简明 MongoDB 入门教程

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MongoDB 是免费开源的跨平台 NoSQL 数据库,命名源于英文单词 humongous,意思是「巨大无比」,可见开发组对 MongoDB 的定位。与关系型数据库不同,MongoDB 的数据以类似于 JSON 格式的二进制文档存储:

{
    name: "Angeladady",
    age: 18,
    hobbies: ["Steam", "Guitar"]
}

文档型的数据存储方式有几个重要好处:文档的数据类型可以对应到语言的数据类型,如数组类型(Array)和对象类型(Object);文档可以嵌套,有时关系型数据库涉及几个表的操作,在 MongoDB 中一次就能完成,可以减少昂贵的连接花销;文档不对数据结构加以限制,不同的数据结构可以存储在同一张表。

MongoDB 的文档数据模型和索引系统能有效提升数据库性能;复制集功能提供数据冗余,自动化容灾容错,提升数据库可用性;分片技术能够分散单服务器的读写压力,提高并发能力,提升数据库的可拓展性。MongoDB 高性能,高可用性、可扩展性等特点,使其至 2009 年发布以来,逐渐被认可,并被越来越多的用于生产环境中。AWS、GCP、阿里云等云平台都提供了十分便捷的 MongoDB 云服务。

开启 MongoDB 之旅

第一步,安装 MongoDB。到官网下载压缩包或安装包,解压或安装后,可以把 bin 目录添加到环境变量,方便后续命令的执行。在开始阶段,要用到 mongo 和 mongod 两个命令。文章示例以 Linux 为标准。

启动实例

第二步,通过 mongod 命令启动实例。启动之前,新建一个目录来存放 mongoDB 的数据和日志:

mkdir mongoDB_example
cd mongoDB_example
mkdir bin data conf log
touch log/mongodb.log

上面的命令创建了四个目录:

  • bin 如果不打算把 mongodb 的命令放到环境变量,可以将常用命令复制到 bin 目录,方便调用,如 mongo 和 mongod。也可以把编写的脚本,如副本集的启动脚本,放在 bin 目录里

  • data 用来存放数据

  • log 用来存放日志文件

  • conf 用来存放配置文件

在项目目录中,使用 mongod 命令来启动 mongoDB 进程:

mongod --fork --port 12345 --dbpath data\db  --logpath log/mongodb.log

上面命令中选项的意义:

  • port 指定端口

  • dbpath 指定数据存放路径

  • logpath 指定日志存放路径

  • fork 后台运行(退出 shell 后进程不会被中断了)

启动顺利的话,就可以输入ps aux | grep mongod,查看到启动的 mongod 实例。如果启动没有成功,最好先检查下路径设置和端口占用。

配置文件启动实例

相比设定选项来启动实例,通过配置文件启动更具有可维护性。在 conf 目录下新建一个配置文件:

vi conf/mongodb.conf

配置文件使用<option> = <value>的格式。接下来,把刚才的启动配置输入到配置文件中:

port = 12345
dbpath = data
logpath = log/mongodb.log
fork = true

启动之前别忘了先杀掉之前启动的实例kill -2 <pid>,然后再重新启动 mongoDB:

mongod -f conf/mongodb.conf

在没有指定接口时,默认启动在 27017 端口。在配置的时候使用绝对路径替代相对路径,有利于在排查故障时查找 mongoDB 进程启动的目录。

连接实例

第三步,通过 mongo 命令来连接 mongoDB 实例:

mongo [options] [db address] [file names]

之前启动实例的是在本地 12345 端口,安全模式未被开启,所以不需要输入用户名和密码即可直接连接:

mongo 127.0.0.1:12345

或者通过--host--port选项指定主机和端口。一切顺利的话,就进入了 mongoDB shell,shell 会报出一连串权限警告,不过不用担心,这并不会影响之后的操作。在添加授权用户和开启认证后,这些警告会自动消失。

数据库 CRUD 操作

在进行增查改删操作之前,先了解下常用的 shell 操作:

  • db 显示当前所在数据库,默认为 test

  • show dbs 列出可用数据库

  • show tables show collections 列出数据库中可用集合

  • use <database> 用于切换数据库

mongoDB 预设有两个数据库,admin 和 local,admin 用来存放系统数据,local 用来存放该实例数据,在副本集中,一个实例的 local 数据库对于其它实例是不可见的。使用 use 命令切换数据库:

