MongoDB之客户端工具与核心概念及基本类型篇

MongoDB之客户端工具与核心概念及基本类型篇

1. MongoDB是什么?

1. 关于MongoDB

官网地址：MongoDB

MongoDB is a general purpose, document-based, distributed database built for modern application developers and for the cloud era. No database makes you more productive.

MongoDB是为现代应用程序开发人员和云时代构建的通用的、基于文档的分布式数据库。没有数据库能让你更有效率。

2. 相关客户端工具

1. MongoDB Compass

官方出品，免费

官网地址：https://www.mongodb.com/download-center/compass

MongoDB Compass 是一个功能强大的 GUI，用于在可视化环境中查询、聚合和分析 MongoDB 数据。

Compass 可免费使用且源代码可用，并且可以在 macOS、Windows 和 Linux 上运行。

1. 使用 Compass（MongoDB 的 GUI）轻松浏览和操作您的数据库。Compass 直观而灵活，提供详细的架构可视化、实时性能指标、复杂的查询功能等等。

2. 请注意，MongoDB Compass 有三个版本：具有所有功能的完整版本、没有写入或删除功能的只读版本，以及唯一网络连接到 MongoDB 实例的独立版本。有关更多信息，请参阅官网文档的文档页面。

• 完整版本：具有所有特性和功能。

• 只读版: 此版本严格限制为读取操作，删除了所有写入和删除功能。

• 独立版: 此版本禁用除MongoDB实例连接之外的所有网络连接。

2. Studio 3T

Studio 3T，MongoDB的终极GUI,用于MongoDB的所有IDE、客户端和GUI工具——在Atlas上或任何地方。

官网：Studio 3T

注意：收费

3. Navicat for MongoDB

下载： Navicat | 下载 Navicat for MongoDB 14 天 Windows、macOS 和 Linux 的试用版

注意：收费

4. NoSQL Manager for MongoDB Professional

用于 MongoDB 数据库管理、管理和开发的桌面 GUI 客户端

下载地址：Download NoSQL Manager for MongoDB (mongodbmanager.com)

注意：收费

2.MongoDB相关概念

在mongodb中基本的概念是文档、集合、数据库，下面我们挨个介绍。

下表将帮助您更容易理解Mongo中的一些概念：

2.1 数据库

一个mongodb中可以建立多个数据库。

MongoDB的默认数据库为"db"，该数据库存储在data目录中。

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。

“show dbs” 命令可以显示所有数据的列表。

$ ./mongo
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: test
> show dbs
local  0.078GB
test   0.078GB
> 
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执行 “db” 命令可以显示当前数据库对象或集合。

$ ./mongo
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: test
> db
test
> 
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运行"use"命令，可以连接到一个指定的数据库。

> use local
switched to db local
> db
local
> 
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以上实例命令中，“local” 是你要链接的数据库。

在下一个章节我们将详细讲解MongoDB中命令的使用。

数据库也通过名字来标识。数据库名可以是满足以下条件的任意UTF-8字符串。

• 不能是空字符串（“”)。
• 不得含有’ '（空格)、.、$、/、\和\0 (空字符)。
• 应全部小写。
• 最多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： 从权限的角度来看，这是"root"数据库。要是将一个用户添加到这个数据库，这个用户自动继承所有数据库的权限。一些特定的服务器端命令也只能从这个数据库运行，比如列出所有的数据库或者关闭服务器。
• 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。

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2.2 文档(Document)

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。

一个简单的文档例子如下：

{"site":"www.百度.com", "name":"mongo教程"}
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下表列出了 RDBMS 与 MongoDB 对应的术语：

需要注意的是：

1. 文档中的键/值对是有序的。
2. 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)。
3. MongoDB区分类型和大小写。
4. MongoDB的文档不能有重复的键。
5. 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)。

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2.3 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)中的表格。

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。

比如，我们可以将以下不同数据结构的文档插入到集合中：

{"site":"www.baidu.com"}
{"site":"www.google.com","name":"Google"}
{"site":"www.ali.com","name":"abc","num":5}
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当第一个文档插入时，集合就会被创建。

2.3.1 合法的集合名

• 集合名不能是空字符串""。
• 集合名不能含有\0字符（空字符)，这个字符表示集合名的结尾。
• 集合名不能以"system."开头，这是为系统集合保留的前缀。
• 用户创建的集合名字不能含有保留字符。有些驱动程序的确支持在集合名里面包含，这是因为某些系统生成的集合中包含该字符。除非你要访问这种系统创建的集合，否则千万不要在名字里出现$。

