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MongoDB基础

邓力波

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一、简介

MongoDB是一个强大的分布式文件存储的NoSQL数据库，天然支持高可用、分布式和灵活设计。由C++编写，运行稳定，性能高。为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。主要解决关系型数据库数据量大，并发高导致查询效率低下的问题，通过使用内存代替磁盘提高查询性能。
MongoDB特点：
【1】模块自由：可以把不同结构的文档存在在同一个数据库里；
【2】面向集合的存储：适合存储JSON风格文件的形式；
【3】完整的索引支持：对任何属性都可以加索引；
【4】复制和高可用性：支持服务器之间的数据复制，支持主-从模式及服务器之间的相互复制。从而提供冗余备份及自动故障转移；
【5】自动分片：支持云级别的伸缩性，自动分片功能支持水平的数据库集群，可动态添加额外的机器；
【6】丰富的查询：支持丰富的查询表达方式，查询指令使用JSON形式的标记，可轻易查询文档中内嵌的对象及数组；
【7】快速更新查询：查询优化器会分析查询表示式，并生成一个高效的查询计划；
【8】高效的传统存储方式：支持二进制数据及大型对象（如图片）；
二、基本操作

MongoDB将数据存储在一个文件，数据结构由键值key:value对组成，类似于JSON对象，字段值包含其他文档、数组、文档数组。
SQL术语MongoDB术语说明DataBaseDataBase数据库TableCollection数据库表/集合：存储多个文档，结构不固定{'name':'zzx','gender':'男'}{'class':'一班','count':'10'}RowDocument数据记录行/文档就是一个对象，由键值对构成，是JSON扩展的BSON格式{'name':'zzx','gender':'男'}ColumnField数据字段/域IndexIndex索引Table Joins表连接，MongoDB不支持Primary KeyPrimary Key主键，MongoDB自动将_id设置为主键集合操作
  1. // 创建
  2. db.createCollection(name, options)
  3. // 查看集合
  4. show collections
  5. // 删除
  6. db.集合名称.drop()
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name要创建的集合名称，options是一个文档，用于制定集合的配置，选项参数是可选的：参数capped:默认为false表示不设置上限；参数size:当capped值为true时，需要指定此参数，表示设置上限的大小，会覆盖之前的值，单位为字节。
  1. db.createCollection("stu")
  2. db.createCollection("stu", { capped: true, size: 20})
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数据类型

类型说明Object ID文档ID,每个文档都有一个属性，为_id保证一个文档的唯一性，可以自己设置，如果没有设置自动提供一个特别的_id，类型为objectID：12字节的十六进制数，前4个字节时时间戳，接下来3个字节是机器ID，接下来2个字节服务进程ID最后三位是增量值String字符串UTF-8Boolean布尔Integer整形Double布尔Arrays数组或列表Object嵌入式的文档，MongoDB是不能维护关系的，可以通过嵌入文档的形式来维护这个关系Null空值Timestamp时间戳Date日期UNIX时间格式文档操作
  1. // 插入
  2. db.集合名称.insert(document)
  4. //案例1
  5. db.stu.insert({name:'zzx',gender:1}) //自动生成_id
  6. //案例2
  7. s1={_id:'43444433',name:'zzx'}
  8. s1.gender=0
  9. db.stu.insert(s1)
  11. // 修改
  12. db.集合名称.update(
  13.     <query>, // 查询条件，类似sql中的where部分
  14.     <update>,  // 类似sql中的 set部分
  15.     {$multi:<boolean>} // 默认false值改第一条记录，true表示修改满足的所有数据
  16. )
  18. //案例
  19. db.stu.update({name:'zzx'},{name:'fj'}) // 整个文档的结构都会发生变化
  20. db.stu.update({name:'zzx'},{$set:{name:'fj'}}) // 只会修改 name的属性
  22. // 保存：如果数据存在进行修改，不存在进行插入
  23. db.集合名称.save(document)
  25. // 删除
  26. db.集合名称.remove(
  27.     <query>,
  28.     {
  29.         justOne:<boolean> //默认false会删除多条
  30.     }
  31. )
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查询操作
  1. // 查询
  2. db.集合名称.find(条件文档)
  3. // 查询一条数据
  4. db.集合名称.findOne(条件文档)
  6. //案例 and和or一起使用。运算法符：$lt小于 $lte小于等于 $gt大于 $gte大于等于 $ne不等于 使用//或者$regex编写正则表达式
  7. db.stu.find({$or:[{age: {$gte: 18}}, {gender: 1}], name: 'zzx'})
  8. db.stu.find({name:{$regex:'^黄'}})
  9. db.stu.find({name:/^黄/})
  11. // ** 自定义查询：使用 $where后面写一个函数
  12. db.stu.find({$where:function(){return this.age > 20}})
  14. // limit()用于读取指定数量的文档
  15. db.集合名称.find().limit(NUMBER) //NUMBER表示文档的条数
  16. // skip()用于跳过指定数量的文件，配合limit实现分页功能,与limit同时使用的时候不分先后顺序。
  17. db.集合名称.find().skip(NUMBER)
  19. //投影：查询的结构集只选择必要的字段
  20. db.集合名称.find({},{字段名称:1,...}) // 对需要显示的字段设置为1，id默认会返回，如果不想返回可以设置为0
  22. // 排序 sort()
  23. db.集合名称.find().sort({字段:1,...}) // 1升序，-1降序
  24. // 统计 count()
  25. db.集合名称.find().count({条件}) //find可以省略
  26. db.stu.count({age:{$gt:20},gender:1})
  28. // 去重distinct()
  29. db.集合名称.distinct({去重字段,{条件}})
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聚合

