MongoDB 学习笔记

概述

MongoDB 是一个介于关系型数据库和非关系型数据库之间的产品，是非关系型数据库中功能最丰富，最像关系型数据库的。

MongoDB 支持的数据结构非常松散，类似 json 的 bson 格式，因此可以存储比较复杂的数据类型。MongoDB 最大的特点是支持的查询语言非常强大，语法类似于面向对象的查询语言，几乎可以实现类似关系型数据库单表查询的绝大部分功能，还支持对数据建立索引

MongoDB 的特点：

• 面向集合存储，易存储对象类型的数据
• 支持查询，以及动态查询
• 支持多种语言
• 文件存储格式为 BSON
• 支持主从复制、故障恢复和分片

MongoDB 的应用场景：

• 游戏应用：使用 MongoDB 作为游戏服务器的数据库存储用户信息，用户的游戏装备、积分等直接以内嵌文档的形式存储，方便查询和更新
• 物流应用：使用 MongoDB 存储订单信息，订单状态在运送过程中会不断更新，以内嵌数组的形式存储，一次查询就能将订单所有的变更读取出来
• 社交应用：使用 MongoDB 存储用户信息以及用户发表的朋友圈信息，通过地理位置索引实现附近的人、地点等功能，存储聊天记录
• 大数据应用：使用 MongoDB 作为大数据的云存储系统，随时进行数据提取分析，掌握行业动态

MongoDB 安装

1. 传统方式安装

在官网下载对应版本的安装包并解压：https://www.mongodb.com/try/download/communiy

这里选择 ubuntu 环境下的 5.0.8 版本

进入 bin 目录，启动 MongoDB 服务

./mongod --port=27017 --dbpath ../data --logpath ../logs/mongo.log &

• port：指定服务监听端口，默认 27017
• dbpath：指定 mongo 的数据存放目录
• logpath：指定 mongo 的日志存放目录
• &：表示程序在后台运行

使用客户端连接 MongoDB 服务

# ./mongo [mongodb://[主机名:端口号]]
./mongo mongodb://127.0.0.1:27017

2. Docker 方式安装

拉取 MongoDB 镜像

docker pull mongo:5.0.8

运行 MongoDB 镜像

docker run -d --name mongo --p 27017:27017 mongo:5.0.5

进入 MongoDB 容器

docker exec -it [容器id] bash

MongoDB 核心概念

1. 库

MongoDB 中的库类似传统关系型数据库中库的概念，用来通过不同的库隔离不同的数据

MongoDB 中可以建立多个数据库，每一个库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

2. 集合

集合就是 MongoDB 文档组，类似于关系型数据库中表的概念

集合存储在库中，一个库可以有多个集合，每个集合没有固定的结构，这意味着可以对集合插入不同格式和类型的数据，但通常我们插入集合数据都会有一定的关联性

3. 文档

文档集合中的记录，是一组键值对（BSON）

MongoDB 的文档不需要设置相同的字段，并且相同的字段不需要相同的数据类型，这与关系型数据库有很大的区别，也是 MongoDB 的特点

一个简单的文档例子：

{"site":"www.google.com", "name":"xiaowang"}

MongoDB 基本操作

1. 库操作

# 查看所有库，默认不显示没有集合的库
show databases | show dbs
# 选中一个库，如果库不存在，则自动创建
use [库名]
# 帮助指令
db.help()
# 查看当前库
db
# 删除当前库
db.dropDatabase()

MongoDB 有三个保留库：

• admin：从权限的角度来看，这是 root 数据库。如果一个用户被添加到这个数据库，这个用户将自动继承对所有数据库的权限。一些特定的服务器端命令也只能从这个数据库运行，比如列出所有的数据库或者关闭服务器
• local：该库的数据永远不会被复制（例如创建副本），可以用来存储仅限于本地单台服务器的任意集合
• config：当 Mongo 用于分片设置时，config 数据库在内部使用，用于保存分片的相关信息

2. 集合操作

# 查看当前库的集合
show collections | show tables
# 显示创建集合
# db.createCollection("[集合名]", [Options])
db.createCollection("products", {capped:true,size:5000})
# 向集合插入数据/隐式创建集合,向不存在的集合插入数据也可以创建集合
# db.[集合名称].insert({"[属性名]":"[属性值]",...})
db.emp.insert({name:"xiaowang"})
# 删除集合
# db.[集合名称].drop()

