--- icon: logos:mongodb title: MongoDB 简介 cover: https://raw.githubusercontent.com/dunwu/images/master/snap/202503062317588.webp date: 2020-09-07 07:54:19 categories: - 数据库 - 文档数据库 - mongodb tags: - 数据库 - 文档数据库 - mongodb - bson permalink: /pages/2c6dee0a/ --- # MongoDB 简介 ::: info 概述 **MongoDB 是一个流行的、开源的文档数据库**。 本文简单介绍了 MongoDB 的功能、特性、发行版本、简史、概念，可以让读者在短时间内对于 MongoDB 有一个初步的认识。 ::: ## 什么是 MongoDB MongoDB 是一个**面向文档**的开源 NoSQL 数据库系统，由 **C++** 编写的。MongoDB 支持“**无模式**”的数据建模，可以存储比较复杂的数据类型，是一款非常流行的 **文档类型数据库** 。 在高负载的情况下，MongoDB 天然支持水平扩展和高可用，可以很方便地添加更多的节点/实例，以保证服务性能和可用性。在许多场景下，MongoDB 可以用于代替传统的关系型数据库或键/值存储方式，皆在为 Web 应用提供可扩展的高可用高性能数据存储解决方案。 MongoDB 提供了丰富的功能： - [**读写操作 (CRUD)**](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/crud/#std-label-crud) - [**数据聚合**](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/core/aggregation-pipeline/#std-label-aggregation-pipeline) - [**文本搜索**](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/text-search/#std-label-text-search) - [**地理空间搜索**](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/tutorial/geospatial-tutorial/) - ... ## MongoDB 特性 MongoDB 主要有以下特性： - **面向文档** - MongoDB 将数据记录存储为 [BSON 文档](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/core/document/#std-label-bson-document-format)。BSON 是 [JSON](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-JSON) 文档的二进制表示形式，尽管它包含的数据类型比 JSON 多。最大 BSON 文档大小为 16 MB。 - **无模式** - MongoDB 中没有预定义模式（predefined schema），文档键值的类型和大小不是固定的。由于没有固定的模式，因此按需添加或删除字段变得更容易。 - **丰富的查询方式** - MongoDB 支持基本的 CRUD 以及数据聚合、文本搜索和地理空间查询。 - **丰富的索引类型** - MongoDB 支持多种类型的索引，包括单字段索引、复合索引、多键索引、哈希索引、文本索引、 地理位置索引等，每种类型的索引有不同的使用场合。 - **支持 ACID 事务** - NoSQL 通常不支持事务，但 MongoDB 支持事务，且 MongoDB 支持 ACID。 - MongoDB 单文档支持原子性，也具备事务的特性。 - MongoDB 4.0 加入了对多文档事务的支持，但只支持复制集部署模式下的事务，也就是说事务的作用域限制为一个副本集内。 - MongoDB 4.2 引入了分布式事务，增加了对分片集群上多文档事务的支持，并合并了对副本集上多文档事务的现有支持。 - **支持压缩**：存储同样的数据所需的资源更少。 - **支持 map-reduce** - 通过分治的方式完成复杂的聚合任务。不过，从 MongoDB 5.0 开始，map-reduce 已经不被官方推荐使用了，替代方案是 [聚合管道](https://www.mongodb.com/docs/manual/core/aggregation-pipeline/)。聚合管道提供比 map-reduce 更好的性能和可用性。 - **支持存储大文件**：MongoDB 的单文档存储空间要求不超过 16MB。对于超过 16MB 的大文件，MongoDB 提供了 GridFS 来进行存储，通过 GridFS，可以将大型数据进行分块处理，然后将这些切分后的小文档保存在数据库中。 MongoDB 作为分布式存储，自然也具备了分布式的一般特性： - **高可用** - 通过**复制**机制实现**高可用**，提供**数据冗余**和**自动故障转移**能力。在 MongoDB 中，这种机制称为 [**副本集**](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/replication/)。[**副本集**](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/replication/) 是一组 MongoDB 服务器，它们维护相同的数据集，并可提供冗余和提高数据可用性。 - **高性能** - 通过**分片**机制提供**水平扩容**能力，以支撑海量数据，海量并发。从 3.4 开始，MongoDB 支持基于 [**分片键**](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/core/zone-sharding/#std-label-zone-sharding) 创建数据的 [**区域**](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-shard-key)。