MongoDB

一、什么是 MongoDB

MongoDB 是一个开源的 文档型数据库 ，属于 NoSQL 数据库家族。与传统的关系型数据库 (如 MySQL) 使用表和行来存储数据不同，MongoDB 使用灵活的 文档（类似于 JSON 对象）来存储数据。

1. 主要特点

• 文档模型： 数据存储为类似 JSON 的 BSON 文档（Binary JSON），结构灵活，一个集合内的文档可以有不同的结构。
• 灵活的模式： 无需预先定义严格的表结构（Schema），数据结构可以随时间演变。
• 高性能： 支持索引、聚合管道等，优化查询速度。
• 高可用性： 通过 副本集 (Replica Set) 提供自动故障转移和数据冗余。
• 水平可扩展性： 通过 分片 (Sharding) 将数据分布在多个服务器上，处理海量数据和高吞吐量。
• 丰富的查询语言： 支持复杂的查询、聚合、地理空间查询等。
• 多种存储引擎： 支持 WiredTiger（默认，提供文档级并发控制、压缩和加密）等。
• 聚合框架： 强大的数据处理管道，用于复杂的数据转换和分析。
• 地理空间支持： 内置地理空间索引和查询功能。

2. MongoDB 概念解析

• 文档 (Document)： MongoDB 中的基本数据单元。它是一个键值对的有序集合，类似于 JSON 对象。例如：

  {
    "_id": ObjectId("5099803df3f4948bd2f98391"),
    "name": "张三",
    "age": 30,
    "hobbies": ["阅读", "游泳"],
    "address": {
      "city": "北京",
      "street": "中关村大街"
    }
  }

• 集合 (Collection)： 一组 MongoDB 文档的容器。类似于关系型数据库中的"表"。

• 数据库 (Database)： 多个集合的逻辑分组。一个 MongoDB 服务器可以承载多个数据库。

• _id 字段： 每个文档都必须有一个唯一的 _id 字段作为主键。如果插入时未提供，MongoDB 会自动生成一个 ObjectId。

• 嵌入式文档 (Embedded Document)： 文档中可以嵌套其他文档（如上例中的 address）。

• 引用式文档 (Document Reference)： 一个文档可以通过存储另一个文档的 _id 来引用它（类似于关系型数据库的外键），实现数据关联。

3. 完整术语列表

• 文档 (Document)
• 集合 (Collection)
• 数据库 (Database)
• _id (Primary Key)
• 字段 (Field) / 键 (Key)
• 值 (Value)
• BSON (Binary JSON)
• 副本集 (Replica Set)
• 主节点 (Primary)
• 从节点 (Secondary)
• 仲裁节点 (Arbiter)
• 分片 (Sharding)
• 分片键 (Shard Key)
• 配置服务器 (Config Server)
• 查询路由器 (mongos)
• 索引 (Index)
• 聚合管道 (Aggregation Pipeline)
• CRUD 操作 (Create, Read, Update, Delete)
• MongoDB Shell (mongosh)
• mongod (数据库服务进程)
• mongos (分片集群查询路由进程)
• WiredTiger (存储引擎)

二、MongoDB 安装 (dnf)

以下是在基于 RHEL/CentOS/Fedora 的系统上使用 dnf 安装 MongoDB Community Edition 的基本步骤 (以 MongoDB 7.0 为例，版本号会随时间变化，请参考官方文档获取最新指导)：

配置仓库：

sudo tee /etc/yum.repos.d/mongodb-org-7.0.repo <<EOL
[mongodb-org-7.0]
name=MongoDB Repository
baseurl=https://repo.mongodb.org/yum/redhat/\$releasever/mongodb-org/7.0/x86_64/
gpgcheck=1
enabled=1
gpgkey=https://www.mongodb.org/static/packages/server-7.0.asc
EOL

请确保 $releasever 变量正确指向您的系统版本号 (如 8, 9)。
2.

安装 MongoDB 包：

sudo dnf install -y mongodb-org

这将安装 mongodb-org-server (mongod), mongodb-org-mongos, mongodb-org-shell (mongosh), mongodb-org-tools (包含 mongodump, mongorestore 等) 和 mongodb-org-database-tools-extra。
3.

启动 MongoDB 服务并设置开机自启：

sudo systemctl start mongod
sudo systemctl enable mongod

验证服务状态：

sudo systemctl status mongod

应该看到 active (running) 状态。
5.

