MongoDB数据库应用

目录

一：什么是MongoDB

1：主要特点

2：MongoDB概念解析

3：完整术语列表

二：MongoDB安装

三：MongoDB Shell

1：安装MongoDB Shell

2：验证MongoDB Shell

四：数据库管理

1：查看数据库列表

2：创建数据库

3：删除数据库

4：默认数据库

5：系统内置数据库

五：集合管理

1：查看集合

2：创建集合

3：更新集合名

4：删除集合

六：文档操作

1：插入文档

2：查询文档

3：删除文档

4：更新文档

七：MongoDB备份与恢复

1：安装备份与恢复命令

2：MongoDB数据备份和恢复

八：MongoDB用户管理

1：编写配置文件

2：先启用非认证模式

3：登录数据库

4：只能在非认证的情况下删除用户

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一：什么是MongoDB

MongoDB 是一个文档型数据库，数据以类似 JSON 的文档形式存储。
MongoDB 的设计理念是为了应对大数据量、高性能和灵活性需求。
MongoDB 使用集合（Collections）来组织文档（Documents），每个文档都是由键值对组成的。

• 数据库（Database）：存储数据的容器，类似于关系型数据库中的数据库。
• 集合（Collection）：数据库中的一个集合，类似于关系型数据库中的表。
• 文档（Document）：集合中的一个数据记录，类似于关系型数据库中的行（row），以 BSON 格式存储。

MongoDB 将数据存储为一个文档，数据结构由键值 (key=>value) 对组成，文档类似于 JSON 对象，字段值可以包含其他文档、数组及文档数组：

1：主要特点

• 文档导向的存储：MongoDB 是一个面向文档的数据库，它以 JSON-like 的格式存储数据，使得数据结构更加灵活和丰富。
• 索引优化查询：MongoDB 允许用户为文档中的任意属性创建索引，例如 FirstName 和 Address，从而提高查询效率和排序性能。
• 数据镜像与扩展性：通过本地或网络创建数据的副本，MongoDB 实现了强大的数据冗余和扩展能力。
• 水平扩展与分片：面对增加的负载，MongoDB 可以通过分片技术将数据分布到计算机网络中的其他节点上，实现水平扩展。
• 强大的查询语言：MongoDB 使用 JSON 格式的查询语法，支持复杂的查询表达式，包括对嵌入对象和数组的查询。
• 数据更新：利用 update () 命令，MongoDB 能够替换整个文档或更新指定的数据字段，提供了灵活的数据更新方式。
• MapReduce 批量处理：MongoDB 的 MapReduce 功能专为大规模数据处理和聚合操作设计，通过 Map 函数的 emit (key, value) 调用和 Reduce 函数的逻辑处理，实现高效的数据汇总。
• MapReduce 脚本编写：Map 和 Reduce 函数使用 JavaScript 编写，可以通过 db.runCommand 或 mapreduce 命令在 MongoDB 中执行。
• GridFS 大文件存储：GridFS 是 MongoDB 内置的功能，用于存储和检索大于 BSON 文档大小限制的文件，如图片和视频。
• 服务端脚本执行：MongoDB 允许在服务端执行 JavaScript 脚本，提供了直接在服务端执行或存储函数定义以供后续调用的能力。
• 多语言支持：MongoDB 提供了对多种编程语言的支持，包括但不限于 RUBY、PYTHON、JAVA、C++、PHP 和 C#。

2：MongoDB概念解析

下表将帮助您更容易理解 MongoDB 中的一些概念：

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
primary key	primary key	主键，MongoDB 自动将 id 字段设置为主键

3：完整术语列表

• 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。
• BSON：Binary 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 Shell：MongoDB 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。
• ObjectId：MongoDB 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 Compass：MongoDB 的图形界面工具，用于可视化和管理 MongoDB 数据。
• MongoDB Atlas：MongoDB 提供的云服务，允许在云中托管 MongoDB 数据库。

二：MongoDB安装

上传软件包

mongodb-database-tools-rhel70-x86_64-100.12.0.rpm
mongodb-linux-x86_64-rhel8-8.0.8.tgz
mongosh-2.5.0-linux-x64-openssl3.tar
openssl-1.1.1w.tar.gz

安装软件包

#安装依赖包
dnf -y install libcurl openssl
#解压安装包
tar zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel8-8.0.8.tgz
#将解压包拷贝到指定目录
mv mongodb-linux-x86_64-rhel8-8.0.8 /usr/local/mongodb
cd /usr/local/mongodb
vim /etc/profileexport PATH=/usr/local/mongodb/bin:$PATH
#启动执行文件
source /etc/profile
#创建目录
mkdir -p /var/lib/mongo
mkdir -p /var/log/mongodb

