MongoDB简介与安装

MongoDB

引言

在早期的程序开发过程中，单体+MySQL足以应对业务需求，可随着业务不断发展，系统架构演变成分布式，而数据存储的需求亦是多样化，单纯依赖于MySQL或其他某一款关系型数据库，再也难以支撑系统的存储需求，于是，现如今一个复杂系统中，可能会牵扯到MySQL、Redis、ES、MongoDB、FastDFS、CDH……多种数据存储产品，根据不同的业务特性、响应要求，会将数据存储在不同组件中以满足系统需要。

MongoDB是数据库家族中的一员，是一款专为扩展性、高性能和高可用而设计的数据库，它可以从单节点部署扩展到大型、复杂的多数据中心架构，也能提供高性能的数据读写操作；而且提供了数据复制、无感知的故障自动选主等功能，从而实现数据节点高可用。

但MongoDB并不是一款关系型数据库，而是一款基于“分布式存储”的非关系型数据库（NoSQL），由C++编写而成。它与Redis、Memcached这类传统NoSQL不同，MongoDB具有半结构化特性，啥意思呢？下面仔细聊聊。

一、MongoDB快速入门

MongoDB的数据存储格式非常松散，采用“无模式、半结构化”的思想，通过BSON格式来存储数据。

BSON的全称为Binary JSON，翻译过来是指二进制的JSON格式，在存储和扫描效率高于原始版JSON，但是对空间的占用会更高。同时，BSON在JSON基础之上，多加了一些类型及元数据描述，具体可参考《MongoDB官网-BSON类型》。

之所以说MongoDB具有半结构化特性，这是由于BSON拥有着JSON的特性，JSON天生具备结构性，可以便捷的存储复杂的结构数据。但是Mongo的数据结构又特别灵活，没有关系型数据库那种“强结构化”的规范。

强结构化：所有数据入库前，库中必须先定义好结构，并且入库的数据，每个值要与定义好的字段一一对应，当结构发生变更时，再按原有结构插入数据则会报错，必须同步修改插入的数据，使用起来特别“繁琐”。

MongoDB中用BSON来存储数据，而BSON是一种文档，所以它也被称之为：文档型数据库，文档由一或多个K-V键值对组成，其中的Key只能由字符串表示，值则可以是任意类型，如数组、字符串、数值……。简单来说，你可以把MongoDB中的一个文档，看做成一个JSON对象。

上面提到“文档”这个概念，初次接触的伙伴或许会疑惑，这里我们与MySQL数据库对比一下，其实两者的结构很类似，如下：

MySQL	MongoDB
数据库（`DataBase`）	数据库（`DataBase`）
数据表（`Table`）	数据集合（`Collection`）
数据行（`Row`）	数据文档（`Document`）
列/字段（`Column`）	字段（`Field`）
索引（`Index`）	索引（`Index`）

MongoDB中的一个集合，对应MySQL中的一张表；一个文档对应着MySQL一行数据……，层级结构的理念相同，只不过叫法和细节不同。当然，光看概念也很难帮大家认识Mongo，接下来快速搭建下环境，实操理解的效果更佳。

1.1、MongoDB环境搭建

MongoDB分为免费社区版、收费企业版，虽说前者功能有所阉割，但好在免费，并且可以满足大多数项目需求，这里咱们先去MongoDB官网-社区版选择对应的操作系统、版本下载安装包，同Redis一样，版本号的第二位数，为奇数代表开发版，为偶数代表是稳定版。

❶创建MongoDB目录，并通过工具上传安装包至服务器（或虚拟机）：

[root@~]# mkdir /usr/local/mongodb/
[root@~]# cd /usr/local/mongodb/

如果不想这么麻烦，也可以用wget命令在线拉取安装包：

# CentOS7的版本
[root@~]# wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-rhel70-6.0.8.tgz

# Ubuntu22.04版本
[root@~]# wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-ubuntu2204-6.0.8.tgz

没有wget命令，可以通过yum或apt安装一下：

# CentOS7
[root@~]# yum -y install wget

# Ubuntu22.04
[root@~]# apt -y install wget

❷解压相应目录下的安装包，并重命名解压后的目录：

# CentOS7版本：
[root@~]# tar -xvzf mongodb-linux-x86_64-rhel70-6.0.8.tgz
[root@~]# mv mongodb-linux-x86_64-rhel70-6.0.8 mongodb6.0.8

# Ubuntu22.04版本
[root@~]# tar -xvzf mongodb-linux-x86_64-ubuntu2204-6.0.8.tgz
[root@~]# mv mongodb-linux-x86_64-ubuntu2204-6.0.8  mongodb6.0.8