(可选) 连接验证： 使用 mongosh 连接本地实例：

mongosh

如果成功，会看到 MongoDB Shell 的提示符。

三、 MongoDB Shell

MongoDB Shell (mongosh) 是一个功能强大的交互式 JavaScript 接口，用于管理 MongoDB 实例、执行查询、更新数据等。

1. 安装 MongoDB Shell

在基于 dnf 的系统上，安装 MongoDB 时通常已经包含了 mongodb-org-shell 包。如果只需要 Shell：

sudo dnf install -y mongodb-org-shell

2. 验证 MongoDB Shell

• 检查版本：

  mongosh --version

• 连接本地 MongoDB 实例：

  mongosh

  默认连接 mongodb://localhost:27017。成功连接后，会显示 Shell 版本、连接 URI、服务器版本等信息。

• 运行简单命令： 在 mongosh 提示符下，输入：

  db.version()

  应该返回 MongoDB 服务器的版本号。

四、 数据库管理

在 mongosh 中操作数据库。

1. 查看数据库列表

show dbs

列出当前 MongoDB 实例中所有非空的数据库（系统数据库除外）。新创建的、没有集合的数据库不会显示。

2. 创建数据库

MongoDB 在您首次向一个数据库中的集合插入数据时隐式创建该数据库。使用 use 命令切换上下文：

use myNewDatabase

这会切换到 myNewDatabase。如果该数据库不存在，此时它尚未被真正创建。只有当您在其中创建一个集合并插入文档后：

db.myCollection.insertOne({ name: "Test" })

myNewDatabase 才会出现在 show dbs 的结果中。

3. 删除数据库

先切换到要删除的数据库，然后执行：

use databaseToDelete
db.dropDatabase()

这会删除当前选中的数据库及其所有集合。

4. 默认数据库

• test: 如果您在 mongosh 中未使用 use 命令指定数据库就执行插入操作，数据会进入 test 数据库。
• admin: 存储用户认证和权限信息的系统数据库。
• local: 存储副本集特定信息的数据库。此数据库的内容不会复制到副本集的其他节点。
• config: 在分片集群中存储分片和块元数据的数据库。

5. 系统内置数据库

• admin
• local
• config (分片集群中) 这些数据库对 MongoDB 的内部运作至关重要，通常不应直接修改它们。

五、 集合管理

在 mongosh 中，使用 db 对象代表当前数据库。

1. 查看集合

show collections
// 或
db.getCollectionNames()

列出当前数据库中的所有集合。

2. 创建集合

• 显式创建： 可以指定选项（如大小限制、文档校验规则）：

  db.createCollection("myNewCollection", {
    capped: true, // 固定集合
    size: 100000, // 大小（字节）
    max: 1000     // 最大文档数
  })

• 隐式创建： 当您向一个不存在的集合插入文档时，集合会被自动创建：

  db.myImplicitCollection.insertOne({ x: 1 })

3. 更新集合名

db.oldCollectionName.renameCollection("newCollectionName")

将集合 oldCollectionName 重命名为 newCollectionName。

4. 删除集合

db.collectionToDrop.drop()

删除当前数据库中的 collectionToDrop 集合及其所有文档。

六、 文档操作

1. 插入文档

• 插入单个文档：

  db.collection.insertOne({
    name: "Alice",
    age: 25,
    email: "alice@example.com"
  })

• 插入多个文档：

  db.collection.insertMany([
    { name: "Bob", age: 30 },
    { name: "Charlie", age: 35 }
  ])

2. 查询文档

• 查询所有文档：

  db.collection.find()

• 条件查询：

  db.collection.find({ age: { $gt: 30 } }) // 年龄大于30
  db.collection.find({ name: "Alice" }) // 名字是Alice

• 投影（选择返回字段）：

  db.collection.find({}, { name: 1, email: 1 }) // 只返回 name 和 email 字段，_id 默认返回
  db.collection.find({}, { name: 1, _id: 0 }) // 只返回 name 字段，排除 _id

• 排序：

  db.collection.find().sort({ age: 1 }) // 年龄升序 (1)
  db.collection.find().sort({ age: -1 }) // 年龄降序 (-1)

• 限制结果数量：

  db.collection.find().limit(5)

• 跳过文档：

  db.collection.find().skip(10)

3. 删除文档

• 删除匹配条件的文档：

  db.collection.deleteMany({ age: { $lt: 20 } }) // 删除所有年龄小于20的文档

• 删除最多一个匹配条件的文档：

  db.collection.deleteOne({ name: "ToDelete" })

• 删除所有文档（保留集合）：

  db.collection.deleteMany({})

4. 更新文档

• 更新匹配条件的单个文档：

  db.collection.updateOne(
    { name: "Alice" }, // 查询条件
    { $set: { age: 26 } } // 更新操作：将 age 设置为 26
  )

