能是空字符串（"")
 *  不得含有’ '（空格)、.、$、/、\\和\\0 (空字符)
 *  应全部小写
 *  最多64字节

### 集合（collection） ###

**集合**就是 MongoDB 文档组，类似于关系数据库中的表格。

集合存在于数据库中，没有固定的机构；比如我们可以向集合中插入不同数据结构的文档

{"name":"christy"}
    {"name":"christy","age":"18"}
    {"name":"christy","age":"18","desc":"shuai"}

一旦有文档插入，集合就会被创建

> 一个collection（集合）中的所有field（域）是collection（集合）中所有document（文档）中包含的field（域）的并集

**集合命名规范**

*  集合名不能是空字符串""
 *  集合名不能含有\\0字符（空字符)，这个字符表示集合名的结尾
 *  集合名不能以"system."开头，这是为系统集合保留的前缀
 *  用户创建的集合名字不能含有保留字符。有些驱动程序的确支持在集合名里面包含，这是因为某些系统生成的集合中包含该字符。除非你要访问这种系统创建的集合，否则千万不要在名字里出现$

#### capped collections ####

**Capped collections**就是固定大小的collection。与标准的collection不同，你必须要显式的创建一个capped collection，指定一个 collection 的大小，单位是字节。它的存储空间值是提前分配的。  
**创建一个capped collection**

db.createCollection("mycollection",{capped:true, szie:99999})

*  在 capped collection 中，你能添加新的对象
 *  能进行更新，然而，对象不会增加存储空间。如果增加，更新就会失败
 *  使用 Capped Collection 不能删除一个文档，但可以使用 drop() 方法删除 collection 所有的行。  
    删除之后，你必须显式的重新创建这个 collection
 *  在32bit机器中，capped collection 最大存储为 1e9( 1X10的9次方)个字节。

### 文档（document） ###

**文档**是一组键值(key-value)对(即 BSON)。**MongoDB 的文档不需要设置相同的字段，并且相同的字段并不需要相同的数据类型**。

对于文档，需要注意

*  文档中的键/值对是有序的
 *  文档中的值不仅可以是在双引号里面的字符串，还可以是其他几种数据类型（甚至可以是整个嵌入的文档)。
 *  MongoDB区分类型和大小写
 *  MongoDB的文档不能有重复的键
 *  文档的键是字符串。除了少数例外情况，键可以使用任意UTF-8字符

**文档键命名规范**

*  键不能含有\\0 (空字符)。这个字符用来表示键的结尾
 *  .和$有特别的意义，只有在特定环境下才能使用
 *  以下划线"\_"开头的键是保留的(不是严格要求的)

### 元数据 ###

MongoDB数据库中名字空间 .system.\* 是包含多种系统信息的特殊集合(Collection)

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>集合命名空间</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>dbname.system.namespaces</td> 
   <td>列出所有名字空间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>dbname.system.indexes</td> 
   <td>列出所有索引</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>dbname.system.profile</td> 
   <td>列出数据库概要(profile)信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>dbname.system.users</td> 
   <td>列出所有可访问数据库的用户</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>dbname.system.sources</td> 
   <td>包含复制对端（slave）的服务器信息和状态</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

对于修改系统集合中的对象有如下限制

*  在\{ \{system.indexes\}\}插入数据，可以创建索引。但除此之外该表信息是不可变的(特殊的drop index命令将自动更新相关信息)
 *  \{ \{system.users\}\}是可修改的
 *  \{ \{system.profile\}\}是可删除的

## 数据类型 ##

MongoDB中常用的数据类型

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数据类型</th> 
   <th>说明</th> 
   <th>解释</th> 
   <th>举例</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>String</td> 
   <td>字符串</td> 
   <td>UTF-8编码的字符串才是合法的</td> 
   <td>{“name”:“Christy”}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Integer</td> 
   <td>整型数值</td> 
   <td>随服务器不同（32|64位）</td> 
   <td>{“age”:18}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Boolean</td> 
   <td>布尔值</td> 
   <td>存储布尔值：真|假</td> 
   <td>{“falg”:true}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Double</td> 
   <td>浮点数</td> 
   <td>存储浮点值</td> 
   <td>{“π”:3.14}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ObjectId</td> 
   <td>对象Id</td> 
   <td>生成文档的id</td> 
   <td>{“_id”:ObjectId(“123456”)}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Array</td> 
   <td>数组</td> 
   <td>将数组|列表|多个值存储到一个键</td> 
   <td>{“value”:[“1”,“2”]}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Timestamp</td> 
   <td>时间戳</td> 
   <td>从纪元开始的毫秒数</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Object</td> 
   <td>内嵌文档</td> 
   <td>可以作为文档中某个key的value</td> 
   <td>{“doc”:{“name”:“Christy”}}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Null</td> 
   <td>空值</td> 
   <td>表示空值或者未定义的对象</td> 
   <td>{“value”:null}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Date</td> 
   <td>日期</td> 
   <td>用Unix日期格式来存储当前日期或时间</td> 
   <td>{“date”:new Date()}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Regular</td> 
   <td>正则表达式</td> 
   <td>文档中的正则表达式遵循js语法</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Code</td> 
   <td>代码</td> 
   <td>可以包含js代码</td> 
   <td>{“js”:function(){}}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>File</td> 
   <td>文件</td> 
   <td>二进制转码(Base64)后存储(&lt;16M) GridFS(&gt;16M)</td> 
   <td>GridFS 用两个集合来存储一个文件：fs.files与fs.chunks</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

