MongoDB学习笔记(一)简介+安装+基本CRUD+索引

思维导图

1. MongoDB相关概念

1.1 业务应用场景

1.1.1 三高需求

传统的关系型数据库（如MySQL,Oracle,SQL Server），在数据操作的“三高”需求以及应对Web2.0的网站需求面前，显得力不从心。

解释：“三高”需求：

• High performance - 对数据库高并发读写的需求。
• Huge Storage - 对海量数据的高效率存储和访问的需求。
• High Scalability && High Availability- 对数据库的高可扩展性和高可用性的需求。

MongoDB可应对“三高”需求，具体的应用场景如下：

• ① 社交场景：使用 MongoDB 存储存储用户信息，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。
• ② 游戏场景：使用 MongoDB 存储游戏用户信息，用户的装备、积分等直接以内嵌文档的形式存储，方便查询、高效率存储和访问。
• ③ 物流场景：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 MongoDB 内嵌数组的形式来存储，一次查询就能将订单所有的变更读取出来。
• ④ 物联网场景：使用 MongoDB 存储所有接入的智能设备信息，以及设备汇报的日志信息，并对这些信息进行多维度的分析。
• ⑤ 视频直播：使用 MongoDB 存储用户信息、点赞互动信息等。

以上应用场景中，数据操作方面的共同特点是：

• ① 数据量大
• ② 写入操作频繁（读写都很频繁）
• ③ 价值较低的数据，对事务性要求不高

对于这样的数据，更适合使用MongoDB来实现数据的存储。

1.1.2 何时选择MongoDB

应用不需要事务(银行、财务等系统对事物要求极高)及复杂 join 支持
新应用，需求会变，数据模型无法确定，想快速迭代开发
应用需要2000-3000以上的读写QPS（更高也可以）
应用需要TB甚至 PB 级别数据存储
应用发展迅速，需要能快速水平扩展
应用要求存储的数据不丢失
应用需要99.999%高可用
应用需要大量的地理位置查询、文本查询

1.2 MongoDB简介

MongoDB是一个开源、高性能、无模式的文档型数据库，当初的设计就是用于简化开发和方便扩展，是NoSQL数据库产品(如Redis，Cassandra)中的一种。是最像关系型数据库（MySQL）的非关系型数据库。

它支持的数据结构非常松散，是一种类似于 JSON 的 格式叫BSON，所以它既可以存储比较复杂的数据类型，又相当的灵活。

MongoDB中的记录是一个文档，它是一个由字段和值对（field:value）组成的数据结构。MongoDB文档类似于JSON对象，即一个文档认为就是一个对象。字段的数据类型是字符型，它的值除了使用基本的一些类型外，还可以包括其他文档、普通数组和文档数组。

官网：https://www.mongodb.com/
中文社区：https://mongoing.com/

1.3 体系结构

MySQL和MongoDB对比

术语对比

SQL术语/概念	MongoDB术语/概念	解释/说明
database	database	数据库
table	collection	数据库表 / 集合
row	document	数据记录行 / 文档
column	field	数据字段 / 域
index	index	索引
table joins	-	表连接 / MongoDB不支持
-	嵌入文档	MongoDB通过嵌入式文档来替代多表连接
primary key	primary key	主键 / MongoDB自动将_id字段设置为主键

1.4 数据模型

MongoDB的最小存储单位就是文档(document)对象。文档(document)对象对应于关系型数据库的行。数据在MongoDB中以BSON（Binary-JSON）文档的格式存储在磁盘上。

BSON（Binary Serialized Document Format）是一种类json的一种二进制形式的存储格式，简称Binary JSON。BSON和JSON一样，支持内嵌的文档对象和数组对象，但是BSON有JSON没有的一些数据类型，如Date和BinData类型。

BSON采用了类似于 C 语言结构体的名称、对表示方法，支持内嵌的文档对象和数组对象，具有轻量性、可遍历性、高效性的三个特点，可以有效描述非结构化数据和结构化数据。这种格式的优点是灵活性高，但它的缺点是空间利用率不是很理想。

Bson中，除了基本的JSON类型：string,integer,boolean,double,null,array和object，mongo还使用了特殊的数据类型。这些类型包括date,object id,binary data,regular expression 和 code。每一个驱动都以特定语言的方式实现了这些类型，查看你的驱动的文档来获取详
细信息。