> use admin
> use local
> use newDatabase

可以 use 一个不存在的数据库,当你存入新数据时,mongoDB 会创建这个数据库:

> use newDatabase
> db.newCollection.insert({x:1})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })

以上命令向数据库中插入一个文档,返回 1 表示插入成功,mongoDB 自动创建 newCollection 集合和数据库 newDatabase。下面将创建一个 drivers 集合,进行增查改删操作。

创建(Create)

MongoDB 提供 insert 方法创建新文档:

  • db.collection.inserOne() 插入单个文档
    WriteResult({ "nInserted" : 1 })

  • db.collection.inserMany() 插入多个文档

  • db.collection.insert() 插入单条或多条文档

这里以 insert 方法为例:

> db.drivers.insert({name:"Chen1fa",age:18})
> db.drivers.insert({name:"Xiaose",age:35})
> db.drivers.insert({_id:91,name:"Sun1feng",age:34})

要注意,age:18age:"18"是不一样的,前者插入的是数值,后者插入的是字符串。插入新文档如果未指定 _id,mongoDB 会自动为插入的文档添加 _id 字段。使用 db.dirvers.find() 命令即可看到刚刚插入的文档:

> db.dirvers.find()
{ "_id" : ObjectId("598964bd56b8c69ae1e5f36a"), "name" : "Chen1fa", "age" : 18 }
{ "_id" : ObjectId("598964d456b8c69ae1e5f36b"), "name" : "Xiaose", "age" : 35 }
{ "_id" : 91, "name" : "Sun1feng", "age" : 34 }

查找(Read)

MongoDB 提供 find 方法查找文档,第一个参数为查询条件:

> db.drivers.find() #查找所有文档
{ "_id" : ObjectId("598964bd56b8c69ae1e5f36a"), "name" : "Chen1fa", "age" : 18 }
{ "_id" : ObjectId("598964d456b8c69ae1e5f36b"), "name" : "Xiaose", "age" : 35 }
{ "_id" : 91, "name" : "Sun1feng", "age" : 34 }

> db.drivers.find({name: "Xiaose"}) #查找 name 为 Xiaose 的文档
{ "_id" : ObjectId("598964d456b8c69ae1e5f36b"), "name" : "Xiaose", "age" : 35 }

> db.drivers.find({age:{$gt:20}}) #查找 age 大于 20 的文档
{ "_id" : ObjectId("598964d456b8c69ae1e5f36b"), "name" : "Xiaose", "age" : 35 }
{ "_id" : 91, "name" : "Sun1feng", "age" : 34 }

上述代码中的$gt对应于大于号>的转义。第二个参数可以传入投影(projection,投影仪中,白色光源通过分光镜、液晶板、投影镜头的光学变换后,投射到反射面上,显示出了彩色图像)文档映射数据:

> db.drivers.find({age:{$gt:20}},{name:1})
{ "_id" : ObjectId("598964d456b8c69ae1e5f36b"), "name" : "Xiaose" }
{ "_id" : 91, "name" : "Sun1feng" }

上述命令将查找 age 大于 20 的文档,返回 name 字段,排除其它字段。投影文档中字段为 1 或真值表示包含,0 或假值表示排除,可以设置多个字段为 1 或 0,但不能混合使用。

除此之外,还可以通过 count、skip、limit 等指针(Cursor)方法,改变文档查询的执行方式:

> db.drivers.find().count() #统计查询文档数目
3
> db.drivers.find().skip(1).limit(10).sort({age:1})
{ "_id" : 91, "name" : "Sun1feng", "age" : 34 }
{ "_id" : ObjectId("598964d456b8c69ae1e5f36b"), "name" : "Xiaose", "age" : 35 }

上述查找命令跳过 1 个文档,限制输出 10 个,以 name 子段正序排序(大于 0 为正序,小于 0 位反序)输出结果。最后,可以使用 Cursor 方法中的 pretty 方法,提升查询文档的易读性,特别是在查看嵌套的文档和配置文件的时候:

> db.drivers.find().pretty()

更新(Update)