编译安装openssl11

#由于mongodb依赖openssl11，需要编译安装openssl11
#安装依赖包
dnf -y install gcc perl
#解压安装包
tar  zxvf openssl-1.1.1w.tar.gz
cd openssl-1.1.1w
#编译安装openssl11
./config --prefix=/opt/openssl11 --openssldir=/opt/openssl11/ssl
make -j2
make install
#设置openssl11环境变量
cd /opt
cd openssl11/
vim /etc/profileexport LD_LIBRARY_PATH=/opt/openssl11/lib:$LD_LIBRARY_PATH
#启动执行文件
source /etc/profile.d/openssl11.sh
#启动mongodb服务
mongod --dbpath /var/lib/mongo --logpath /var/log/mongodb/mongod.log --fork##fork：守护进程

三：MongoDB Shell

1：安装MongoDB Shell

#解压安装包
tar zxvf mongosh-2.5.0-linux-x64-openssl3.tar
cd mongosh-2.5.0-linux-x64-openssl3
cd bin/
cp mongosh /usr/local/bin/
cp mongosh_crypt_vl.so /usr/local/bin/

2：验证MongoDB Shell

#验证
mongosh --host <hostname> --port <port>
mongosh

四：数据库管理

1：查看数据库列表

show dbs        //查看当前mongodb中所有数据库的列表
db                        //查看当前正在使用的数据库

2：创建数据库

在 MongoDB 中，数据库的创建是一个简单的过程，当你首次向 MongoDB 中插入数据时，如果数据库不存在，MongoDB 会自动创建它。

我们只需选择一个数据库名称，并开始向其中插入文档即可。

当你使用 use 命令来指定一个数据库时，如果该数据库不存在，MongoDB 将自动创建它。
MongoDB 创建数据库的语法格式如下：
use DATABASE_NAME
如果数据库不存在，则创建数据库，否则切换到指定数据库。

示例：

#创建了数据库 runoob：
test> use runoob
switched to db runoob
runoob> db
runoob
#执行 use runoob 命令后，MongoDB 将创建名为 runoob 的新数据库。此时，你可以开始在这个数据库中创建集合和插入文档。#查看所有数据库，可以使用 show dbs 命令：
runoob> show dbs
admin 40.00 KiB
config 60.00 KiB
local 40.00 KiB
runoob>

3：删除数据库

如果你需要删除数据库，可以使用 db.dropDatabase () 方法：
use myDatabase
db.dropDatabase ()
上述命令将删除当前正在使用的 myDatabase 数据库及其所有集合。

示例：

runoob> show dbs
admin 40.00 KiB
config 60.00 KiB
local 40.00 KiB
runoob 40.00 KiB
runoob> use runoob
already on db runoobtest> db.dropDatabase ()
{ok: 1, dropped: "runoob"}
runoob> show dbs
admin 40.00 KiB
config 60.00 KiB
local 40.00 KiB

4：默认数据库

MongoDB 中默认的数据库为 test，如果您没有创建新的数据库，数据将存放在 test 数据库中。

当您通过 shell 连接到 MongoDB 实例时，如果未使用 use 命令切换到其他数据库，则会默认使用 test 数据库。

例如，在启动 MongoDB 实例并连接到 MongoDB shell 后，如果您开始插入文档而未显式指定数据库，MongoDB 将默认使用 test 数据库。

5：系统内置数据库

在 MongoDB 中，admin、config 和 local 是三个特殊的系统内置数据库

• admin 数据库：存储所有数据库的用户身份信息和全局权限（如 root 用户）。用户必须通过 admin 数据库认证后才能执行跨库管理操作。
• config 数据库：仅在分片集群环境中存在。存储分片信息、块（chunk）分布、集合分片策略等元数据。
• local 数据库：存储当前节点的副本集状态、操作日志（oplog）等本地数据。数据不会被复制到其他节点，仅存在于当前实例。

五：集合管理

1：查看集合

查看当前库已有集合，可以使用show collection 或 show tables命令

show collection;

2：创建集合

MongoDB 中使用 createCollection () 方法来创建集合。

语法格式：

db.createCollection(name, options)

参数说明：

• name：要创建的集合名称。
• options：可选参数，指定有关内存大小及索引的选项。

options 可以是如下参数：

参数名	类型	描述	示例值
capped	布尔值	是否创建一个固定大小的集合。	true
size	数值	集合的最大大小（以字节为单位）。仅在 capped 为 true 时有效。	10485760（10MB）
max	数值	集合中允许的最大文档数。仅在 capped 为 true 时有效。	5000
validator	对象	用于文档验证的表达式。	{ $jsonSchema: { ... } }
validationLevel	字符串	指定文档验证的严格程度。 "off"：不进行验证。 "strict"：插入和更新操作都必须通过验证 (默认)。 "moderate"：仅现有文档更新时必须通过验证，插入新文档时不需要。	"strict"
validationAction	字符串	指定文档验证失败时的操作。 "error"：阻止插入或更新（默认）。 "warn"：允许插入或更新，但会发出警告。	"error"
storageEngine	对象	为集合指定存储引擎配置。	{ wiredTiger: { ..} }