在均衡的集群中，MongoDB 仅将区域覆盖的读写定向到区域内的那些分片。 ## MongoDB 发行版本 MongoDB 有以下发行版本： - [MongoDB Atlas](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/atlas?tck=docs_server) - 用于云端 MongoDB 部署的完全托管服务 - [MongoDB Enterprise](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/administration/install-enterprise/#std-label-install-mdb-enterprise) - 基于订阅、自行管理的 MongoDB 版本 - [MongoDB Community](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/administration/install-community/#std-label-install-mdb-community-edition) - source-available、可免费使用以及自行管理的 MongoDB 版本 ## MongoDB 简史 MongoDB 是由 **10gen** 开发的 NoSQL 数据库，该公司由 Dwight Merriman 和 Eliot Horowitz 于 2007 年创立。2013 年，**10gen 更名为 MongoDB Inc**.。以更好地反映其对 MongoDB 数据库开发的关注。2017 年，MongoDB 公司上市。 里程碑版本： - **1.0** - 2009 年，MongoDB 发布第一版。 - **1.6** - 2010 年，引入分片机制（Sharding），支持水平扩展。 - **2.2** - 2012 年，引入了聚合管道（Pipeline）。 - **2.4** - 2013 年，引入了全文搜索。 - **3.0** - 2015 年，全面支持 **WiredTiger** 存储引擎，并支持可插拔存储引擎。 - **4.0** - 2019 年，支持 ACID 事务。 - **4.2** - 2020 年，支持分布式事务。 > 扩展阅读： > > - [MongoDB 简史](https://www.infoq.cn/article/3d4suwkc2fvikykemnvw) > - [MongoDB 发展历史及各主要版本新特性概述](https://blog.csdn.net/JiekeXu/article/details/143670868) ## MongoDB 概念 MongoDB 将数据记录存储为 [BSON 文档](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/core/document/#std-label-bson-document-format)。BSON 是 [JSON](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-JSON) 文档的二进制表示形式，尽管它包含的数据类型比 JSON 多。最大 BSON 文档大小为 16 MB。 每个 MongoDB 文档都需要一个唯一的 [`_id`](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-_id) 字段作为 [主键](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-primary-key)。如果插入的文档省略了 `_id` 字段，则 MongoDB 驱动程序会自动为 `_id` 字段生成 [ObjectId](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/bson-types/#std-label-objectid)。 这些 [MongoDB 文档](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-document) 收集在 [集合](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-collection) 中。[数据库](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-database) 存储一个或多个文档集合。 为了方便理解 MongoDB 概念，下面将 MongoDB 概念和 RDBM 概念进行对比： | RDBM 概念 | MongoDB 概念 | | :----------------- | :---------------------------------------------------------------------------------- | | database（数据库） | database（数据库） | | table（表） | collection（集合） | | row（行） | document（文档） | | column（列） | field（字段） | | index（索引） | index（索引） | | primary key | [`_id`](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/glossary/#std-term-_id) | ### 文档 文档是 MongoDB 中的**基本数据单元**。**文档是一组有序键值对（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 Document](https://raw.githubusercontent.com/dunwu/images/master/snap/202503041024526.png) 需要注意的是： - **文档中的键/值对是有序的**。 - 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）。 - **MongoDB 区分类型和大小写**。例如，下面这两对文档是不同的： ```json {"count" : 5} {"count" : "5"} {"count" : 5} {"Count" : 5} ``` - MongoDB 的文档不能有重复的键。