下面说明下几种重要的数据类型。

### ObjectId ###

ObjectId 类似唯一主键，可以很快的去生成和排序，包含 12 bytes，含义是：

*  前 4 个字节表示创建 **unix** 时间戳,格林尼治时间 **UTC** 时间，比北京时间晚了 8 个小时
 *  接下来的 3 个字节是机器标识码
 *  紧接的两个字节由进程 id 组成 PID
 *  最后三个字节是随机数

![img][img 1]

MongoDB 中存储的文档必须有一个 \_id 键。这个键的值可以是任何类型的，默认是个 ObjectId 对象

由于 ObjectId 中保存了创建的时间戳，所以你不需要为你的文档保存时间戳字段，你可以通过 getTimestamp 函数来获取文档的创建时间:

> var newObject = ObjectId()
    > newObject.getTimestamp()
    ISODate("2017-11-25T07:21:10Z")

ObjectId 转为字符串

> newObject.str
    5a1919e63df83ce79df8b38f

### 字符串 ###

**BSON 字符串都是 UTF-8 编码。**

### 时间戳 ###

BSON 有一个特殊的时间戳类型用于 MongoDB 内部使用，与普通的 日期 类型不相关。 时间戳值是一个 64 位的值。其中：

*  前32位是一个 time\_t 值（与Unix新纪元相差的秒数）
 *  后32位是在某秒中操作的一个递增的`序数`

在单个 mongod 实例中，时间戳值通常是唯一的。

在复制集中， oplog 有一个 ts 字段。这个字段中的值使用BSON时间戳表示了操作时间。

> BSON 时间戳类型主要用于 MongoDB 内部使用。在大多数情况下的应用开发中，你可以使用 BSON 日期类型。

### 日期 ###

表示当前距离 Unix新纪元（1970年1月1日）的毫秒数。日期类型是有符号的, 负数表示 1970 年之前的日期。

> var mydate1 = new Date()     //格林尼治时间
    > mydate1
    ISODate("2018-03-04T14:58:51.233Z")
    > typeof mydate1
    object
    > var mydate2 = ISODate() //格林尼治时间
    > mydate2
    ISODate("2018-03-04T15:00:45.479Z")
    > typeof mydate2
    object

这样创建的时间是日期类型，可以使用 JS 中的 Date 类型的方法。

返回一个时间类型的字符串：

> var mydate1str = mydate1.toString()
    > mydate1str
    Sun Mar 04 2018 14:58:51 GMT+0000 (UTC) 
    > typeof mydate1str
    string

或者

> Date()
    Sun Mar 04 2018 15:02:59 GMT+0000 (UTC)

## MongoDB的应用场景 ##

### 适用场景 ###

#### 更高的写入负载 ####

默认情况下，MongoDB更侧重高数据写入性能，而非事务安全，MongoDB很适合业务系统中有大量“低价值”数据的场景。但是应当避免在高事务安全性的系统中使用MongoDB，除非能从架构设计上保证事务安全

#### 高可用性 ####

MongoDB的副本集(Master-Slave)配置非常简洁方便，此外，MongoDB可以快速响应的处理单节点故障，自动、安全的完成故障转移。这些特性使得MongoDB能在一个相对不稳定（如云主机）的环境中，保持高可用性

#### 数据量很大或者未来会变得很大 ####

依赖数据库(MySQL)自身的特性，完成数据的扩展是较困难的事，在MySQL中，当一个单表达到5-10GB时会出现明显的性能降级，此时需要通过数据的水平和垂直拆分、库的拆分完成扩展，使用MySQL通常需要借助驱动层或代理层完成这类需求。而MongoDB内建了多种数据分片的特性，可以很好的适应大数据量的需求

#### 基于位置的数据查询 ####

MongoDB支持二维空间索引，因此可以快速及精确的从指定位置获取数据

#### 表结构不明确，且数据在不断变大 ####

在一些传统关系型数据库中，增加一个字段会锁住整个数据库/表，或者在执行一个重负载的请求时会明显造成其它请求的性能降级。通常发生在数据表大于1G的时候（当大于1TB时更甚）。 但MongoDB是文档型数据库，为非结构货的文档增加一个新字段是很快速的操作，并且不会影响到已有数据。另外一个好处当业务数据发生变化时，是将不在需要由DBA修改表结构

#### 没有DBA支持 ####

如果没有专职的DBA，并且准备不使用标准的关系型思想（结构化、连接等）来处理数据，那么MongoDB将会是你的首选。MongoDB对于对像数据的存储非常方便，类可以直接序列化成JSON存储到MongoDB中。 但是需要先了解一些最佳实践，避免当数据变大后，由于文档设计问题而造成的性能缺陷

### 不适用场景 ###

在某些场景下，MongoDB作为一个非关系型数据库有其局限性。MongoDB不支持事务操作，所以需要用到事务的应用建议不用MongoDB，另外MongoDB目前不支持join操作，需要复杂查询的应用也不建议使用MongoDB

[img]: /images/20221120/207d616131e3458087e9cbff81de4e8f.png
[img 1]: /images/20221120/a7585bd9abdc4103a512b013d5f16bbf.png