MongoDB笔记01-概念与安装

齐 飞2024-11-08 17:37

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前言

MongoDB 是一个开源的 NoSQL 数据库，它以其灵活性、高性能和可扩展性著称。MongoDB 的文档模型使得它非常适合存储复杂的数据结构，并且易于进行扩展。它非常适合处理大量非结构化或半结构化数据，并且能够支持高并发的读写操作。

MongoDB 将数据记录存储为 BSON 文档。BSON 是 JSON 文档的二进制表示形式，但它包含的数据类型比 JSON 多。

一、MongoDB相关概念

官网：https://www.mongodb.com/zh-cn

1.1 业务应用场景

传统的关系型数据库（如MySQL），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。

而MongoDB可应对"三高"需求。

具体的应用场景

  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。

这些应用场景中，数据操作方面的共同特点是：

  • 数据量大
  • 写入操作频繁（读写都很频繁）
  • 价值较低的数据，对事务性要求不高 对于这样的数据，我们更适合使用MongoDB来实现数据的存储。

什么时候选择MongoDB

在架构选型上，除了上述的三个特点外，如果你还犹豫是否要选择它？可以考虑以下的一些问题：

  • 应用不需要事务及复杂 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

如果上述有1个符合，可以考虑 MongoDB，2个及以上的符合，选择 MongoDB 绝不会后悔。

相对于MySQL，MongoDB可以以更低的成本解决问题（包括学习、开发、运维等成本）

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。

1.3 体系结构

MySQL和MongoDB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 collection 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 UTF-8字符串都可表示为字符串类型的数据 {"x" : "foobar"}
对象id 对象id是文档的12字节的唯一ID {"X" :ObjectId() }
布尔值 真或者假：true或者false {"x":true}
数组 值的集合或者列表可以表示成数组 {"x" ： ["a", "b", "c"]}
32位整数 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 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
64位浮点数 shell中的数字就是这一种类型 {"x"：3.14159，"y"：3}
null 表示空值或者未定义的对象 {"x":null}
undefined 文档中也可以使用未定义类型 {"x":undefined}
符号 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 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}
代码 文档中还可以包含JavaScript代码 {"x" ： function() { /* ...... */ }}
二进制数据 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 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。 {"x":null}

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、

二、本地单机部署

2.1 Windows系统中的安装启动

第一步：下载安装包

MongoDB 提供了可用于 32 位和 64 位系统的预编译二进制包，你可以从MongoDB官网下载安装，MongoDB 预编译二进制包下载地址：

https://www.mongodb.com/download-center#community

注意：本文的安装的是压缩版，不是安装版(有安装步骤的方式)。

根据上图所示下载 zip 包。

提示：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：http://docs.mongodb.org/manual/release-notes/#release-version-numbers

第二步：解压安装启动

将压缩包解压到一个目录中。

在解压目录中，手动建立一个目录用于存放数据文件

1.命令行参数方式启动服务（推荐）

在mongodb中新建文件夹data/db和data/log/mongo.log)

进入bin文件夹中cmd运行

js 复制代码 
mongod --dbpath "..\data\db" --logpath "..\data\log\mongo.log"
2.配置文件方式启动服务

在解压目录中新建 config 文件夹，该文件夹中新建配置文件 mongod.conf ，内如参考如下：

yml 复制代码 
storage:
	 #The directory where the mongod instance stores its data.Default Value is "\data\db" on Windows.
	 dbPath: E:\tool\mongodb-win32-x86_64-2008plus-ssl-4.0.12\data\db

详细配置项内容可以参考官方文档：https://docs.mongodb.com/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：
txt 复制代码 
error-parsing-yaml-config-file-yaml-cpp-error-at-line-3-column-15-unknown-escape-character-d

解决方法：

a. 对 \ 换成 / 或 \

b. 如果路径中没有空格，则无需加引号。

  1. 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：
txt 复制代码 
mongod -f ../config/mongod.conf
或
mongod --config ../config/mongod.conf

更多参数配置：

yml 复制代码 
systemLog:
    destination: file
    #The path of the log file to which mongod or mongos should send all diagnostic logging information
    path: "D:\tools\mongodb-win32-x86_64-2008plus-ssl-4.0.12/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:\tools\mongodb-win32-x86_64-2008plus-ssl-4.0.12/data"
net:
    #bindIp: 127.0.0.1
    port: 27017
setParameter:
    enableLocalhostAuthBypass: false
验证服务是否启动成功

启动成功后，在浏览器中输入http://127.0.0.1:27017，出现以下情况表示启动成功。

接下来的配置不是必须的，可以跳过。

配置环境变量

右键此电脑，选择属性

选择高级系统设置

选择环境变量

找到Path，点击编辑

点击新建，将mongodb的bin文件夹的绝对路径复制到这里，然后一直点确定，直到控制面板。

win+R然后输入cmd打开黑窗口，输入mongod --version出现版本号即为配置成功。

mongdb开机自动启动

如果每次都要通过cmd的方式启动服务也太麻烦了，这里可以选择设置成开机自启动。

还是打开cmd窗口，不过这次是以管理员身份运行，然后输入如下命令：

js 复制代码 
mongod --dbpath "D:\tools\mongodb-win32-x86_64-2008plus-ssl-4.0.12\data\db" --logpath "D:\tools\mongodb-win32-x86_64-2008plus-ssl-4.0.12\data\log\mongo.log" -install -serviceName "MongoDB"

注意：路径换成安装时的绝对路径

然后使用win+R然后输入services.msc命令打开服务进行查看：

2.2 Shell连接mongodb(mongo命令)

cmd新开一个命令提示符，输入以下shell命令即可完成登陆

shell 复制代码 
在命令提示符输入以下shell命令即可完成登陆
mongo
或
mongo --host=127.0.0.1 --port=27017

查看已经有的数据库

shell 复制代码 
> show dbs
admin   0.000GB
config  0.000GB
local   0.000GB
> show databases
admin   0.000GB
config  0.000GB
local   0.000GB

退出mongodb

shell 复制代码 
> exit

2.3 Compass-图形化界面客户端

到MongoDB官网下载MongoDB Compass，

地址：https://www.mongodb.com/download-center/v2/compass?initial=true
如果是下载安装版，则按照步骤安装；如果是下载加压缩版，直接解压，执行里面的 MongoDBCompassCommunity.exe 文件即可。
在打开的界面中，输入主机地址、端口等相关信息，点击连接：
解压后点击exe文件

打开后直接点击连接即可(默认设置)

后续文章：
MongoDB笔记02-MongoDB基本常用命令
MongoDB笔记03-MongoDB索引
MongoDB笔记04-SpringBoot整合MongoDB

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