• 更新匹配条件的所有文档：

  db.collection.updateMany(
    { department: "Sales" }, // 查询条件
    { $set: { bonus: 1000 } } // 更新操作：给所有销售部门员工设置 bonus 为 1000
  )

• 替换文档：

  db.collection.replaceOne(
    { name: "Alice" }, // 查询条件
    { name: "Alice Smith", age: 26, job: "Engineer" } // 新文档（完全替换）
  )

  常用更新操作符：$set, $unset, $inc, $push, $pull, $rename 等。

七、 MongoDB 备份与恢复

使用 mongodump 和 mongorestore 工具进行逻辑备份和恢复。

1. 安装备份与恢复命令

在基于 dnf 的系统上，安装 MongoDB 时通常已经包含了 mongodb-org-tools 包 (包含 mongodump, mongorestore)。如果只需要工具：

sudo dnf install -y mongodb-org-tools

2. MongoDB 数据备份

• 备份整个实例 (所有数据库)：

  mongodump --uri="mongodb://localhost:27017" --out=/path/to/backup/directory

• 备份指定数据库：

  mongodump --uri="mongodb://localhost:27017" --db=myDatabase --out=/path/to/backup/directory

• 备份指定集合：

  mongodump --uri="mongodb://localhost:27017" --db=myDatabase --collection=myCollection --out=/path/to/backup/directory

• 带认证备份： 在 URI 中包含用户名和密码，或使用 --username 和 --password 选项。

3. MongoDB 数据恢复

• 恢复整个备份目录 (到原数据库名)：

  mongorestore --uri="mongodb://localhost:27017" /path/to/backup/directory

• 恢复指定数据库：

  mongorestore --uri="mongodb://localhost:27017" --db=myDatabase /path/to/backup/directory/myDatabase

• 恢复指定集合：

  mongorestore --uri="mongodb://localhost:27017" --db=myDatabase --collection=myCollection /path/to/backup/directory/myDatabase/myCollection.bson

• 带认证恢复： 同样在 URI 中包含用户名和密码，或使用 --username 和 --password 选项。

• --drop 选项： 在恢复数据之前删除目标数据库或集合中的现有数据。慎用！

八、 MongoDB 用户管理

MongoDB 使用基于角色的访问控制 (Role-Based Access Control, RBAC) 来管理用户权限。用户创建在特定的数据库中，但角色可以授予跨数据库的权限。

基本操作：

1. 启用访问控制： 通常需要在配置文件 (/etc/mongod.conf) 中设置 security.authorization: enabled 并重启 mongod，或在启动时添加 --auth 参数。重要提示：在启用认证前，必须先创建至少一个具有 userAdmin 或 userAdminAnyDatabase 角色的管理员用户！

2. 以管理员身份连接： 使用具有管理权限的账户连接 mongosh：

   mongosh "mongodb://adminUser:adminPassword@localhost:27017/admin?authSource=admin"

3. 创建用户：

   use admin // 通常在 admin 数据库创建管理用户
   db.createUser({
     user: "myAdmin",
     pwd: "myStrongPassword", // 或使用 passwordPrompt() 交互式输入
     roles: [ { role: "userAdminAnyDatabase", db: "admin" }, "readWriteAnyDatabase" ]
   })

   • user: 用户名。
   • pwd: 密码。强烈建议使用 passwordPrompt() 避免在命令历史中留下明文密码。
   • roles: 分配给用户的角色数组。角色指定权限 (read, readWrite, dbAdmin, userAdmin 等)。角色可以限定在特定数据库 ({ role: "readWrite", db: "myAppDB" }) 或使用 AnyDatabase 版本 (readWriteAnyDatabase)。

4. 查看用户：

   db.getUsers() // 查看当前数据库的用户
   use admin
   db.getUsers() // 查看 admin 数据库的用户

5. 更新用户：

   db.updateUser("myAdmin", {
     pwd: passwordPrompt(), // 更新密码
     roles: [ { role: "userAdminAnyDatabase", db: "admin" }, "readWriteAnyDatabase", { role: "dbAdmin", db: "reportingDB" } ] // 更新角色
   })

6. 删除用户：

   db.dropUser("userToDelete")

最佳实践：

• 在 admin 数据库创建管理员用户。
• 为应用程序创建专用用户，仅授予其访问特定数据库所需的最小权限（如 readWrite）。
• 使用强密码。
• 避免使用 root 角色（除非绝对必要）。
• 使用 passwordPrompt() 或在脚本中读取环境变量来避免密码泄露。
• 定期审查用户和权限。