MongoDB

MongoDB 是一个流行的 NoSQL 数据库，它使用 JSON 格式文档存储数据，非常适合处理大量的非结构化数据。

特点

• 文档型数据库
• 灵活的数据模型
• 高性能
• 易于扩展
• 支持复杂查询

安装

macOS (使用 Homebrew)

brew tap mongodb/brew
brew install mongodb-community
brew services start mongodb-community

基本概念

• 数据库（Database）: 包含集合的容器
• 集合（Collection）: 类似于关系数据库中的表
• 文档（Document）: 类似于关系数据库中的行，使用 BSON（二进制 JSON）格式
• 字段（Field）: 文档中的键值对

基本操作

1. 数据库操作

// 显示所有数据库
show dbs

// 使用/创建数据库
use myapp

// 删除当前数据库
db.dropDatabase()

2. 集合操作

// 创建集合
db.createCollection("users")

// 显示所有集合
show collections

// 删除集合
db.users.drop()

3. 文档操作

// 插入单个文档
db.users.insertOne({
    username: "john_doe",
    email: "john@example.com",
    profile: {
        age: 30,
        city: "New York"
    },
    created_at: new Date()
})

// 批量插入文档
db.users.insertMany([
    {
        username: "jane_doe",
        email: "jane@example.com",
        profile: { age: 25, city: "London" }
    },
    {
        username: "bob_smith",
        email: "bob@example.com",
        profile: { age: 35, city: "Paris" }
    }
])

// 查询文档
db.users.find({ "profile.city": "New York" })

// 更新文档
db.users.updateOne(
    { username: "john_doe" },
    {
        $set: { "profile.verified": true },
        $currentDate: { last_modified: true }
    }
)

// 删除文档
db.users.deleteOne({ username: "john_doe" })

高级查询

1. 查询操作符

// 比较操作符
db.users.find({
    "profile.age": { $gt: 25, $lt: 35 }
})

// 逻辑操作符
db.users.find({
    $or: [
        { "profile.city": "New York" },
        { "profile.city": "London" }
    ]
})

// 正则表达式
db.users.find({
    email: /.*@example\.com$/
})

2. 聚合操作

// 使用聚合管道
db.orders.aggregate([
    // 匹配阶段
    { 
        $match: { 
            status: "completed" 
        }
    },
    // 分组阶段
    {
        $group: {
            _id: "$customer_id",
            total_spent: { $sum: "$amount" },
            order_count: { $sum: 1 }
        }
    },
    // 排序阶段
    {
        $sort: { 
            total_spent: -1 
        }
    }
])

// 查找并修改
db.users.findAndModify({
    query: { username: "john_doe" },
    update: { $inc: { login_count: 1 } },
    new: true
})

Node.js 示例

const { MongoClient } = require('mongodb');

const uri = 'mongodb://localhost:27017';
const client = new MongoClient(uri);

// 连接数据库
async function connect() {
    try {
        await client.connect();
        console.log('Connected to MongoDB');
        return client.db('myapp');
    } catch (err) {
        console.error('Connection error:', err);
        throw err;
    }
}

// CRUD 操作示例
async function userOperations() {
    const db = await connect();
    const users = db.collection('users');

    try {
        // 创建
        const insertResult = await users.insertOne({
            username: 'john_doe',
            email: 'john@example.com',
            created_at: new Date()
        });
        console.log('Inserted ID:', insertResult.insertedId);

        // 读取
        const user = await users.findOne({ username: 'john_doe' });
        console.log('Found user:', user);

        // 更新
        const updateResult = await users.updateOne(
            { username: 'john_doe' },
            { 
                $set: { last_login: new Date() },
                $inc: { login_count: 1 }
            }
        );
        console.log('Updated count:', updateResult.modifiedCount);

        // 删除
        const deleteResult = await users.deleteOne({ username: 'john_doe' });
        console.log('Deleted count:', deleteResult.deletedCount);

    } catch (err) {
        console.error('Operation error:', err);
    } finally {
        await client.close();
    }
}

// 事务示例
async function transactionExample() {
    const session = client.startSession();
    try {
        await session.withTransaction(async () => {
            const db = client.db('myapp');
            
            // 转账操作
            await db.collection('accounts').updateOne(
                { user_id: 'user1' },
                { $inc: { balance: -100 } },
                { session }
            );
            
            await db.collection('accounts').updateOne(
                { user_id: 'user2' },
                { $inc: { balance: 100 } },
                { session }
            );
        });
    } finally {
        await session.endSession();
    }
}

索引

// 创建单字段索引
db.users.createIndex({ email: 1 })

// 创建复合索引
db.users.createIndex({ 
    username: 1, 
    email: 1 
})

// 创建文本索引
db.articles.createIndex({ 
    title: "text", 
    content: "text" 
})

// 创建地理空间索引
db.places.createIndex({ 
    location: "2dsphere" 
})

// 查看索引
db.users.getIndexes()

性能优化

1. 查询优化

// 使用 explain() 分析查询
db.users.find({ 
    username: "john_doe" 
}).explain("executionStats")

// 使用投影限制返回字段
db.users.find(
    { status: "active" },
    { username: 1, email: 1 }
)

// 使用 limit 和 skip 进行分页
db.users.find()
    .sort({ created_at: -1 })
    .skip(20)
    .limit(10)

2. 数据模型优化

// 嵌入式文档（适用于一对一关系）
{
    username: "john_doe",
    profile: {
        address: {
            street: "123 Main St",
            city: "New York",
            country: "USA"
        }
    }
}

// 引用式文档（适用于一对多关系）
{
    _id: ObjectId("..."),
    username: "john_doe",
    posts: [ObjectId("..."), ObjectId("...")]
}

备份和恢复

# 备份数据库
mongodump --db=myapp --out=/backup/

# 恢复数据库
mongorestore --db=myapp /backup/myapp/

# 导出集合为 JSON
mongoexport --db=myapp --collection=users --out=users.json

# 导入 JSON 数据
mongoimport --db=myapp --collection=users --file=users.json

监控和维护

// 查看数据库状态
db.stats()

// 查看集合状态
db.users.stats()

// 修复数据库
db.repairDatabase()

// 压缩集合
db.runCommand({ compact: "users" })

安全性

// 创建用户
db.createUser({
    user: "appuser",
    pwd: "password",
    roles: [
        { role: "readWrite", db: "myapp" }
    ]
})

// 启用身份验证
// 在 mongod.conf 中添加：
// security:
//   authorization: enabled

// 使用身份验证连接
mongo -u appuser -p password --authenticationDatabase myapp