MongoDB 提供 updata 方法更新文档:

  • db.collection.updateOne() 更新最多一个符合条件的文档

  • db.collection.updateMany() 更新所有符合条件的文档

  • db.collection.replaceOne() 替代最多一个符合条件的文档

  • db.collection.update() 默认更新一个文档,可配置 multi 参数,跟新多个文档

以 update() 方法为例。其格式:

> db.collection.update(
    <query>,
    <update>,
    {
        upsert: <boolean>,
        multi: <boolean>
    }
)

各参数意义:

  • query 为查询条件

  • update 为修改的文档

  • upsert 为真,查询为空时插入文档

  • multi 为真,更新所有符合条件的文档

下面的命令将 name 字段为 Chen1fa 的文档,更新 age 字段为 30:

> db.drivers.update({name:"Chen1fa"},{name:"Chen1fa", age:30})

要注意的是,如果更新文档只传入 age 字段,那么文档会被更新为{age: 30},而不是{name:"Chen1fa", age:30}。要避免文档被覆盖,需要用到 $set 指令,$set 仅替换或添加指定字段:

> db.drivers.update({name:"Chen1fa"},{$set:{age:30}})

如果要在查询的文档不存在的时候插入文档,要把 upsert 参数设置真值:

> db.drivers.update({name:"Alen"},{age:24},{upsert: true})

update 方法默认情况只更新一个文档,如果要更新符合条件的所有文档,要把 multi 设为真值,并使用 $set 指令:

> db.drivers.update({age:{$gt:25}},{$set:{license:'A'}},{multi: true})
> db.drivers.update({age:{$lt:25}},{$set:{license:'C'}},{multi: true})

最终结果:

> db.dirvers.find()
{ "_id" : ObjectId("598964bd56b8c69ae1e5f36a"), "name" : "Chen1fa", "age" : 30, "license" : "A" }
{ "_id" : ObjectId("598964d456b8c69ae1e5f36b"), "name" : "Xiaose", "age" : 35, "license" : "A" }
{ "_id" : 91, "name" : "Sun1feng", "age" : 34, "license" : "A" }
{ "_id" : ObjectId("598968b3ed1eccef17e79abe"), "age" : 24, "license" : "C" }

删除(Delete)

MongoDB 提供了 delete 方法删除文档:

  • db.collection.deleteOne() 删除最多一个符合条件的文档

  • db.collection.deleteMany() 删除所有符合条件的文档

  • db.collection.remove() 删除一个或多个文档

以 remove 方法为例:

> db.drivers.remove({name:"Xiaose"}) #删除所有 name 为 Xiaose 的文档
> db.drivers.remove({age:{$gt:30}},{justOne:true}) #删除所有 age 大于 30 的文档
> db.drivers.find()
{ "_id" : ObjectId("598964bd56b8c69ae1e5f36a"), "name" : "Chen1fa", "age" : 30, "license" : "A" }
{ "_id" : ObjectId("598968b3ed1eccef17e79abe"), "age" : 24, "license" : "C" }

MongoDB 提供了 drop 方法删除集合,返回 true 表面删除集合成功:

> db.drivers.drop() 

后话

相比传统关系型数据库,MongoDB 的 CURD 操作更像是编写程序,更符合开发人员的直觉,不过 MongoDB 同样也支持 SQL 语言。MongoDB 的 CURD 引擎配合索引技术、数据聚合技术和 JavaScript 引擎,赋予 MongoDB 用户更强大的操纵数据的能力。

关闭实例

关闭 mongoDB 服务:

> use admin
> db.shutdownServer()

使用 exit 或 Ctrl + C 断开连接:

> exit

结语

上述,我们启动了一个不安全的 MongoDB 实例,应用到生产环境中,还需要了解 MongoDB 的安全机制,了解如何建立索引提升数据库的读写速度。随着数据的增长,需要了解副本集技术如何将多个实例部署到不同的服务器、了解分片技术对数据库进行横向扩展。为保证服务器性能和安全,需要了解如何对 MongoDB 进行测试和监控…

「冰封三尺,非一日之寒」,同样,要想完全掌握 MongoDB 还有很长的路要走。愿戒骄戒躁,在学习的路上,与君共勉。

参考

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