由于我们下载的是压缩包，属于开箱即用版，无需任何额外配置。但为了方便启动，咱们可以将bin目录拷贝出来：

[root@~]# cp -a /usr/local/mongodb/mongodb6.0.8/bin /usr/local/mongodb/bin

❸创建单机版MongoDB存储配置文件、数据、日志的目录：

[root@~]# mkdir /usr/local/mongodb/data && 
          mkdir /usr/local/mongodb/log && 
          mkdir /usr/local/mongodb/conf && 
          mkdir /usr/local/mongodb/data/standalone && 
          mkdir /usr/local/mongodb/log/standalone && 
          mkdir /usr/local/mongodb/conf/standalone

❹编写MongoDB核心配置文件（没有会自动创建）：

[root@~]# vi /usr/local/mongodb/conf/standalone/mongodb.conf

这里大家可以直接复制下述yaml配置，配置的具体含义可参考注释（也支持传统.conf形式配置）：

systemLog:
    destination: file
    path: "/usr/local/mongodb/log/standalone/mongodb.log"
    logAppend: true

storage:
    dbPath: "/usr/local/mongodb/data/standalone"

processManagement:
    fork: true

net:
    bindIp: 0.0.0.0
    port: 27017

配置文件具体含义如下：

# MongoDB日志存储相关配置
systemLog:
# 将所有日志写到指定文件中
    destination: file
# 记录所有日志信息的文件路径
    path: "/usr/local/mongodb/log/standalone/mongodb.log"
# 当服务重启时，将新日志以追加形式写到现有日志尾部
    logAppend: true
# 指定MongoDB存储数据的目录
storage:
    dbPath: "/usr/local/mongodb/data/standalone"
# 以后台进程方式运行MongoDB服务
processManagement:
    fork: true
# ------ MongoDB网络相关配置 ------
net:
# 绑定服务实例的IP，默认是localhost，0.0.0.0表示任意IP（线上换成具体IP）
    bindIp: 0.0.0.0
#绑定的端口，默认是27017
    port: 27017

复制时记住把数据、日志的目录，改成自己前面新建的，接着按下Esc，输入:wq保存退出。

❺启动Mongo服务，这里和Redis类似，都是以启动脚本+配置文件的方式：

[root@~]# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /usr/local/mongodb/conf/standalone/mongodb.conf

看到successfully表示启动成功，大家也可以通过ps命令来查看后台进程，确保正常启动：

[root@~]# ps aux | grep mongod

❻连接MongoDB测试是否可以正常使用，不过下述命令只适用于6.x以下：

[root@~]# /usr/local/mongodb/bin/mongo -port 27017

到了MongoDB6.x版本，官方不再默认内置Shell客户端工具，想要使用则需额外下载：官方Shell工具，这里咱们照样以wget方式下载：

[root@~]# wget https://downloads.mongodb.com/compass/mongosh-1.10.3-linux-x64.tgz

接着将其解压，并拷贝bin目录下的Shell工具，放到原本的bin目录中：

[root@~]# tar -zxvf mongosh-1.10.3-linux-x64.tgz
[root@~]# cp /usr/local/mongodb/mongosh-1.10.3-linux-x64/bin/mongosh /usr/local/mongodb/bin/

然后再通过mongosh来连接测试：

[root@~]# /usr/local/mongodb/bin/mongosh -port 27017
test> show dbs;

如果上述操作执行完成后，能正常显示三个默认库，说明MongoDB安装成功。

❼关闭MongoDB服务，这里有三种方式：

# 1.通过启动项来关闭
[root@~]# /usr/local/mongodb/bin/mongod --shutdown -f /usr/local/mongodb/conf/standalone/mongodb.conf

# 2.先通过客户端连接MongoDB服务，再进入admin库关闭（执行完后客户端会报连接出错）
[root@~]# /usr/local/mongodb/bin/mongosh -port 27017
test> use admin;
test> db.shutdownServer();

# 3.通过kill命令+进程号强杀进程
[root@~]# kill -9 [pid]

一般推荐使用前面两种，因为kill强杀进程，可能会导致数据损坏，如果损坏则需手动修复：

# 先删除数据目录下的所有锁文件
[root@~]# rm -rf /usr/local/mongodb/data/standalone/*.lock
# 再通过启动项对数据目录进行修复
[root@~]# /usr/local/mongodb/bin/mongod  --repair --dbpath=/usr/local/mongodb/data/standalone

❽单纯的命令行不便于操作，所以通常会使用可视化工具来操作，而MongoDB官方提供了一个可视化工具：MongoDB Compass，可以先点击>>官网下载地址<<，直接下载解压即用的ZIP包。

