MongoDB从入门到实战之MongoDB快速入门

前言

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 　　上一章节主要概述了MongoDB的优劣势、应用场景和发展史。这一章节将快速的概述一下MongoDB的基本概念，带领大家快速入门MongoDB这个文档型的NoSQL数据库。

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MongoDB是什么?

MongoDB 是一个基于分布式文件存储的数据库。由 C++ 语言编写。旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

MongoDB 是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库当中功能最丰富，最像关系数据库的。它支持的数据结构非常松散，是类似Json的Bson格式，因此可以存储比较复杂的数据类型。

MongoDB 最大的特点是它支持的查询语言非常强大，其语法有点类似于面向对象的查询语言，几乎可以实现类似关系数据库单表查询的绝大部分功能，而且还支持对数据建立索引。并且MongoDB-4.2版本开始已经支持分布式事务功能。

简而言之的话就是：MongoDB是一个文档型的NoSQL数据库，用于构建高并发、高可用和高扩展的互联网应用程序。

MongoDB概念解析

　　无论我们学习什么数据库都应该先了解对应数据库的基本概念，在MongoDB中基本的概念是文档、集合、数据库，下面我们挨个介绍。

MongoDB和RDBMS术语概念对比

虽然 MongoDB 与传统的 RDBMS 共享一些相同的术语，但其他一些是 NoSQL 数据库所独有的。为了帮助了解它们的分别，下表将 RDBMS 使用的术语与 MongoDB 使用的术语进行比较：

MongoDB文档（Documment）

概述：

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。

• MongoDB 的文档可以理解为关系型数据库(Mysql)的一行记录
• MongoDB 将数据记录为 BSON 格式的文档
• BSON 是 JSON 文档的二进制表示，但它支持的数据类型更加丰富

MongoDB文档由字段和值对组成，并具有以下结构：

{
   field1: value1,
   field2: value2,
   field3: value3,
   ...
   fieldN: valueN
}

MongoDB Bson格式介绍

Bson是一种类Json的一种二进制形式的存储格式，简称Binary Json，它和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可以做为网络数据交换的一种存储形式，这个有点类似于Google的Protocol Buffer，但是Bson是一种schema-less的存储形式，它的优点是灵活性高，但它的缺点是空间利用率不是很理想，Bson有三个特点：轻量性、可遍历性、高效性，

{“hello":"world"} 这是一个Bson的例子，其中"hello"是key name，它一般是cstring类型，字节表示是cstring::= (byte*) "/x00" ,其中*表示零个或多个byte字节，/x00表示结束符;后面的"world"是value值，它的类型一般是string,double,array,binarydata等类型。

JSON vs BSON：

       JSON的局限性，比如它只有null、布尔、数字、字符串、数组和对象这几种数据类型，没有日期类型，只有一种数字类型，无法区分浮点数和整数，也没法表示正则表达式或者函数。BSON是一种类JSON的二进制形式的存储格式，Binary JSON，支持内嵌的文档对象和数组对象，如Date和BinData类型，MongoDB使用BSON做为文档数据存储和网络传输格式。

MongoDB数据类型

下表为MongoDB中常用的一些数据类型：

详情介绍：参见BSON Types：https://www.docs4dev.com/docs/zh/mongodb/v3.6/reference/reference-bson-types.html

下面简单介绍一下其中几个比较重要的类型：

ObjectId

       每次插入一条数据系统都会自动插入一个_id键，键值不可以重复，它可以是任何类型的，也可以手动的插入，默认情况下它的数据类型是ObjectId，由于MongoDB在设计之初就是用作分布式数据库，所以使用ObjectId可以避免不同数据库中_id的重复（如果使用自增的方式在分布式系统中就会出现重复的_id的值）。

ObjectId使用12字节的存储空间，每个字节可以存储两个十六进制数字，所以一共可以存储24个十六进制数字组成的字符串，在这24个字符串中，前8位表示时间戳，接下来6位是一个机器码，接下来4位表示进程id，最后6位表示计数器。

601e2b6b aa203c c89f 2d31aa
  ↑      ↑     ↑     ↑
时间戳  机器码 进程id 计数器

String

      BSON 字符串为 UTF-8.通常，在对 BSON 进行序列化和反序列化时，每种编程语言的驱动程序都会从该语言的字符串格式转换为 UTF-8.这样就可以轻松地将大多数国际字符存储在 BSON 字符串中。 1此外，MongoDB $regex查询在正则表达式字符串中支持 UTF-8。

Timestamps

       BSON 具有特殊的时间戳类型供内部 MongoDB 使用，并且不与常规Date类型关联。此内部时间戳记类型是 64 位值，其中：

• 最重要的 32 位是time_t值(自 Unix 时代以来的秒数)，最低有效 32 位是在给定的秒内进行操作的ordinal增量。
• 尽管 BSON 格式为低位字节序，因此首先存储了最低有效位，但是mongod实例在所有平台上始终将time_t值先于ordinal值进行比较，无论字节序如何。在单个mongod实例中，时间戳记值始终是唯一的。
• 在复制中，oplog有一个ts字段。该字段中的值反映了使用 BSON 时间戳值的操作时间。