例如，下面这个文档是不合法的 ```json {"greeting" : "Hello, world!", "greeting" : "Hello, MongoDB!" ``` 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 `$` 有特别的意义，只有在特定环境下才能使用。 - 以下划线 `_` 开头的键是保留的（不是严格要求的）。 ### 集合 集合就是 MongoDB 文档组，类似于 RDBMS （关系数据库管理系统：Relational Database Management System) 中的表（Table）。集合存在于数据库中，集合没有固定的结构，这意味着你在对集合可以插入不同格式和类型的数据，但通常情况下我们插入集合的数据都会有一定的关联性。 ![MongoDB Collection](https://raw.githubusercontent.com/dunwu/images/master/snap/202503041024137.png) 集合不需要事先创建，当第一个文档插入或者第一个索引创建时，如果该集合不存在，则会创建一个新的集合。使用 `.` 字符分隔不同命名空间的子集合是一种组织集合的惯例。例如，有一个具有博客功能的应用程序，可能包含名为 `blog.posts` 和名为 `blog.authors` 的集合。 合法的集合名： - 集合名称不能是空字符串（""）。 - 集合名称不能含有 `\0`（空字符），因为这个字符用于表示一个集合名称的结束。 - 集合名称不能以 `system.` 开头，该前缀是为内部集合保留的。例如，`system.users` 集合中保存着数据库的用户，`system.namespaces` 集合中保存着有关数据库所有集合的信息。 - 用户创建的集合名称中不应包含保留字符 `$`。许多驱动程序确实支持在集合名称中使用 `$`，这是因为某些由系统生成的集合会包含它，但除非你要访问的是这些集合之一，否则不应在名称中使用 `$` 字符。 ### 数据库 数据库用于存储所有集合，而集合又用于存储所有文档。一个 MongoDB 中可以创建多个数据库，每一个数据库都有自己的集合和权限。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。 MongoDB 的默认数据库为"db"，该数据库存储在 data 目录中。 **"show dbs"** 命令可以显示所有数据的列表。 ```shell $ ./mongo MongoDBshell version: 3.0.6 connecting to: test > show dbs local 0.078GB test 0.078GB > ``` 执行 **"db"** 命令可以显示当前数据库对象或集合。 ```shell $ ./mongo MongoDBshell version: 3.0.6 connecting to: test > db test ``` 运行"use"命令，可以连接到一个指定的数据库。 ```shell > use local switched to db local > db local ``` 数据库按照名称进行标识的。数据库名称可以是任意 UTF-8 字符串，但有以下限制： - 数据库名称不能是空字符串（""）。 - 数据库名称不能包含 `/`、`\`、`.`、`"`、`*`、`<`、`>`、`:`、`|`、`?`、`$`、单一的空格以及 `\0`（空字符），基本上只能使用 ASCII 字母和数字。 - 数据库名称区分大小写。 - 数据库名称的长度限制为 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**：admin 数据库会在身份验证和授权时被使用。此外，某些管理操作需要访问此数据库。 - **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。 ### 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 数据库中命名空间 `.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` | 列出所有命名空间。 | | `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。 ## BSON 数据类型 MongoDB 文档由键值对组成。字段名称是字符串；字段的值可以是任何 [BSON 数据类型](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/reference/bson-types/#std-label-bson-types)，包括其他文档、数组和文档数组。 | 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。 | ## MongoDB vs.RDBM | 特性 | MongoDB | RDBMS | | --------- | ------------------------------------------------ | -------- | | 数据模型 | 文档模型 | 关系型 | | CRUD 操作 | MQL/SQL | SQL | | 高可用 | 复制集 | 集群模式 | | 扩展性 | 支持分片 | 数据分区 | | 扩繁方式 | 垂直扩展+水平扩展 | 垂直扩展 | | 索引类型 | B 树、全文索引、地理位置索引、多键索引、TTL 索引 | B 树 | | 数据容量 | 没有理论上限 | 千万、亿 | ## 参考资料 - [MongoDB 官方文档之 MongoDB 简介](https://www.mongodb.com/zh-cn/docs/manual/introduction/) - [MongoDB 简史](https://www.infoq.cn/article/3d4suwkc2fvikykemnvw) - [MongoDB 发展历史及各主要版本新特性概述](https://blog.csdn.net/JiekeXu/article/details/143670868)