3：更新集合名

在 MongoDB 中，不能直接通过命令来重命名集合。MongoDB 可以使用 renameCollection 方法来重命名集合。renameCollection 命令的语法：

renameCollection 命令的语法：
db.adminCommand ({
renameCollection: "sourceDb.sourceCollection",
to: "targetDb.targetCollection",
dropTarget: <boolean>
})

参数说明：

• renameCollection：要重命名的集合的完全限定名称（包括数据库名）。
• to：目标集合的完全限定名称（包括数据库名）。
• dropTarget（可选）：布尔值。如果目标集合已经存在，是否删除目标集合。默认值为 false。

4：删除集合

MongoDB 中使用 drop () 方法来删除集合。

drop () 方法可以永久地从数据库中删除指定的集合及其所有文档，这是一个不可逆的操作，因此需要谨慎使用。语法格式：

db.collection 名称.drop ()

如果成功删除选定集合，则 drop () 方法返回 true，否则返回 false。

实例
在数据库 mydb 中，我们可以先通过 show collections 命令查看已存在的集合：

use mydb
switched to db
db.createCollection("kgc")
{ ok: 1 }
mydb>show collections
kgc

六：文档操作

1：插入文档

文档的数据结构和 JSON 基本一样。所有存储在集合中的数据都是 BSON 格式，BSON 是一种类似 JSON 的二进制形式的存储格式，是 Binary JSON 的简称。

常用的插入文档方法包括：

方法	用途	是否弃用
insertOne()	插入单个文档	否
insertMany()	插入多个文档	否
insert()	插入单个或多个文档	是
save()	插入或更新文档	是

在 MongoDB 中，插入文档时如果集合（Collection）不存在，数据库会自动创建该集合。这是 MongoDB 的默认行为，也是其无模式设计（Schema-less）的核心特性之一 。

insertOne()在集合中插入单个文档
语法：db.collection 名称.insertOne({插入单个文档名:"参数",,,})
inserMany()在集合中插入多个文档
语法：db.collection 名称.insertMany([{插入文档数组:"参数",,,},{插入文档数组:"参数",,,}	])

2：查询文档

• find () 方法

find () 方法以非结构化的方式来显示所有文档。

MongoDB 查询数据的语法格式如下：
db.collection.find (query, projection)

• query：用于查找文档的查询条件。默认为 {}，即匹配所有文档。
• projection（可选）：指定返回结果中包含或排除的字段。

实例

#查找所有文档：
db.myCollection.find ();
#按条件查找文档：
db.myCollection.find ({ age: { $gt: 25 } });说明：
$gt 是 MongoDB 的比较操作符，表示 “大于”（Greater Than）。
这个条件的作用是筛选出 age 字段值大于 25 的文档。#类似的其他比较操作符：
（小于）、gte（大于等于）、$lte（小于等于）
$eq（等于）、$ne（不等于）#按条件查找文档，并只返回指定字段：
db.myCollection.find (
{age: { $gt: 25} },

• findOne () 方法

findOne () 方法用于查找集合中的单个文档。如果找到多个匹配的文档，它只返回第一个。

语法：
db.collection.findOne (query, projection)

• query：用于查找文档的查询条件。默认为 {}，即匹配所有文档。
• projection（可选）：指定返回结果中包含或排除的字段。

#查找单个文档：
db.myCollection.findOne ({name: "Alice"});#查找单个文档，并只返回指定字段：
db.myCollection.findOne (
{name: "Alice"},
{ name: 1, age: 1, _id: 0 }
);

3：删除文档

• deleteOne()

deleteOne () 方法用于删除匹配过滤器的单个文档。
语法：
db.collection.deleteOne (filter, options)

• filter：用于查找要删除的文档的查询条件。
• options（可选）：一个可选参数对象。

实例

db.myCollection.deleteOne ({name: "Alice"});
返回结果：
{
"acknowledged": true,
"deletedCount": 1
}deleteMany()

• deleteMany()

deleteMany () 方法用于删除所有匹配过滤器的文档。
语法：
db.collection.deleteMany (filter, options)

• filter：用于查找要删除的文档的查询条件。
• options（可选）：一个可选参数对象。

4：更新文档

在 MongoDB 中，更新文档的操作可以使用多种方法实现，常用的方法包括 updateOne ()、updateMany ()、replaceOne () 和 findOneAndUpdate ()。插入测试数据：

db.myCollection.insertMany ([{name: "Alice", age: 25, city: "Los Angeles", status: "inactive"}, {name: "Bob", age: 30, city: "Los Angeles", status: "active"}, {name: "Charlie", age: 35, city: "Chicago", status: "active"}]);