主要用于计算数据，类似sql中的sum()、avg()。
常用的管道：$group将集合中的文档分组，可用于统计结果；$match过滤数据，只输出符合条件的文档；$project修改输入文档的结构，如重命名、增加、删除字段、创建计算结果；$sort将输入文档排序后输出；$limit限制聚合管道返回的文档数；$skip跳过指定数量的文档，返回剩余文档；$unwind将数组类型的字段进行拆分；
常用的表达式：$sum计算综合，$sum:1同count表示计数；$avg计算平均值；$min获取最小值；$max获取最大值；$push在结果文档中插入值到下一个数组中；$first根据资源文件的排序获取第一个文档数据；$last根据资源文档的排序获取最后一个文档数据。
  1. db.集合名称.aggregate([{管道:{表达式}}]) //管道在Linux中一般用于将当前命令的输出结果作为下一个命令的输入,在MongoDB中是同样的作用
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分组$group
  1. // 统计男女的总人数 _id表示组分的依据，使用某个字段的格式为'$字段'，如果需要得到整个文档可以使用 '$$ROOT' 替换 '$age'
  2. db.stu.aggregate([
  3.     {$group:{
  4.         _id:'$gender',
  5.         counter:{$push:'$age'}
  6.     }}
  7. ])
  8. // 输入
  9. {"_id":男,"counter":[12,45]}
  10. {"_id":女,"counter":[22,15]}
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过滤数据$match
  1. db.stu.aggregate([
  2.     {$match:{age:{$gt:20}}},
  3.     {$group:{_id:'$gender',counter:{$sum:1}}}
  4. ])
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投影$project:只显示某个字段
  1. db.stu.aggregate([
  2.     {$group:{_id:'$gender',counter:{$sum:1}}},
  3.     {$project:{_id:0,counter:1}}
  4. ])
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排序$sort
  1. db.stu.aggregate([
  2.     {$group:{_id:'$gender',counter:{$sum:1}}},
  3.     {$sort:{counter:-1}}
  4. ])
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$limit 和 $skip
  1. db.stu.aggregate([
  2.     {$group:{_id:'$gender',counter:{$sum:1}}},
  3.     {$sort:{counter:-1}},
  4.     {$skip:1},
  5.     {$limit:1}
  6. ])
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$unwind 将数组类型的字段进行拆分，如果不是数组是一个属性，就单独输出该属性
  1. db.集合名称.aggregate([{$unwind:'$字段名称'}])
  3. db.stu.insert({name:'zzx',size:['S','Z','L']})
  4. db.stu.aggregate([
  5.     $unwind:'$size'
  6. ])
  8. // 处理是空数组，无字段，null的情况使用上述 $unwind数据会丢失，可以使用下面表达式，防止数据丢失
  9. db.stu.aggregate([
  10.     {$unwind:{
  11.         path:'$字段名称',
  12.         preserverNullAndEmptyArrays:<boolean> //防止数据丢失
  13.     }}
  14. ])
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三、索引

