MongoDB入门

mongo数据模型

文档与集合

文档是mongo的核心概念，本质是是一种BSON（Binary JSON）数据，BSON是一种类JSON的二进制数据，可以在为JSON基础上添加了一些新的数据类型，包括日期、Int32、Int64，常被作为数据存储和网络数据交换的格式，缺点是空间利用率并不理想（存在键名的冗余信息）。BSON由多组键值对组成，具有轻量性、可遍历性和高效性，其中可遍历性是mongo将其作为数据存储的主要原因

mongo和关系型数据库可以按照下图进行理解：

mongo文档的注意事项　

1. 写操作的原子性限制在文档级别

2. 单个文档的存储大小限制为16MB（防止读取大文档时对内存和网络造成压力）

3. mongo会尽量保持插入文档时键值对的顺序，但是更新操作可能会改变字段的顺序，因为可能会导致文档内存的重新分配

文档键的命名

1. _id是系统保留关键字，默认主键，集合中唯一，一旦生成不可更改

2. 键名不能包含\0或者空字符，因为mongo依靠此判断键的结尾

3. 键名不能以$开头，不能包含.

4. 键名区分大小写

5. 以_开头的键通常是保留的，并不推荐使用

集合

把一组相关文档放到一起就组成了集合。我们可以将集合类比成RDB中的表，文档则是一条条的记录。在mongo中集合也是自由的，一个集合中的文档可以是不同的。mongo提供了一些特殊功能的集合：capped collection（固定集合），system.indexes、system.namespaces（这两个用于存储集合的元数据）。集合名字中的.表示子集合。

数据库

多个文档组成集合，多个集合组成数据库。一个mongo instance可以承载多个数据库，每个DB拥有不同的权限，不同的DB也可以分散在DB的各个目录（启动时需要directoryperdb指定），数据库名最终会变成文件系统中的文件，mongo中保留了一些数据库：admin、local(本地数据库，不会被复制)、config(本地使用保存分片信息)。

命名空间

把数据库名添加到集合名前面，中间用点号连接，得到集合的全限定名就是namespace，例如：test_db.testcollection。
需要说明的是，.还可以出现在集合名字中，例如：test_db.blog.posts、test_db.blog.authors,我们可以将posts和authors看做是blog集合的子集合

mongo数据类型

mongo支持的数据类型非常丰富：

如下的命令db.collection.find({name:{$type:2}})将查找name字段为String类型的文档。由于mongoshell默认是javascript shell，所以我们插入的数据是double类型，如果需要插入int类型可以使用NumberInt(x).
ObjectId可以保证在分布式环境下同一集合唯一，由24个16进制字符组成，总共需要12字节存储空间：

> x = ObjectId()
ObjectId("562f741336aeb42b3fdef2da")
> x.getTimestamp()
ISODate("2015-10-27T12:54:43Z")
> x.valueOf()
562f741336aeb42b3fdef2da

mongo内嵌文档

文档可以作为键的值，这样的文档叫做内嵌文档。内嵌文档使得数据不用保存成扁平结构的键值对，从而使数据组织方式更加自然

mongo基本操作

关闭mongoDB

# 切换到admin，执行db.shutdownServer()
use admin
db.shutdownServer()

# 先查看mongo的pid，然后kill此进程
ps -ef | grep mongodb
kill 25414

mongo常用命令

show dbs          # 查看数据库
show collections  # 查看所有的集合
use test          # 切换数据库(需要的时候自己创建)
db.dropDatabase() # 删除当前使用的数据库

向mongo中写入数据

mongo中的collection类似于RDBMS中的表，写入数据的语法：

db.collection_name.insert(BSON)

插入的时候如果没有指定_id字段，则mongo会自动生成一个id，我们也可以自己指定_id，该字段默认创建索引。除了insert我们也可以使用save,当文档不存在时save函数调用insert执行插入，当文档存在时save函数执行update进行更新操作

我们可以使用js语法插入多条数据：

for(var i = 0;i < 10;i++) db.test_collection.insert({x:i})

我们也可以使用bulk函数将多个数据的更新（增删改）操作放到一个待执行的列表中批量执行，bulk分为顺序（一个操作失败剩下的不会执行）执行的bulk和并行（随机性）执行的bulk。

# 初始化bulk
# 初始化bulk
var bulk = db.test_collection.initializeUnorderedBulkOp() # 并行bulk
#db.test_collection.initializeOrderedBulkOp()             # 顺序bulk

# 向bulk中添加数据更新操作
bulk.insert({name:"xiaomi",age:1});
bulk.insert({name:"huawei",age:2});
bulk.insert({name:"zte",age:3});

