【MongoDB】非关系型数据库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

mongodb文档地址

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

windows: 从官网下载并直接安装,设置path环境变量。

Linux: 参加下方安装与卸载mongodb

2、启动

直接启动:

mongod

或指定配置文件启动:

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。


Linux CentOS 下安装与卸载 MongoDB

一、安装

1、配置yum管理包

  1)、在路径/etc/yum.repos.d/下创建文件mongodb-org-3.4.repo

  cd /etc/yum.repos.d/

  touch mongodb-org-3.4.repo

  2)、在文件mongodb-org-3.4.repo中写入如下内容

  [mongodb-org-3.4]

  name=MongoDB Repository

  baseurl=https://repo.mongodb.org/yum/redhat/$releasever/mongodb-org/3.4/x86_64/

  gpgcheck=1

  enable=1

  gpgkey=https://www.mongodb.org/static/pgp/server-3.4.asc

2、安装mongodb(会安装mongodb-org包及其依赖包mongodb-org-server、mongodb-org-mongos、mongodb-org-shell、mongodb-org-tools

  数据库实例默认在/var/lib/mongo路径下,日志默认在/var/log/mongodb路径下,也可以通过修改/etc/mongod.conf文件的storage.dbPath和systemLog.path配置

  yum install -y mongodb-org

3、开启mongodb服务

  service mongod start

4、通过查看日志方式,验证服务开启成功,其中有一行为:[thread1] waiting for connections on port 27017

  cat /var/log/mongodb/mongod.log

5、设置开机启动

  chkconfig mongod on

6、停止mongodb服务

  service mongod stop

7、重启mongodb服务

  service mongod restart

二、卸载

1、停止服务

  service mongod stop

2、删除安装的包

  yum erase $(rpm -qa | grep mongodb-org)

3、删除数据及日志

  rm -r /var/log/mongodb

  rm -r /var/lib/mongo


导入导出:支持json格式和bson格式,bson即 binary json, 特殊的json文件。

linux下可以使用:mongorestore -d <db_name> <bson_folder>


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