MongoDB通过索引提升查询速度
  1. // 使用explain()命令分析查询性能
  2. db.stu.find({name:'zzx100000'}).explain('executionStats')
  3. // 分析结果如下：
  4. "executionStats": {
  5.     "executionSuccess": true,
  6.     "nReturned": 1,
  7.     "executionTimeMillis": 96,
  8.     "totalKeysExamined": 0,
  9.     "totalDocsExamined": 100000,
  10. }
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建立索引： 1表示升序，-1表示降序
  1. db.集合.ensureIndex({属性:1})
  2. db.stu.ensureIndex({name:1})
  4. // 对索引属性查询
  5. db.stu.find({name:'zzx100000'}).explain('executionStats')
  6. // 分析结果如下：
  7. "executionStats": {
  8.     "executionSuccess": true,
  9.     "nReturned": 1,
  10.     "executionTimeMillis": 1,
  11.     "totalKeysExamined": 0,
  12.     "totalDocsExamined": 100000,
  13. }
  15. // 唯一索引
  16. db.stu.ensureIndex({'name':1},{'unique':true})
  17. // 联合索引
  18. db.stu.ensureIndex({name:1,age1})
  19. // 查看索引
  20. db.stu.getIndexes()
  21. // 删除所以
  22. db.stu.dropIndexes('索引名称')
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四、安全

为了更安全的访问MongoDB,需要创建用户。采用角色、用户、数据库的安全管理方式。常用的角色如下：root只在admin数据库中可用，超级账号，超级权限。Read用户只读权限，readWrite用户读写权限。
  1. // 创建超级管理员
  2. use admin // admin是数据库
  3. db.createUser({
  4.     user:'admin',
  5.     pwd:'123',
  6.     roles:[{role:'root',db:'admin'}]
  7. })
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启用安全认证：修改配置文件
  1. sudo vi /etc/mongod.conf
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启用身份认证：keys and values之间一定要有空格，否则解析错误。修改完配置文件后，必须重启服务。
  1. security:
  2.     authorization: enable
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数据库连接
  1. mongo -u admin -p 123 --authenticationDatabase admin
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五、备份与恢复

复制提供数据冗余备份，并在多个服务器上存储数据副本，提高数据的可用性，并保证数据的安全性，允许从硬件故障和服务中断中恢复数据。常见的搭配是一主多从。主节点记录所有操作，从节点定期轮询主节点获取这些操作，然后对自己的数据副本执行这些操作，从而保证数据的一致性。
优点：
【1】数据备份；
【2】数据灾难恢复（自动故障转移，自动恢复）；
【3】读写分离；
【4】高数据可用；
【5】无宕机维护；
【6】副本集对应用程序是透明的；
设置复制节点：
  1. mongod --bind_ip 192.168.113.122 --port 27017 --dbpath ./mongdb/file1 --replSet rs0 // rs0副本集，master和slave的副本集相同
  2. mongod --bind_ip 192.168.154.132 --port 27017 --dbpath ./mongdb/file1 --replSet rs0
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通过客户端连接MongoDB master，并在master上面进行初始化，同时添加其他副本集（也就是备份的服务器信息）。如果在从服务器上进行读操作，需要设置rs.slaveOk()。
  1. mongo --host 192.168.113.122 --port 27017 // 主服务器
  3. rs.initiate()  //rs是mongodb提供的副本集管理对象
  5. rs.add('192.168.154.132:27017') // 从服务器
  7. rs.salveOk()
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手动备份：
  1. mongodump -h dbhost -d dbname -o dbdirectory
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恢复：
  1. mongorestore -h dbhost -d dbname --dir dbdirectory
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来源:https://www.cnblogs.com/zhengzhaoxiang/p/17245873.html
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发表于 2023-3-23 00:37:05

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