BSON数据类型参考列表：

数据类型	描述	举例
字符串 String	UTF-8字符串都可表示为字符串类型的数据	{“x” : “foobar”}
对象 Object	对象数据类型	{“x” :Object()}
对象id ObjectId	对象id是文档的自动生成的唯一 ID	{“X” :ObjectId() }
布尔值 Boolean	真或者假：true或者false	{“x”:true}
数组 Array	值的集合或者列表可以表示成数组	{“x” ： [“a”, “b”, “c”]}
日期 Date	日期类型	{“x” ：Date() }
时间戳 Timestamp	时间戳类型	{“x” ：Timestamp() }
32位整数 32-bit integer	类型不可用。JavaScript仅支持64位浮点数，所以32位整数会被自动转换。	shell是不支持该类型的，shell中默认会转换成64位浮点数
64位整数 64-bit integer	不支持这个类型。shell会使用一个特殊的内嵌文档来显示64位整数	shell是不支持该类型的，shell中默认会转换成64位浮点数
null	表示空值或者未定义的对象	{“x”:null}
符号 Symbol	shell不支持，shell会将数据库中的符号类型的数据自动转换成字符串	-
正则表达式 Regular Expression	文档中可以包含正则表达式，采用JavaScript的正则表达式语法	{“x” ： /foobar/i}
二进制数据 Binary data	二进制数据可以由任意字节的串组成，不过shell中无法使用	-
最大值/最小值 Min key / Max key	BSON包括一个特殊类型，表示可能的最大值。shell中没有这个类型。	-

提示：
shell默认使用64位浮点型数值。{“x”：3.14}或{“x”：3}。对于整型值，可以使用NumberInt（4字节符号整数）或NumberLong（8字节符号整数），{“x”:NumberInt(“3”)}{“x”:NumberLong(“3”)}

1.5 MongoDB的特点

MongoDB主要有如下特点：
（1）高性能：

• MongoDB提供高性能的数据持久性。特别是对嵌入式数据模型的支持减少了数据库系统上的I/O活动。
• 索引支持更快的查询，并且可以包含来自嵌入式文档和数组的键。（文本索引解决搜索的需求、TTL索引解决历史数据自动过期的需求、地理位置索引可用于构建各种 O2O 应用）
• mmapv1、wiredtiger、mongorocks（rocksdb）、in-memory 等多引擎支持满足各种场景需求。
• Gridfs解决文件存储的需求。

（2）高可用性：

• MongoDB的复制工具称为副本集（replica set），它可提供自动故障转移和数据冗余。

（3）高扩展性：

• MongoDB提供了水平可扩展性作为其核心功能的一部分。
• 分片将数据分布在一组集群的机器上。（海量数据存储，服务能力水平扩展）
• 从3.4开始，MongoDB支持基于片键创建数据区域。在一个平衡的集群中，MongoDB将一个区域所覆盖的读写只定向到该区域内的那些片。

（4）丰富的查询支持：

• MongoDB支持丰富的查询语言，支持读和写操作(CRUD)，比如数据聚合、文本搜索和地理空间查询等。

（5）其他特点：如无模式（动态模式）、灵活的文档模型

2. 安装部署

2.1 安装MongoDB

注意：这里安装的是mongodb 6.0.0 版本，mongosh版本

2.1.1 下载

从MongoDB官网下载安装，MongoDB 下载地址：https://www.mongodb.com/try/download/community

版本的选择：

• MongoDB的版本命名规范如：x.y.z；
• y为奇数时表示当前版本为开发版，如：1.5.2、4.1.13；
• y为偶数时表示当前版本为稳定版，如：1.6.3、4.0.10；
• z是修正版本号，数字越大越好。
• 详情：https://www.mongodb.com/docs/manual/release-notes/#release-version-numbers

2.1.2 安装+配置+启动

以下仅截图了部分重要的步骤，其余next即可

1、选择自定义安装

2、更换安装路径，默认下在c盘

3、将 MongoDB 设置为 Windows 服务

4、这里先取消勾选图形管理界面。

我这里安装还额外弹出如下问题，若未出现请略过
按如下点击然后重启电脑
5、安装完后配置环境(方便在任何目录下都能运行相关命令)，根据自己的安装路径来，找到mongodb的bin目录