如下实例：

db.col.findOne()
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2.3.2 capped collections

Capped collections 就是固定大小的collection。

它有很高的性能以及队列过期的特性(过期按照插入的顺序). 有点和 “RRD” 概念类似。

Capped collections 是高性能自动的维护对象的插入顺序。它非常适合类似记录日志的功能和标准的 collection 不同，你必须要显式的创建一个capped collection，指定一个 collection 的大小，单位是字节。collection 的数据存储空间值提前分配的。

Capped collections 可以按照文档的插入顺序保存到集合中，而且这些文档在磁盘上存放位置也是按照插入顺序来保存的，所以当我们更新Capped collections 中文档的时候，更新后的文档不可以超过之前文档的大小，这样话就可以确保所有文档在磁盘上的位置一直保持不变。

由于 Capped collection 是按照文档的插入顺序而不是使用索引确定插入位置，这样的话可以提高增添数据的效率。MongoDB 的操作日志文件 oplog.rs 就是利用 Capped Collection 来实现的。

要注意的是指定的存储大小包含了数据库的头信息。

db.createCollection("mycoll", {capped:true, size:100000})
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• 在 capped collection 中，你能添加新的对象。
• 能进行更新，然而，对象不会增加存储空间。如果增加，更新就会失败 。
• 使用 Capped Collection 不能删除一个文档，可以使用 drop() 方法删除 collection 所有的行。
• 删除之后，你必须显式的重新创建这个 collection。
• 在32bit机器中，capped collection 最大存储为 1e9( 1X109)个字节。

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2.4 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.*
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在MongoDB数据库中名字空间 .system.* 是包含多种系统信息的特殊集合(Collection)，如下:

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。

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2.5 MongoDB 数据类型

下表为MongoDB中常用的几种数据类型。

下面说明下几种重要的数据类型。

2.5.1 ObjectId

ObjectId 类似唯一主键，可以很快的去生成和排序，包含 12 bytes，含义是：

• 前 4 个字节表示创建 unix 时间戳,格林尼治时间 UTC 时间，比北京时间晚了 8 个小时
• 接下来的 3 个字节是机器标识码
• 紧接的两个字节由进程 id 组成 PID
• 最后三个字节是随机数

MongoDB 中存储的文档必须有一个 _id 键。这个键的值可以是任何类型的，默认是个 ObjectId 对象

由于 ObjectId 中保存了创建的时间戳，所以你不需要为你的文档保存时间戳字段，你可以通过 getTimestamp 函数来获取文档的创建时间:

> var newObject = ObjectId()
> newObject.getTimestamp()
ISODate("2017-11-25T07:21:10Z")
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ObjectId 转为字符串

> newObject.str
5a1919e63df83ce79df8b38f
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2.5.2 字符串

BSON 字符串都是 UTF-8 编码。

2.5.3 时间戳

BSON 有一个特殊的时间戳类型用于 MongoDB 内部使用，与普通的 日期 类型不相关。 时间戳值是一个 64 位的值。其中：

• 前32位是一个 time_t 值（与Unix新纪元相差的秒数）
• 后32位是在某秒中操作的一个递增的序数

在单个 mongod 实例中，时间戳值通常是唯一的。

在复制集中， oplog 有一个 ts 字段。这个字段中的值使用BSON时间戳表示了操作时间。

BSON 时间戳类型主要用于 MongoDB 内部使用。在大多数情况下的应用开发中，你可以使用 BSON 日期类型。

2.5.4 日期

表示当前距离 Unix新纪元（1970年1月1日）的毫秒数。日期类型是有符号的, 负数表示 1970 年之前的日期。

> var mydate1 = new Date()     //格林尼治时间
> mydate1
ISODate("2018-03-04T14:58:51.233Z")
> typeof mydate1
object
> var mydate2 = ISODate() //格林尼治时间
> mydate2
ISODate("2018-03-04T15:00:45.479Z")
> typeof mydate2
object
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这样创建的时间是日期类型，可以使用 JS 中的 Date 类型的方法。

返回一个时间类型的字符串：

> var mydate1str = mydate1.toString()
> mydate1str
Sun Mar 04 2018 14:58:51 GMT+0000 (UTC) 
> typeof mydate1str
string
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或者

> Date()
Sun Mar 04 2018 15:02:59 GMT+0000 (UTC)   
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4. 基本操作