# 执行更新
var result = bulk.execute();
printjson(result);

# 测试执行结果
var cursor = db.test_collection.find({});
print(cursor.toArray());

在mongo中查找数据

查找数据使用find()命令

db.colletion_name.find() # 查询条件为空返回所有文档
db.collection.findOne()  # 返回第一条数据

我们可以对find操作产生的文档进行额外的统计

db.test_collection.find().count()      # 计数
db.test_collection.find().skip(3)      # 跳过前3条数据
db.test_collection.find().limit(5)     # 仅返回前5条数据
db.test_collection.find().sort({x:-1}) # 以x字段降序排列，如果指定1则表示升序排列

以上的操作可以连缀进行，例如：

db.test_collection.find().skip(3).limit(4).sort({x:1})

更新mongo数据

更新数据使用update,需要指明查询条件和更新条件，例如：

更新一个文档对象

db.test_collection.update({x:2},{x:'hello'})

注意：与RDBMS不同的是mongo默认更新一条数据，这样设计的初衷是防止不小心更新多条数据。如果需要更新多条数据参见更新多条数据

更新一个文档的部分字段

db.test_collection.insert({x:100,y:200})         # { "x" : 100, "y" : 200 }
db.test_collection.update({x:100},{$set:{y:-1}}) # 仅更新y字段，{ "x" : 100, "y" : -1 }

# 如果使用以下的语法将会完全替代原来的数据
db.test_collection.update({x:100},{y:-1})        # { "y" : -1 }

更新一个文档，如果文档不存在则创建之

只需要指定update的第三个参数为true即可。

db.test_collection.update({x:1111},{x:9999},true) # 数据{ x:1111 }原先并不存在

批量更新文档

实际上更新数据的update语句还有<span id="multi-update">第4个参数</span>表示更新多条数据。

for(var i = 0;i < 3;i++) db.test_collection.insert({x:888})  # 写入3个文档
db.test_collection.update({x:888},{$set:{x:999}},false,true) # 更新3个文档

更新修改器

更新修改器是原子的高效部分更新。

$inc 修改器

例如网站计数器的文档结构如下：

{
    "_id":ObjectId("5631a71da4d39f72ef3bbaa4"),
    "url":"www.url.com",
    "pageviews":52
}

当有人访问页面的时候可以用$inc修改器增加pageviews的值：

db.web_analytics.update({"url":"www.url.com"},{$inc:{"pageviews":1}})

$set修改器

设置一个键的值，若不存在自动创建，可以用于更新部分字段或者增加键值对。

　数组修改器

如果指定的键已经存在，$push会向已有的数组末尾追加一个元素，否则创建一个新的数组。我们也可以使用$addToSet来避免重复。

删除数据

数据的删除使用remove,与查找数据相比，删除数据有以下不同：

• 必须传递参数

• 默认删除所有匹配数据

db.test_collection.remove({x:999})
db.test_collection.remove({}) # 清空集合中的所有文档（保留集合本身和索引）

清除某个集合中(table)

db.test_collection.drop()
show tables                 # 看不到任何数据

切记：删除操作是永久性的，不可撤销，不可恢复。

索引

查看索引

db.test_collection.getIndexes() # 查看索引

创建索引

索引的分类

• _id索引，默认插入数据的时候建立索引

• 单键索引，该类型的索引需要使用ensureIndex创建

• 多键索引，和单键索引不同的是值可以是多个记录，例如数组

• 复合索引，查询条件不止一个。
  

• 过期索引（TTL），一段时间后过期，索引过期后相应的数据也被删除。比较适合存储一些一段时间后失效的数据，例如用户登录信息，用户日志。过期索引有以下的限制：

  • 过期索引指定字段的值必须是指定的时间类型，例如ISODate或ISODate数组，不能使用timestamp否则不能自动删除

  • 如果指定了ISODate数组，则按照最小的时间进行删除

  • 过期索引不能是复合索引，原因很简单：不能同时指定多个过期时间

  • 删除的时间是不精确的（删除进程由后台每60s执行一次，而且每次删除也需要时间）
    

• 全文索引(文本索引)。一个数据集中只能创建一个全文索引。对字符串或者字符串数组创建全文可搜索的索引，适用情况：

{ author:"", title:"", article:"" }

# 建立方法
db.arcicles.ensureIndex({key:"text"})
db.arcicles.ensureIndex({key_1:"text",key_2:"text"})
db.arcicles.ensureIndex({"$**":"text"})

# 使用全文索引进行查询
db.arcicles.find({$text:{$search:"coffee"}})
db.arcicles.find({$text:{$search:"aa bb cc"}})  # 包含aa或bb或cc
db.arcicles.find({$text:{$search:"aa bb -cc"}}) # 包含aa或bb 但不包含cc
db.arcicles.find({$text:{$search:"\"aa\" \"bb\" \"cc\""}}) # 同时包含aa、bb、cc的需要将字符串包裹起来