当然，其实官方这款工具并不算好用，如果你有Navicat Premium（黄色图标那款），可以直接通过Navicat来连接MongoDB操作。

❾为了外部可以连接，需要开放MongoDB端口、更新防火墙（关闭防火墙也行）：

[root@~]# firewall-cmd --zone=public --add-port=27017/tcp --permanent
[root@~]# firewall-cmd --reload
[root@~]# firewall-cmd --zone=public --list-ports

开放端口后，就可以通过可视化工具来连接操作了（如果你通过Navicat工具连接，是看不到三个默认库的）。

1.2、MongoDB增删改查

搭建好MongoDB的环境后，接着学习一下最基本的CRUD操作，首先声明：MongoDB中的多数操作都带有隐式创建特性，啥意思呢？好比你使用一个数据库，如果没有则会自动创建；使用一个集合时，没有也会自动创建……

这里咱们先创建一个数据库和集合，如下：

// 切换到zhuzi库，没有会自动创建
use zhuzi;
// 向xiong_mao集合插入一条数据（没有集合会自动创建）
db.xiong_mao.insert({_id:1});

和Python一样，最后的分号可写可不写，不过建议写上，以此增加代码的可读性。

现在继续往xiong_mao集合中插入两条数据：

db.xiong_mao.insert({_id:2, name:"肥肥", age:3, hobby:"竹子"});
db.xiong_mao.insert({name:"花花", color:"黑白色"});

此时大家会发现，这两条数据同样可以插入成功，前面咱们并没有像使用MySQL一样，先定义好表结构！从这里就印证了一开始所说的“无模式”特点，接着学学查询：

// 查询xiong_mao集合的所有数据
db.xiong_mao.find();

// ------- 返回结果 ----------
[
{_id:1},
{_id:2,name:'肥肥',age:3,hobby:'竹子'},
{
_id:ObjectId("64d0b843fa3b00006f0044d6"),
name:'花花',
color:'黑白色'
}
]

注意观察第三条数据，在插入时我们并未指定_id值，可为啥还是有这个字段呢？因为_id是mongoDB的默认字段，每个文档（每行数据）必须要有该字段，如果插入时未指定该字段，会自动生成一个类似于雪花ID的ObjectId值，mongoDB会使用_id来维护数据的存储结构（类似于InnoDB的隐藏列-row_id，后面再细聊）。

如何根据指定条件查询数据呢？如下：

// 查询_id=2的数据
db.xiong_mao.find({_id:2});
// 查询name=花花的数据
db.xiong_mao.find({name:"花花"});

大家会发现，前面我们以Json形式将数据插入到集合后，在查询时，咱们可以直接通过Json中的字段名来操作，这也就印证了最开始所说的“半结构化”特征，因为像Redis、Memcached这类NoSQL，虽然也能把数据Json序列化后存进去，但想要操作时，只能先读出来再反序列化成对象，不能直接对序列化后的Json字符串进行操作！

最后再来学习一下修改、删除操作：

// 将_id=2的数据，爱好修改为：吃竹子、睡觉
db.xiong_mao.update({_id:2},{hobby:"吃竹子、睡觉"});
// 上面那种方式，会导致其他字段变null，要记得加{$set:}，表示局部修改
db.xiong_mao.update({_id:2},{$set:{hobby:"吃竹子、睡觉"}});

// 删除_id=1的数据
db.xiong_mao.remove({_id:1});

OK，我们过了一下最简单的CRUD操作，这里主要是让大家先熟悉下语法，诸位也可以自行多练习一下。

相较于SQL的语法来说，MongoDB的语法显得有点反人类；反观同为NoSQL的Redis，它的命令则显得简洁清爽许多。当然，熟悉JS的小伙伴，接触这个语法不算太难，毕竟这就是JS的语法，如果只是纯后端的开发者，想适应过来需要一定的练习。

1.3、库与集合的命令

熟悉了基本的CRUD语法后，进阶一点的语法咱们放到后面慢慢学，这里先熟悉下常用的库、集合的命令：

查询所有数据库：show dbs;或show databases;
切换/创建数据库：use 库名;
查看目前所在的数据库：db;
查看MongoDB目前的连接信息：db.currentOp();
查看当前数据库的统计信息：db.stats();
删除数据库：db.dropDatabase("库名");
查看库中的所有集合：show collections;或show tables;
显式创建集合：db.createCollection("集合名");
查看集合统计信息：db.集合名.stats();
查看集合的数据大小：db.集合名.totalSize();
删除指定集合：db.集合名.drop();

上述这些管理数据库、集合的命令只需简单了解，毕竟大多情况下，都可以通过可视化工具来完成这些操作，所以下面开始学习MongoDB中的文档操作命令。

Z笔记

左老师的课堂笔记