Options 可以是如下参数：

• capped：（可选）如果为true，则创建固定集合。固定集合是指有着固定大小的集合，当达到最大值时，它会自动覆盖最早的文档。当该值为 true 时，必须指定 size 参数
• size：（可选）为固定集合指定一个最大值，即字节数。如果 capped 为 true，也需要指定该字段
• max：（可选）指定固定集合中包含文档的最大数量

3. 文档操作

# 插入单条文档
db.[集合名称].insert({"[属性名]":"[属性值]",...})
# 插入多条文档
db.[集合名称].insertMany(
	[<document1>,<document2>,...],
	{
		writeConcern: 1 # 写入策略,默认为1,表示要求确认写操作,为0不要求
		ordered: true	# 指定是否按顺序写入,默认为true,按顺序写入
	}
)
db.[集合名称].insert(
	[<document1>,<document2>,...]
)
# 脚本方式插入多条文档,MongoDB默认会为每一条文档设置一个_id的key
for(var i = 0; i < 10; i++) {
	db.[集合名称].insert({"_id":i, ....})
}
# 查询文档
# query 可选,指定查询条件
# projection 可选,指定返回的键值,不写默认返回全部键值
# pretty 对返回结果格式化
db.[集合名称].find(query,project).pretty()
# 使用运算符查询
# > : ($gt)
# < : ($lt)
# >= : ($gte)
# <= : ($lte)
# = : ($eq)
# != : ($ne)
# 查询年龄大于29的用户记录
db.users.find({age:{$gt:29}})
# AND 查询
db.[集合名称].find($and:[{key1:value1,key2:value2,...},...]).pretty()
# OR 查询
db.[集合名称].find($or:[{key1:value1,key2:value2,...},...]).pretty()
# and or 联合
db.[集合名称].find($and:[...],$or:[...]).pretty()
# not or 查询,既不是也不是
db.[集合名称].find($nor:[...]).pretty()
# 模糊查询
db.[集合名称].find({查询字段:正则表达式})
# 数组中查询,找出likes数组字段中有看电视值的记录
db.users.find({likes:"看电视"})
# 数组中查询,找出likes数组字段长度为3的记录
db.users.find({likes:{$size:3}})
# 对查询排序,1升序,2降序
db.[集合名称].find({查询条件}).sort({排序字段:升序/降序,...})
# 对查询分页
db.[集合名称].find({查询条件}).skip(起始条数).limit(每页显示的记录数)
# 查询总条数
db.[集合名称].count()
# 去重
db.[集合名称].distinct("字段")
# 文档删除
db.[集合名称].remove(
	<query>,	# 可选,删除文档的条件
	{
		justOne: <boolean>	# 可选,设为true则只删除一个文档,否则删除所有匹配的文档
		writeConcern: <document>	# 可选,抛出异常的级别
	}
)
# 删除_id为1的文档
db.users.remove({"_id":1})
# 更新文档
db.[集合名称].update(
	<query>,	# 查询条件
	<update>,	# 更新操作符,类似sql update的set
	{
		upsert: <boolean>,	# 可选,如果不存在记录,则插入,默认为true
		multi: <boolean>,	# 可选,默认false表示只更新第一条记录,true表示更新符合条件的全部记录
		writeConcern: <document>	# 可选,抛出异常的级别
	}
)
# 这种更新相当于先删除再插入
db.[集合名称].update({"name":"zhangsan" },{name:"11",bir:new date()})
# 保存原有数据的更新
db.[集合名称].update({"name":"xiaohei"},{$set:{name:"mingming"}})

MongoDB 索引

1. 简介

索引能极大的提高查询效率。索引是特殊的数据结构，它存储在一个易于遍历读取的数据集合中，是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种数据结构

MongoDB 索引原理如图所示：

MongoDB 的索引和其他关系型数据库中的索引类似，MongoDB 在集合层面上定义了索引，并支持对 MongoDB 集合中的任何字段或文档的子字段进行索引

2. 索引操作

# 创建索引,1为指定按升序创建索引,-1为降序
db.[集合名称].createIndex(keys,options)
db.topics.createIndex({"title":1})
# 创建复合索引,只有使用索引前部的查询才能使用该索引
db.[集合名称].createIndex({"[要创建索引的字段]":1,....})
# 查看索引
db.[集合名称].getIndexes()
# 查看集合索引大小
db.[集合名称].totalIndexSize()
# 删除集合所有索引
db.[集合名称].dropIndexs()
# 删除集合指定索引
db.[集合名称].dropIndex("索引字段")

createIndex 可接受以下可选参数：

SpringBoot 整合 MongoDB

引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-mongodb</artifactId>
</dependency>

