1. MongoDB概念解析

news2024/9/24 9:17:29

1. 概念解析

在 MongoDB 中基本的概念是文档、集合、数据库。

SQL 术语/概念MongoDB 术语/概念解释/说明
databasedatabase数据库
tablecollection数据库表/集合
rowdocument数据记录行/文档
columnfield数据字段/域
indexindex索引
table joins表连接,MongoDB不支持
primary keyprimary key主键,MongoDB自动将_id字段设置为主键

术语/概念解释/说明

文档（Document）

MongoDB 的基本数据单元，通常是一个 JSON-like 的结构，可以包含多种数据类型。
集合（Collection）类似于关系型数据库中的表，集合是一组文档的容器。在 MongoDB 中，一个集合中的文档不需要有一个固定的模式。
数据库（Database）包含一个或多个集合的 MongoDB 实例。
BSONBinary JSON 的缩写，是 MongoDB 用来存储和传输文档的二进制形式的 JSON。
索引（Index）用于优化查询性能的数据结构，可以基于集合中的一个或多个字段创建索引。
分片（Sharding）一种分布数据到多个服务器（称为分片）的方法，用于处理大数据集和高吞吐量应用。
副本集（Replica Set）一组维护相同数据集的 MongoDB 服务器，提供数据的冗余备份和高可用性。
主节点（Primary）副本集中负责处理所有写入操作的服务器。
从节点（Secondary）副本集中的服务器，用于读取数据和在主节点故障时接管为主节点。
MongoDB ShellMongoDB 提供的命令行界面，用于与 MongoDB 实例交互。
聚合框架（Aggregation Framework）用于执行复杂的数据处理和聚合操作的一系列操作。
Map-Reduce一种编程模型，用于处理大量数据集的并行计算。
GridFS用于存储和检索大于 BSON 文档大小限制的文件的规范。
ObjectIdMongoDB 为每个文档自动生成的唯一标识符。
CRUD 操作创建（Create）、读取（Read）、更新（Update）、删除（Delete）操作。
事务（Transactions）从 MongoDB 4.0 开始支持，允许一组操作作为一个原子单元执行。
操作符（Operators）用于查询和更新文档的特殊字段。
连接（Join）MongoDB 允许在查询中使用 $lookup 操作符来实现类似 SQL 的连接操作。
TTL（Time-To-Live）可以为集合中的某些字段设置 TTL，以自动删除旧数据。
存储引擎（Storage Engine）MongoDB 用于数据存储和管理的底层技术，如 WiredTiger 和 MongoDB 的旧存储引擎 MMAPv1。
MongoDB CompassMongoDB 的图形界面工具，用于可视化和管理 MongoDB 数据。
MongoDB AtlasMongoDB 提供的云服务，允许在云中托管 MongoDB 数据库。

 2. 数据库

一个 MongoDB 中可以建立多个数据库。如果在操作时没有指定数据库，MongoDB 会使用一个名为 test 的默认数据库，该数据库存储在 data 目录中。

MongoDB 的单个实例可以容纳多个独立的数据库，每一个都有自己的集合和权限，不同的数据库也放置在不同的文件中。

从 MongoDB 4.0 开始，支持在单个数据库上执行多文档事务。

"show dbs" 命令可以显示所有数据的列表。

执行 "db" 命令可以显示当前数据库对象或集合。

运行"use"命令，可以连接到一个指定的数据库

> show dbs
local  0.078GB
test   0.078GB
> db
test
> use local
switched to db local
> db
local

 2.1 数据库命名

数据库也通过名字来标识。数据库名可以是满足以下条件的任意UTF-8字符串。

  • 不能是空字符串（"")。
  • 不得含有' '（空格)、.、$、/、\和\0 (空字符)。
  • 应全部小写。
  • 最多64字节。

有一些数据库名是保留的，可以直接访问这些有特殊作用的数据库。

  • admin： 从权限的角度来看，这是"root"数据库。要是将一个用户添加到这个数据库，这个用户自动继承所有数据库的权限。一些特定的服务器端命令也只能从这个数据库运行，比如列出所有的数据库或者关闭服务器。
  • local: 这个数据永远不会被复制，可以用来存储限于本地单台服务器的任意集合
  • config: 当Mongo用于分片设置时，config数据库在内部使用，用于保存分片的相关信息。

