一、MongoDB 相关概念

1.1 业务应用场景

1.1.1 三高需求

        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。”三高“ 需求如下所示，而 MongoDB 可应对 “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

1.1.2 常见的使用 MongoDB 的场景

        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。

        在上述的这些应用场景中，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。

1.1.3 什么时候选择 MongoDB

        如果下述有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。

        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。

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 MongDB 对比，如下：

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		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 数据类型

        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，MongoDB 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。

        提示：shell 默认使用 64 位浮点型数值，例如：{“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），例如：{“x”:NumberInt(“3”)} 或 {“x”:NumberLong(“3”)} 

1.5 MongoDB 特点

a、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）。Gridfs 解决文件存储的需求。

b、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。

c、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。

d、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。

二、单机部署

2.1 Windows 系统安装启动

        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，选择版本如下，其中 zip 包为免安装版本。

        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。

        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，手动创建两个文件夹data/db 用于存放数据文件，如下：

        解压完成后，就可以启动 MongoDB 服务了，有两种启动方式，第一种是命令行参数启动，打开 cmd 的命令行窗口，切换到 MongoDB 的 bin 目录下，执行下面的命令：

mongod --dbpath=..\data\db

        我们在启动信息中可以看到，MongoDB 的默认端口是 27017，如果我们想改变默认的启动端口，可以通过 --port 来指定端口。

        第二种是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 ，内容如下，需要注意的是，里面的标签是 yaml 形式的，注意空格的个数。

storage:
  #The directory where the mongod instance stores its data.Default Value is "\data\db" on Windows.
  dbPath: F:\mongodb-win32-x86_64-2008plus-ssl-4.0.28\data\db

        启动方式为：切换到 bin 目录下，然后执行下面的命令：

mongod -f ..\config\mongod.conf
或
mongod --config ..\config\mongod.conf

2.2 连接服务端

        我们上一小节安装了 MongoDB 的服务端，接下来我们使用自带的工具来连接下服务端，打开 cmd 窗口，切换到 bin 目录下，记得服务端的 cmd 窗口不能关，执行下面的命令：

mongo
或
mongo --host=127.0.0.1 --port=27017

        出现下面这些内容就表示安装成功了。

        可以先输入一些简单的命令来看下

2.3 安装 Compass 图形化界面客户端

        在 MongoDB 官网下载 MongoDB Compass，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：

2.4 Linux 系统安装和启动

        第一步，你可以从 MongoDB 官网下载，如下

        第二步，下载完成后上传到 linux 服务器的 /usr/local 路径下，然后执行以下的步骤：

# 解压文件
[root@node1 local]# tar -xvf mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.0.28.tgz

# 文件重命名
[root@node1 local]# mv mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.0.28 mongodb

# 新建目录用于数据存储
[root@node1 local]# mkdir -p mongodb/single/data/db

# 新建目录用于日志存储
[root@node1 local]# mkdir -p mongodb/single/log

# 新建并修改配置文件
[root@node1 local]# vi mongodb/single/mongod.conf

        配置文件的内容如下：

systemLog:
  # MongoDB 发送所有日志输出的目标指定为文件
  # The path of the log file to which mongod or mongos should send all diagnostic logging 
  information
  destination: file
  # mongod 或 mongos 应向其发送所有诊断日志记录信息的日志文件的路径
  path: "/usr/local/mongodb/single/log/mongod.log"
  # 当 mongos 或 mongod 实例重新启动时，mongos 或 mongo d会将新条目附加到现有日志文件的末尾。
  logAppend: true
storage:
  # mongod 实例存储其数据的目录。storage.dbPath 设置仅适用于 mongod。
  # The directory where the mongod instance stores its data.Default Value is "/data/db".
  dbPath: "/usr/local/mongodb/single/data/db"
  journal:
    #启用或禁用持久性日志以确保数据文件保持有效和可恢复。
    enabled: true
processManagement:
  # 启用在后台运行 mongos 或 mongod 进程的守护进程模式。
  fork: true
net:
  # 服务实例绑定的IP，默认是 localhost
  bindIp: localhost,192.168.229.154
  # bindIp
  # 绑定的端口，默认是 27017
  port: 27017

        第三步，启动服务，并查看是否启动成功。

# 启动服务
[root@node1 local]# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f mongodb/single/mongod.conf 
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 9788
child process started successfully, parent exiting

# 通过进程来查看服务是否启动了
[root@node1 local]# ps -ef | grep mongod
root       9788      1  3 23:38 ?        00:00:00 /usr/local/mongodb/bin/mongod -f mongodb/single/mongod.conf
root       9985   4542  0 23:38 pts/1    00:00:00 grep --color=auto mongod

        第四步，开放远程连接，需要关闭防火墙，命令如下

# 查看防火墙状态
systemctl status firewalld

# 临时关闭防火墙
systemctl stop firewalld

# 开机禁止启动防火墙
systemctl disable firewalld

        关闭防火墙之后，使用 Compass 工具连接我们刚才启动的 MongoDB 服务，如下图