编写配置

# mongodb(协议)://主机:端口/库名
spring.data.mongodb.uri=mongodb://127.0.0.1:27017/test
# 如果开启用户名密码校验
spring.data.mongodb.host=127.0.0.1
spring.data.mongodb.port=27017
spring.data.mongodb.database=test
spring.data.mongodb.username=root
spring.data.mongodb.password=123

创建和删除集合

@Test
public void testCollection() {
    // 创建集合
    mongoTemplate.createCollection("products");
    // 删除集合
    mongoTemplate.dropCollection("products");
}

操作文档

@Document("users")	// 代表是users集合的文档
public class User {
    
    @Id	// 映射文档的_id
    private Integer id;
    @Field	// 映射文档的键值对
    private String name;
    @Field
    private Integer salary;
    @Field
    private Date birthday;
    
    ....
}

@Test
public void testDocument() {
    User user = new User(1, "hhh", 3000, new Date())
    // _id存在时更新数据
    mongoTemplate.save(user)
    // _id存在时发生主键冲突
    mongoTemplate.insert(user)
    // 批量插入
    List<User> users = Arrays.asList(
        new User(2, "aaa", 3000, new Date()),
        new User(3, "bbb", 3000, new Date())
    );
    mongoTemplate.insert(users, User.class)
        
    // 基于id查询
    mongoTemplate.findById("1", User.class);
    // 查询所有
    mongoTemplate.findAll(User.class);
    mongoTemplate.find(new Query(), User.class);
    // 等值查询
     mongoTemplate.find(new Query(Criteria.where("name").is("aaa")), User.class);
    // > gt < lt >= gte <= lte
    mongoTemplate.find(new Query(Criteria.where("age").lt(25)), User.class);
    mongoTemplate.find(new Query(Criteria.where("age").gt(25)), User.class);
    mongoTemplate.find(new Query(Criteria.where("age").gte(25)), User.class);
    mongoTemplate.find(new Query(Criteria.where("age").lte(25)), User.class);
    // and 查询
    mongoTemplate.find(new Query(Criteria.where("name").is("aaa").and("salary").is(3000)), User.class);
    // or 查询
    mongoTemplate.find(
        new Query(
            Criteria.orOperator(
            	Criteria.where("name").is("aaa"),
                Criteria.where("name").is("bbb")
            )),
        User.class);
    // and or 查询
    mongoTemplate.find(
        new Query(
            Criteria.where("salary").is("3000")
        		.orOperator(
                	Criteria.where("name").is("aaa")
                )),
        User.class);
    // 排序查询
    mongoTemplate.find(
        new Query().with(Sort.by(Sort.Order.desc("salary"))),
        User.class);
    // 分页查询
    mongoTemplate.find(
        new Query().with(Sort.by(Sort.Order.desc("salary")))
        	.skip(0)
        	.limit(2),
        User.class);
    // 总条数
    mongoTemplate.count(new Query(), User.class);
    // 去重
    mongoTemplate.findDistinct(new Query(), User.class);
    // 使用json字符串查询
    Query query = new BasicQuery("{name:'aaa'}");
    mongoTemplate.find(query, User.class);
    
    // 更新条件
    Query query = Query().query(Criteria.where("age").is(23));
    // 更新内容
    Update update = new Update();
    update.set("name", "ccc");
    // 单条更新
    mongoTemplate.updateFirst(query, update, User);
    // 多条更新
    mongoTemplate.updateMulti(query, update, User);
    // 更新插入
    mongoTemplate.upsert(query, update, User);
    
    // 删除所有
    mongoTemplate.remove(new Query, User.class);
    // 条件删除
    mongoTemplate.remove(
        Query.query(Criteria.where("name").is("aaa"))
        , User.class);
}

MongoDB 副本集

1. 简介

MongoDB 副本集是有自动故障恢复功能的主从集群，由一个 Primary 节点和一个或多个 Secondary 节点组成。副本集群没有固定的主节点。当出现故障时，整个集群会选举出一个主节点，保证系统的高可用性

