MongoDB简述 - 技术栈

MongoDB

概念

MongoDB 是由 C++语言编写的，是一个基于分布式文件存储的开源数据库系统。在高负载的情况下，添加更多的节点，可以保证服务器性能。MongoDB 旨在为 WEB 应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

MongoDB 将数据存储为一个文档，数据结构由键值(key=>value)对组成。MongoDB 文档类似于 JSON 对象。字段值可以包含其他文档，数组及文档数组。

特点

MongoDB 是一个面向文档存储的数据库，操作起来比较简单和容易。
你可以在 MongoDB 记录中设置任何属性的索引 (如：FirstName="Sameer",Address="8 Gandhi Road")来实现更快的排序。
你可以通过本地或者网络创建数据镜像，这使得 MongoDB 有更强的扩展性。
如果负载的增加（需要更多的存储空间和更强的处理能力），它可以分布在计算机网络中的其他节点上这就是所谓的分片。
Mongo 支持丰富的查询表达式。查询指令使用 JSON 形式的标记，可轻易查询文档中内嵌的对象及数组。
MongoDb 使用 update()命令可以实现替换完成的文档（数据）或者一些指定的数据字段。
Mongodb 中的 Map/reduce 主要是用来对数据进行批量处理和聚合操作。
Map 和 Reduce。Map 函数调用 emit(key,value)遍历集合中所有的记录，将 key 与 value 传给 Reduce 函数进行处理。
Map 函数和 Reduce 函数是使用 Javascript 编写的，并可以通过 db.runCommand 或 mapreduce 命令来执行 MapReduce 操作。
GridFS 是 MongoDB 中的一个内置功能，可以用于存放大量小文件。
MongoDB 允许在服务端执行脚本，可以用 Javascript 编写某个函数，直接在服务端执行，也可以把函数的定义存储在服务端，下次直接调用即可。

MongoDB 存储引擎

MongoDB 支持哪些存储引擎？

存储引擎（Storage Engine）是数据库的核心组件，负责管理数据在内存和磁盘中的存储方式。

与 MySQL 一样，MongoDB 采用的也是 插件式的存储引擎架构 ，支持不同类型的存储引擎，不同的存储引擎解决不同场景的问题。在创建数据库或集合时，可以指定存储引擎。

插件式的存储引擎架构可以实现 Server 层和存储引擎层的解耦，可以支持多种存储引擎，如MySQL既可以支持B-Tree结构的InnoDB存储引擎，还可以支持LSM结构的RocksDB存储引擎。

在存储引擎刚出来的时候，默认是使用 MMAPV1 存储引擎，MongoDB4.x 版本不再支持 MMAPv1 存储引擎。

现在主要有下面这两种存储引擎：

WiredTiger 存储引擎 ：自 MongoDB 3.2 以后，默认的存储引擎为 [WiredTiger 存储引擎]。非常适合大多数工作负载，建议用于新部署。WiredTiger 提供文档级并发模型、检查点和数据压缩（后文会介绍到）等功能。
In-Memory 存储引擎 ：[In-Memory 存储引擎]在 MongoDB Enterprise 中可用。它不是将文档存储在磁盘上，而是将它们保留在内存中以获得更可预测的数据延迟。

此外，MongoDB 3.0 提供了 可插拔的存储引擎 API ，允许第三方为 MongoDB 开发存储引擎，这点和 MySQL 也比较类似。

WiredTiger 基于 LSM Tree 还是 B+ Tree？

目前绝大部分流行的数据库存储引擎都是基于 B/B+ Tree 或者 LSM(Log Structured Merge) Tree 来实现的。对于 NoSQL 数据库来说，绝大部分（比如 HBase、Cassandra、RocksDB）都是基于 LSM 树，MongoDB 不太一样。

上面也说了，自 MongoDB 3.2 以后，默认的存储引擎为WiredTiger 存储引擎。在 WiredTiger 引擎官网上，我们发现 WiredTiger 使用的是 B+ 树作为其存储结构：

text 复制代码

WiredTiger maintains a table's data in memory using a data structure called a B-Tree ( B+ Tree to be specific), referring to the nodes of a B-Tree as pages. Internal pages carry only keys. The leaf pages store both keys and values.

此外，WiredTiger 还支持 [LSM(Log Structured Merge)]树作为存储结构，MongoDB 在使用WiredTiger 作为存储引擎时，默认使用的是 B+ 树。

使用 B+ 树时，WiredTiger 以 page 为基本单位往磁盘读写数据。B+ 树的每个节点为一个 page，共有三种类型的 page：

root page（根节点） ： B+ 树的根节点。
internal page（内部节点） ：不实际存储数据的中间索引节点。
leaf page（叶子节点）：真正存储数据的叶子节点，包含一个页头（page header）、块头（block header）和真正的数据（key/value），其中页头定义了页的类型、页中实际载荷数据的大小、页中记录条数等信息；块头定义了此页的checksum、块在磁盘上的寻址位置等信息。

其整体结构如下图所示：

WiredTiger B+树整体结构