1. DB Operations(数据库操作)

1. 查看数据库

   show dbs
   #执行上面命令后可看到MongoDB默认的三个数据库，如下
   admin     0.000GB
   config    0.000GB
   local     0.000GB
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   admin： 从权限的角度来看，这是"root"数据库。要是将一个用户添加到这个数据库，这个用户自动继承所有数据库的权限。一些特定的服务器端命令也只能从这个数据库运行，比如列出所有的数据库或者关闭服务器。

   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。

2. 创建数据库

   use DB_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。
   # 例：创建一个名称为 demo 的数据库
   use demo
   # 注意：创建完demo数据库后如果数据库下没有集合则数据库存储在内存中，只有当数据库下创建了集合(集合下的文档可有可无)时demo数据库才会被持久化
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3. 删除数据库

   db.dropDatabase(); # 删除当前的数据库，可使用db命令查看当前使用的数据库是哪个
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2. Collection Operations(集合操作)

1. 创建集合,以demo数据库为例

   use demo;
   # 语法1:
   db.createCollection(name,options);
   # 1.创建一个名称为student的集合
   db.createCollection('student');
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   参数说明：

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

   options 可以是如下参数：

   字段	类型	描述
   capped	布尔	（可选）如果为 true，则创建固定集合。固定集合是指有着固定大小的集合，当达到最大值时，它会自动覆盖最早的文档。 当该值为 true 时，必须指定 size 参数。
   autoIndexId	布尔	（可选）如为 true，自动在 _id 字段创建索引。默认为 false。
   size	数值	（可选）为固定集合指定一个最大值，以千字节计（KB）。 如果 capped 为 true，也需要指定该字段。
   max	数值	（可选）指定固定集合中包含文档的最大数量。

   在插入文档时，MongoDB 首先检查固定集合的 size 字段，然后检查 max 字段。

2. 查看集合

   show collections;
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3. 删除集合

   # 语法
   db.collection.drop();
   # 举例,删除集合名称为 mydemo的集合
   db.mydemo.drop(); # 删除成功返回true,失败返回false
   # 注意：删除集合时会将集合下的所有文档删除
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3. Document Operations(文档操作)

3.1 Insert Documents(插入文档)

1. 常用命令及说明

   db.collection.insertOne()	Inserts a single document into a collection.
   db.collection.insertMany()	db.collection.insertMany() inserts multiple documents into a collection.
   db.collection.insert()	db.collection.insert() inserts a single document or multiple documents into a collection.

   Additional Methods for Inserts

   插入文档的附加方法

   The following methods can also add new documents to a collection:

   以下方法还可以向集合中添加新文档：

   • db.collection.update() when used with the upsert: true option.
   • db.collection.updateOne() when used with the upsert: true option.
   • db.collection.updateMany() when used with the upsert: true option.
   • db.collection.findAndModify() when used with the upsert: true option.
   • db.collection.findOneAndUpdate() when used with the upsert: true option.
   • db.collection.findOneAndReplace() when used with the upsert: true option.
   • db.collection.save().
   • db.collection.bulkWrite().

   See the individual reference pages for the methods for more information and examples.

2. 举例

   1. 插入单个文档到集合中，JSON对象

   db.user.insertOne({"name":"张三","age":NumberInt(22),"gender":"男","address":"西安市"});
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   2. 插入多个文档到集合中，JSON数组

   db.user.insertMany([{"name":"李四","age":NumberInt(55),"gender":"男","address":"宝鸡市"},{"name":"莉莉","age":NumberInt(12),"gender":"女","address":"铜川市"}]);
   1

   3. 插入单个或多个文档到集合中

   # 插入单个文档，JSON对象
   db.user.insert({user:{name:'王五'},email:[{email:'111@qq.com'},{email:'xxx@163.com'}],cards:[{"bankName":"中国建设银行","card":"1245678"},{"bankName":"中国邮政银行","card":"797161616"}]});
   # 插入多个文档,其实就是JSON数组
   db.user.insert(
   {user:{name:'玛利亚'},email:[{email:'7898@qq.com'},{email:'xxx@163.com'}],cards:[{"bankName":"中国建设银行","card":"22222"},{"bankName":"中国邮政银行","card":"111111"}]},
   {user:{name:'马云'},email:[{email:'11111@qq.com'},{email:'yyyy@163.com'}],cards:[{"bankName":"中国人民银行","card":"22222"},{"bankName":"中国银行","card":"111111"}]}
   );
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