Date

      BSON Date 是一个 64 位整数，代表自 Unix 纪元(1970 年 1 月 1 日)以来的毫秒数。这导致可以 traceback 到过去和 Future 约 2.9 亿年的日期范围。

MongoDB索引种类：

1. _id索引：绝大多数集合默认建立的索引；对于每个插入的数据，mongodb都会自动生成一条唯一的_id字段。
2. 单键索引：不自动创建，值单一，例如字符串，数字或者日期。
3. 多键索引：不自动创建，值有多个，如数组，与单键索引创建形式相同，区别在于字段的值。
4. 复合索引：查询条件不只一个时，需要建立复合索引。
5. 过期索引TTL：是在一段时间后会过期的索引，索引过期后，相应的数据会删除（不仅仅是索引删除，还有数据）；适用场景：在一段时间之后会时效的数据，比如用户的登陆信息、存储的日志；建立方法，db.test.ensureIndex({time:1},{expireAfterSeconds:10})秒数。其限制：存储在过期索引字段的值必须是指定的时间类型（ISODate或者其数据，不能使用时间戳，否则不能被自动删除）；指定ISODate数组，则按照最小的时间进行删除；过期索引不能是复合索引；删除时间不精确（MongoDB默认60s执行一个删除过程，删除本身也需要时间）
6. 全文索引：对字符串与字符串数组创建全文课搜索的索引。
7. 地理位置索引：将一些点的位置存储在MongoDB中，创建索引后，可以按照位置来查找其他点。

MongoDB GUI可视化工具

　　俗话说工欲善其事，必先利其器。选择一款高效的GUI可视化客户端管理工具，对于我们的日常开发效率都有大大的提升。下面推荐几款比较好用的MongoDB GUI可视化管理工具！

Navicat for MongoDB

官网下载地址：http://www.navicat.com.cn/download/navicat-for-mongodb 在 Navicat for MongoDB 使用文档：https://www.navicat.com.cn/company/aboutus/blog/257-working-with-documents-in-navicat-for-mongodb

　　老牌的数据库管理工具，支持多种数据库的集成，已集成 MongoDB 类型，属于付费型管理工具。好处是用会了一个 DB 版的 Navicat，所有 DB 版都会很顺手，维持一套操作习惯，如果再肌肉记忆一些快捷键，会更加高效。

Robo 3T (Robomong) 

官网下载地址：https://robomongo.org/

　　Robo 3T 前身是 Robomongo，后被 3T 公司收购，是一款免费开源的 GUI 管理工具。支持 MongoDB 4.0+，轻量级 GUI，支持语法填充等等。适用于 Windows，macOS 和 Linux 系统。

Studio 3T

官网下载地址：https://studio3t.com/download/

　　超过 100,000 的开发人员和数据库管理员使用 Studio 3T 作为 MongoDB GUI 的首选。Studio 3T 属于收费工具，30 天的免费试用期，Studio 3T 具有更多更强大的功能并提供企业支持服务，支持副本集、独立主机和分片集群连接，支持导入导出，SQL 查询，语法填充，支持 MongoDB 4.0+ 等等。适用于 Windows，macOS 和 Linux。

MongoDB Compass

官网下载地址：https://www.mongodb.com/try/download/compass 官网教程：https://www.mongodb.com/docs/manual/reference/connection-string/

　　MongoDB 亲儿子系列，官方自己推出的 GUI 可视化管理工具，功能有限。免费简洁，不支持 SQL 查询，支持性能监控。适用于 Windows，macOS 和 Linux 系统。

NoSQLBooster for MongoDB

官网下载地址：https://nosqlbooster.com/downloads

　　NoSQLBooster for MongoDB（以前叫 MongoBooster）风格有点类似于 EasyUI，支持副本集，独立主机和分片群集连接，提供了全面的服务器监控工具、fluent 查询构建器、SQL 查询、查询代码、任务调度、ESNext 支持和真正的智能感知体验等。提供了付费和免费两种版本。适用于 Windows，macOS 和 Linux 系统。

NoSQL Manager for MongoDB Professional

官网下载地址：https://www.mongodbmanager.com/download

　　从 2.2 到 4.4 全面支持 MongoDB 和 MongoDB Enterprise 版本。功能齐全的 MongoDB UI Shell。具有代码自动完成功能，语法突出显示和提示。支持副本集，独立主机和分片群集连接，导入导出，简单查看和管理所有 MongoDB 对象：数据库，集合，视图，索引，用户，角色和功能等等。提供了付费和免费两种版本。

参考文章

MongoDB 概念解析

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