6、终端输入 mongod 看看有没有信息，如有则环境配置的成功。不是内部或外部命令等提示，则有可能配错了

7、创建MongoDB 存储数据的数据目录
MongoDB 的默认数据目录路径是MongoDB文件根目录的\data\db。在MongoDB下载目录下，创建data文件(若没有的话)，在data里创建db文件

8、命令行参数方式启动服务
在MongoDB的bin目录下，启动MongoDB的数据库，ctrl + c 可以停掉

mongod --dbpath=..\data\db

mongoDB的默认端口是27017，如果我们想改变默认的启动端口，可以通过–port来指定端口。

8、连接MongoDB数据库，先安装 MongoDB Shell

2.1.3 配置文件方式启动服务

自己创建mongodb的配置文件，在mongodb根目录中新建 config 文件夹，该文件夹中新建配置文件 mongod.conf ，内如参考如下：注意路径根据自己的来填

storage:
  #The directory where the mongod instance stores its data.Default Value is "\data\db" on Windows. 
  dbPath: D:\developer_tools\MongoDBServer6.0\data\db

详细配置项内容可以参考官方文档：https://www.mongodb.com/docs/manual/reference/configuration-options/

【注意】
1）配置文件中如果使用双引号，比如路径地址，自动会将双引号的内容转义。如果不转义，则会报错：error-parsing-yaml-config-file-yaml-cpp-error-at-line-3-column-15-unknown-escape-character-d
解决：
a. 对 \ 换成 / 或 \
b. 如果路径中没有空格，则无需加引号。
2）配置文件中不能以Tab分割字段
解决：
将其转换成空格。

启动方式：

mongod -f ../config/mongod.conf 
或
mongod --config ../config/mongod.conf
# 注意这里的配置文件路径要根据自己的实际情况来写

启动成功如图：

更多参数配置：

systemLog:
  destination: file
  #The path of the log file to which mongod or mongos should send all diagnostic logging information 
  path: "D:/developer_tools/MongoDBServer6.0/log/mongod.log"
  logAppend: true
storage:
  journal:
     enabled: true
  #The directory where the mongod instance stores its data.Default Value is "/data/db". 
  dbPath: "D:/developer_tools/MongoDBServer6.0/data"
net:
  bindIp: 127.0.0.1 
  port: 27017 
setParameter:
  enableLocalhostAuthBypass: false

2.2 安装MongoDB Shell

为了连接MongoDB数据库，请下载MongoDB Shell (mongosh)：https://www.mongodb.com/try/download/tools

安装，选择路径

配置环境

任意目录下，终端输入 mongosh --help 查看，若有信心则配置成功

2.3 Shell连接(mongo命令)

先启动数据库服务(终端启动后不要叉X掉，否则服务关了)，然后在命令提示符输入以下shell命令即可完成登陆

mongosh
或
mongosh --host=127.0.0.1 --port=27017
# 注意：版本低的命令可能是 mongo 不带 sh ，试试即可

# 查看已经有的数据库
show databases
# 退出mongodb
exit
# 更多参数可以通过help帮助查看：
mongosh --help

MongoDB javascript shell是一个基于javascript的解释器，故是支持js程序的。

2.4 Compass图形化界面客户端

MongoDB官网下载MongoDB Compass,地址：https://www.mongodb.com/try/download/compass

连接

可视化操作

3. 基本常用命令

mondoDB服务器的启动与关闭

net start mongodb
net stop mongodb

3.1 数据库操作

3.1.1 选择和创建数据库

选择和创建数据库，如果数据库不存在则自动创建

use 数据库名称 

查看有权限查看的所有的数据库

show dbs # 或
show databases

注意: 在 MongoDB 中，集合只有在内容插入后才会创建! 即创建集合(数据表)后要再插入一个文档(记录)，集合才会真正创建。

查看当前正在中的数据库名称

db

MongoDB 中默认的数据库为 test，如果你没有选择数据库，集合将存放在 test 数据库中。

3.1.2 数据库命名

数据库名可以是满足以下条件的任意UTF-8字符串。

• 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。

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有一些数据