• updateOne()

updateOne () 方法用于更新匹配过滤器的单个文档。

语法：
db.collection.updateOne (filter, update, options)

・filter：用于查找文档的查询条件。
・update：指定更新操作的文档或更新操作符。
・options：可选参数对象，如 upsert、arrayFilters 等。

实例

db.myCollection.updateOne (
{name: "Alice"}, // 过滤条件
{ $set: { age: 26 } }, // 更新操作
{ upsert: false } // 可选参数
);说明：
upsert 选项：
false（默认值）：若没有匹配文档，不执行任何操作。
true：若未找到匹配文档，将插入一个新文档（合并查询条件和更新操作的内容）。
例如本案例，不匹配时会插入新文档 {name: "Alice", age: 26}

• updateMany()

updateMany () 方法用于更新所有匹配过滤器的文档。

语法：
db.collection.updateMany (filter, update, options)

• filter：用于查找文档的查询条件。
• update：指定更新操作的文档或更新操作符。
• options：可选参数对象，如 upsert、arrayFilters 等。

实例

db.myCollection.updateMany (
{ age: { $lt: 30 } }, // 过滤条件
{ $set: {status: "active"} }, // 更新操作
{ upsert: false } // 可选参数
);更新多个文档：
db.myCollection.updateMany (
{ age: { $lt: 30 } },
{ $set: { status: "active" } }
);

• replaceOne()

replaceOne () 方法用于替换匹配过滤器的单个文档，新的文档将完全替换旧的文档。

语法：
db.collection.replaceOne (filter, replacement, options)

• filter：用于查找文档的查询条件。
• replacement：新的文档，将替换旧的文档。
• options：可选参数对象，如 upsert 等。

实例

db.myCollection.replaceOne (
{name: "Bob"}, // 过滤条件
{ name: "Bob", age: 31 } // 新文档
);替换单个文档：
db.myCollection.replaceOne (
{name: "Bob"},
{ name: "Bob", age: 31 }
);

• findOneAndUpdate()

findOneAndUpdate () 方法用于查找并更新单个文档，可以选择返回更新前或更新后的文档

语法：
db.collection.findOneAndUpdate (filter, update, options)

・filter：用于查找文档的查询条件。
・update：指定更新操作的文档或更新操作符。
・options：可选参数对象，如 projection、sort、upsert、returnDocument 等。

实例

db.myCollection.findOneAndUpdate (
{name: "Charlie"}, // 过滤条件
{ $set: { age: 36 } }, // 更新操作
{ returnDocument: "after" } // 可选参数，返回更新后的文档
);查找并更新单个文档：
db.myCollection.findOneAndUpdate (
{name: "Charlie"},
{ $set: { age: 36 } },
{ returnDocument: "after" });

七：MongoDB备份与恢复

1：安装备份与恢复命令

#解压安装包
rpm -ivh mongodb-database-tools-rhel70-x86_64-100.12.0.rpm

2：MongoDB数据备份和恢复

备份：mongodump
恢复：mongorestore

八：MongoDB用户管理

1：编写配置文件

vim /usr/local/mongodb/mongod.conf
添加参数：

# 系统日志配置
systemLog:destination: filepath: /var/log/mongodb/mongod.loglogAppend: truetimeStampFormat: iso8601-utc# 存储配置
storage:dbPath: /var/lib/mongo# journal选项在8.0+版本已移除，journaling总是启用# 进程管理
processManagement:fork: truepidFilePath: /tmp/mongod.pid# 网络配置
net:bindIp: 127.0.0.1port: 27017# 安全配置
security:authorization: enabled

2：先启用非认证模式

#杀死进程
pkill mongod
#先启用非认证模式
mongod --dbpath /var/lib/mongo --logpath /var/log/mongodb/mongod.log --fork
#验证登录
mongosh --host localhost --port 27017
mongosh
#创建认证模式的用户和密码
use testdb
db.createUser({user:"zhangsan",pwd:"pwd123",roles:[role:"readWrite",db:"testdb",{role:"read",db:"testdb"}]})
exit

3：登录数据库

#杀死进程
pkill mongod
#启动mongodb服务
mongod -f /usr/local/mongodb/mongod.conf 
或
mongod --auth --dbpath /var/lib/mongo --logpath /var/log/mongodb/mongod.log --fork
(认证模式)	
#登录数据库
mongosh --host localhost --port 27017 -u "zhangsan" -p "pwd123" --authenticationDatabase "testdb"
#验证
>show collection;

4：只能在非认证的情况下删除用户

#杀死进程
pkill mongod
#先启用非认证模式
mongod --dbpath /var/lib/mongo --logpath /var/log/mongodb/mongod.log --fork
#登录数据库
mongosh --host localhost --port 27017
mongosh
use testdb
db.dropUser("zhangsan")