全文检索相似度查询$meta，写在查询条件后面可以返回结果的相似度，与sort一起使用可以达到很好的实用效果。我们可以模拟一个类似于百度的搜索

{score:{$meta:"textScore"}}

• 全文索引的限制：

  • 每次查询只能使用一次$text

  • $text不能出现在$nor查询中

  • 查询中使用了$text,hint（可强制指定索引）将不再起作用

  • mongoDB全文检索不支持中文

• 索引属性：
  

地理位置索引

将一些点的位置存储在mongo中，创建索引后可以按照位置来找到其他点。地理位置索引有2个子分类：

• 2D索引，平面

• 2Dsphere索引，球面

2D索引

查找方式：

• 查找距离某个点一定距离的点

• 查找包含在某个区域内的点

2D索引的创建方式

db.collection.ensureIndex({"w":"2d"})

位置的表示方式是经纬度[经度,纬度]，取值范围经度[-180,180]，纬度[-90,90]

2D索引查询的方式

• $near：查询距离某个点最近的点（默认返回100个，可以使用$maxDistance进行限制）

• $geoWithin：查询某个形状内的点，mongo中形状的表现方式有：

  • $box。矩形，使用{$box:[[<x1>,<y1>],[<x2>,<y2>]]}表示。

  • $center。圆形，使用{$center:[[<x>,<y>],r]} 表示.

  • $polygon。多边形，使用{$polygon:[[<x1>,<y1>],[<x2>,<y2>],[<x3>,<y3>]]}表示。

# 创建2D索引
db.location_collection.ensureIndex({"w":"2d"})

# 插入数据
db.location_collection.insert({w:[1,1]})
db.location_collection.insert({w:[1,2]})
db.location_collection.insert({w:[3,2]})
db.location_collection.insert({w:[90,50]})

# 使用$near查询距离(1,1)最近的点
db.location_collection.find({w:{$near:[1,1]}}) # 返回4条数据

# 使用$maxDistance进行限制
db.location_collection.find({w:{$near:[1,1],$maxDistance:10}}) # 返回前3条数据

# 查询位于[0,0]-[3,3]矩形内的点
db.location_collection.find({w:{$geoWithin:{$box:[[0,0],[3,3]]}}}) # 返回前3条数据

# 查询圆内的点
db.location_collection.find({w:{$geoWithin:{$center:[[0,0],2]}}}) # 1条结果

# 位于多边形内的点
db.location_collection.find({w:{$geoWithin:{$polygon:[[0,0],[1,1],[2,5]]}}}) # 2条

geoNear查询

该查询可以看做是$near查询的进化版，geoNear查询使用runCommand命令

db.runCommand({
    geoNear:<collection>,
    near:[x,y],
    minDistance:(对2D索引无效),
    maxDistance:
    num:
    ...
})

2Dsphere索引

2Dsphere索引是球面地理位置索引，创建方式：

db.collection.ensureIndex({"w":"2dsphere"})

位置的表示方式不再是经度和纬度，而是一种名为GeoJSON的数据结构，GeoJSON用来描述一个点、一条直线、多边形等形状。格式如下：

{type:"",coordinates:[<coordinates>]}

2Dsphere索引的查询方式和2d索引的查询方式类似，支持$minDistance和$maxDistance

索引的mongo性能分析

索引的利弊

• 利：加快索引相关的查询

• 弊：增加磁盘空间的消耗，降低写入性能

评判索引构建情况

1. mongostat工具
   mongostat是查看mongo运行状态的程序，我们可以使用mongostat --help查看mongo的使用帮助，flushes表名将内存中的数据刷入硬盘（越高则性能越低）；faults换页，越高性能越低；ids miss查询没有命中索引的比例；qr|qw读写队列，较高时性能明显下降。ids miss的提高会导致qr的提高导致明显的性能问题。

2. profile集合
   profile集合是mongo的慢操作日志
   
   当mongo的级别为0的时候不会记录任何操作，2则记录所有的操作。我们的操作就是被记录在system.profile集合中。
   
   profile主要用于测试阶段，生产环境中并不推荐profile

3. mongo日志
   在mongo的配置文件mongod.conf中可以配置verbose来记录日志的详细程度。

4. explain分析
   在特定查询的时候可以指定explain()来查看特定查询的情况：
   

mongo安全

mongo开启权限认证：

在mongod.conf中配置auth = true开启权限认证。之后重启mongo，查看mongo日志，搜索auth发现已经有了鉴权启动的标志。

创建用户

mongo2.6之后使用createUser命令创建用户，之前的版本只有简化的addUser。createUser接收的参数：

{
    user:"<name>",
    pwd:"<cleartext password>",
    customData:{<any information>},
    roles:[{role:"<role>",db:"<database>"}]
}

mongo角色

mongo的角色类型有很多，mongo内建的类型有：

• 数据库角色：read、readWrite、dbAdmin、dbOwner、userAdmin。

• 集群角色：clusterAdmin、clusterManger...

• 备份角色：backup、restore

• 特殊权限：DBAdminAnyDatabase、ReadAnyDatabase...

• mongo内置的特殊角色：root、--system
  
  使用mongo -u test_user -ptest_user_admin命令登录mongo。
  

我们可以使用createRole命令创建自定义角色。