3. 文档(Document)

文档是一组键值(key-value)对(即 BSON)。MongoDB 的文档不需要设置相同的字段，并且相同的字段不需要相同的数据类型，这与关系型数据库有很大的区别，也是 MongoDB 非常突出的特点。

RDBMSMongoDB
数据库数据库
表格集合
行文档
列字段
表联合嵌入文档
主键主键 (MongoDB 提供了 key 为 _id )
数据库服务和客户端
Mysqld/Oraclemongodb
mysql/sqlplusmongo

需要注意的是：

  1. 文档中的键/值对是有序的。
  2. 文档中的值不仅可以是在双引号里面的字符串，还可以是其他几种数据类型（甚至可以是整个嵌入的文档)。
  3. MongoDB区分类型和大小写。
  4. MongoDB的文档不能有重复的键。
  5. 文档的键是字符串。除了少数例外情况，键可以使用任意UTF-8字符。

文档键命名规范：

  • 键不能含有\0 (空字符)。这个字符用来表示键的结尾。
  • .和$有特别的意义，只有在特定环境下才能使用。
  • 以下划线"_"开头的键是保留的(不是严格要求的)。

4. 集合

集合就是 MongoDB 文档组，类似于 RDBMS （关系数据库管理系统：Relational Database Management System)中的表格。

集合存在于数据库中，集合没有固定的结构，这意味着你在对集合可以插入不同格式和类型的数据，但通常情况下我们插入集合的数据都会有一定的关联性。

比如，我们可以将以下不同数据结构的文档插入到集合中：

{"site":"www.baidu.com"}
{"site":"www.google.com","name":"Google"}
{"site":"www.runoob.com","name":"菜鸟教程","num":5}

当第一个文档插入时，集合就会被创建。

4.1 合法的集合名

  • 集合名不能是空字符串""。
  • 集合名不能含有\0字符（空字符)，这个字符表示集合名的结尾。
  • 集合名不能以"system."开头，这是为系统集合保留的前缀。
  • 用户创建的集合名字不能含有保留字符。有些驱动程序的确支持在集合名里面包含，这是因为某些系统生成的集合中包含该字符。除非你要访问这种系统创建的集合，否则千万不要在名字里出现$。

4.2 实例：capped collections

Capped collections 就是固定大小的collection。它有很高的性能以及队列过期的特性(过期按照插入的顺序). 有点和 "RRD" 概念类似。

Capped collections 是高性能自动的维护对象的插入顺序。它非常适合类似记录日志的功能和标准的 collection 不同，你必须要显式的创建一个capped collection，指定一个 collection 的大小，单位是字节。collection 的数据存储空间值提前分配的。Capped collections 可以按照文档的插入顺序保存到集合中，而且这些文档在磁盘上存放位置也是按照插入顺序来保存的，所以当我们更新Capped collections 中文档的时候，更新后的文档不可以超过之前文档的大小，这样话就可以确保所有文档在磁盘上的位置一直保持不变。

由于 Capped collection 是按照文档的插入顺序而不是使用索引确定插入位置，这样的话可以提高增添数据的效率。MongoDB 的操作日志文件 oplog.rs 就是利用 Capped Collection 来实现的。要注意的是指定的存储大小包含了数据库的头信息。

db.createCollection("mycoll", {capped:true, size:100000})
  • 在 capped collection 中，你能添加新的对象。
  • 能进行更新，然而，对象不会增加存储空间。如果增加，更新就会失败 。
  • 使用 Capped Collection 不能删除一个文档，可以使用 drop() 方法删除 collection 所有的行。
  • 删除之后，你必须显式的重新创建这个 collection。
  • 在32bit机器中，capped collection 最大存储为 1e9( 1X109)个字节。

5. 元数据

数据库的信息是存储在集合中。它们使用了系统的命名空间：

dbname.system.*

 在MongoDB数据库中名字空间 <dbname>.system.* 是包含多种系统信息的特殊集合(Collection)，如下:

集合命名空间描述
dbname.system.namespaces列出所有名字空间。
dbname.system.indexes列出所有索引。
dbname.system.profile包含数据库概要(profile)信息。
dbname.system.users列出所有可访问数据库的用户。
dbname.local.sources包含复制对端（slave）的服务器信息和状态。

对于修改系统集合中的对象有如下限制。在{{system.indexes}}插入数据，可以创建索引。但除此之外该表信息是不可变的(特殊的drop index命令将自动更新相关信息)。{{system.users}}是可修改的。 {{system.profile}}是可删除的。

6. MongoDB 数据类型

数据类型描述
String字符串。存储数据常用的数据类型。在 MongoDB 中，UTF-8 编码的字符串才是合法的。
Integer整型数值。用于存储数值。根据你所采用的服务器，可分为 32 位或 64 位。
Boolean布尔值。用于存储布尔值（真/假）。
Double双精度浮点值。用于存储浮点值。
Min/Max keys将一个值与 BSON（二进制的 JSON）元素的最低值和最高值相对比。
Array用于将数组或列表或多个值存储为一个键。
Timestamp时间戳。记录文档修改或添加的具体时间。
Object用于内嵌文档。
Null用于创建空值。
Symbol符号。该数据类型基本上等同于字符串类型，但不同的是，它一般用于采用特殊符号类型的语言。
Date日期时间。用 UNIX 时间格式来存储当前日期或时间。你可以指定自己的日期时间：创建 Date 对象，传入年月日信息。
Object ID对象 ID。用于创建文档的 ID。
Binary Data二进制数据。用于存储二进制数据。
Code代码类型。用于在文档中存储 JavaScript 代码。
Regular expression正则表达式类型。用于存储正则表达式。

6.1  ObjectId

ObjectId 类似唯一主键，可以很快的去生成和排序，包含 12 bytes，含义是：

  • 前 4 个字节表示创建 unix 时间戳,格林尼治时间 UTC 时间，比北京时间晚了 8 个小时
  • 接下来的 3 个字节是机器标识码
  • 紧接的两个字节由进程 id 组成 PID
  • 最后三个字节是随机数

 

 

MongoDB 中存储的文档必须有一个 _id 键。这个键的值可以是任何类型的，默认是个 ObjectId 对象。由于 ObjectId 中保存了创建的时间戳，所以你不需要为你的文档保存时间戳字段，你可以通过 getTimestamp 函数来获取文档的创建时间:

> var newObject = ObjectId()
> newObject.getTimestamp()
ISODate("2017-11-25T07:21:10Z")

ObjectId 转为字符串

> newObject.str
5a1919e63df83ce79df8b38f

6.2 字符串

BSON 字符串都是 UTF-8 编码。

6.3 时间戳

BSON 有一个特殊的时间戳类型用于 MongoDB 内部使用，与普通的 日期 类型不相关。 时间戳值是一个 64 位的值。其中：

  • 前32位是一个 time_t 值（与Unix新纪元相差的秒数）
  • 后32位是在某秒中操作的一个递增的序数

在单个 mongod 实例中，时间戳值通常是唯一的。

在复制集中， oplog 有一个 ts 字段。这个字段中的值使用BSON时间戳表示了操作时间。

 BSON 时间戳类型主要用于 MongoDB 内部使用。在大多数情况下的应用开发中，你可以使用 BSON 日期类型。

6.4 日期

表示当前距离 Unix新纪元（1970年1月1日）的毫秒数。日期类型是有符号的, 负数表示 1970 年之前的日期。

> var mydate1 = new Date()     //格林尼治时间
> mydate1
ISODate("2018-03-04T14:58:51.233Z")
> typeof mydate1
object

> var mydate2 = ISODate() //格林尼治时间
> mydate2
ISODate("2018-03-04T15:00:45.479Z")
> typeof mydate2
object

这样创建的时间是日期类型，可以使用 JS 中的 Date 类型的方法。
返回一个时间类型的字符串：
> var mydate1str = mydate1.toString()
> mydate1str
Sun Mar 04 2018 14:58:51 GMT+0000 (UTC) 
> typeof mydate1str
string

或者
> Date()
Sun Mar 04 2018 15:02:59 GMT+0000 (UTC)

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