MongoDB从入门到实战之MongoDB快速入门

前言

 　　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。

MongoDB从入门到实战的相关教程

MongoDB从入门到实战之MongoDB简介👉

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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：

RDBMS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	嵌入式文档	表连接,MongoDB不支持表连接只支持嵌入式文档
primary key	primary key	主键,MongoDB自动将_id字段设置为主键（默认键 _id 由 MongoDB 提供）

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

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。
Arrays	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。

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。

MongoDB 采用 ObjectId 来表示主键的类型，数据库中每个文档都拥有一个_id 字段表示主键，_id 的生成规则如下：

其中包括4-byte Unix 时间戳，3-byte 机器 ID，2-byte 进程 ID，3-byte 计数器(初始化随机)

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

MongoDB GUI可视化客户端管理工具推荐