2. 搭建副本集

创建数据目录

sudo mkdir repl1 repl2 repl3

启动三个节点

# --replSet 副本集选项 myreplace 副本集名称/集群中其他节点的主机和端口号 
sudo ./mongod --port 27017 --dbpath ../repl1 --bind_ip 0.0.0.0 --replSet myreplace/[localhost:27018,localhost:27019]
sudo ./mongod --port 27018 --dbpath ../repl2 --bind_ip 0.0.0.0 --replSet myreplace/[localhost:27017,localhost:27019]
sudo ./mongod --port 27019 --dbpath ../repl3 --bind_ip 0.0.0.0 --replSet myreplace/[localhost:27017,localhost:27018]

配置副本集，通过 client 登录到任意一个节点，必须在 mongo 中默认的 admin 库中做集群的配置

use admin
# 定义配置信息
> var config = {
	"_id":"myreplace",
    members:[
        {_id:0,host:"aaa:27017"},
        {_id:1,host:"aaa:27018"},
        {_id:2,host:"aaa:27019"}]
}
# 初始化副本集
rs.initiate(config)
# 开启从节点查询权限
rs.slaveOk()
# 查看副本集状态
rs.status()

MongoDB 分片集群

1. 简介

分片是指将数据拆分，将其分散存在不同的机器上，不需要功能强大的大型计算机就可以存储更多的数据，处理更大的负载

MongoDB 支持自动分片，可以摆脱手动分片的管理困扰。MongoDB 分片的基本思想就是将集合切分成小块，这些块分散到若干片里面，每个片只负责总数据的一部分，应用程序不必知道分片细节

• Shard：用于实际存储的数据块，实际生产中一个 Shard Server 角色可以组成一个副本集，防止主机单点故障
• Config Server：配置服务器存储集群的元数据和相关设置，配置服务器必须部署为副本集
• Query Remote：分片之前要运行一个路由进程，该进程名为 mongos，这个路由器知道所有数据的存放位置，应用可以连接它来正常发送请求。路由器知道数据和片的对应关系，能够转发请求正确的片上，如果请求有了回应，路由器将收集起来回送给应用
• Shard Key：设置分片时需要在集合中选一个键，用该键的值作为拆分数据的依据，这个片键称为 shard key

2. 搭建分片集群

# 1.集群规划
Shard Server 1:27017
Shard Repl 1:27018

Shard Server 2:27019
Shard Repl 2:27020

Shard Server 3:27021
Shard Repl 3:27022

Config Server :27023
Conifg Server :27024
Conifg Server :27025

Route Process :27026

# 2.进入安装的 bin 目录创建数据目录
mkdir -p ../cluster/shard/s1
mkdir -p ../cluster/shard/s1-repl
...
mkdir -p ../cluster/shard/config3

# 3.启动4个shard服务并分别初始化
sudo ./mongod --port 27017 --dbpath ../cluster/shard/s1 --bind_ip 0.0.0.0 --shardsvr --replSet r0/127.0.0.1:27018
sudo ./mongod --port 27018 --dbpath ../cluster/shard/s1 --bind_ip 0.0.0.0 --shardsvr --replSet r0/127.0.0.1:27017
...

# 4.启动3个config服务并初始化
sudo ./mongod --port 27023 --dbpath ../cluster/shard/config1 --bind_ip 0.0.0.0 --configsvr --replSet r0/[127.0.0.1:27024,127.0.0.1:27025]
...
> var config = {
	"_id":"config",
	configsvr:true,
	members:[
		{_id:0,host:"127.0.0.1:27023"},
		{_id:1,host:"127.0.0.1:27024"},
		{_id:2,host:"127.0.0.1:27025"}
	]
}
> rs.initiate(config)

# 5.启动路由服务
 ./mongos --port 27026 --configdb config/127.0.0.1:27023,127.0.0.1:27024,127.0.0.1:27025 --bind_ip 0.0.0.0
 
# 6.登录mongos服务
# 6.1 登录 mongo --port 27026
# 6.2 使用 admin 库
use admin
# 6.3 添加分片信息
db.runCommand({addshard:"127.0.0.1:27017","allowLocal":true})
db.runCommand({addshard:"127.0.0.1:27019","allowLocal":true})
db.runCommand({addshard:"127.0.0.1:27021","allowLocal":true})
# 6.4 指定分片的数据库
db.runCommand({enablesharding:"[库名]"})
# 6.5 设置库的片键信息
db.runCommand({shardcollection:"[库名].[集合名]",key:{[字段名]:1}})
db.runCommand({shardcollection:"[库名].[集合名]",key:{[字段名]:"hashed"}})  # 通过对片键哈希将数据散开