一、NoSQL概述

NoSQL是Not Only SQL的縮寫，指的是非關系型數(shù)據(jù)庫，與傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫相對應，主要用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲。

與RDBMS相比，具有如下特點：

• 沒有聲明性查詢語言
• 沒有預定義模式
• 鍵值對存儲
• 最終一致性
• 非結構化和不可預知的數(shù)據(jù)
• CAP定理
• 高性能和可伸縮性

優(yōu)點：高可擴展性；分布式計算；低成本；半結構化數(shù)據(jù)；關系簡單。

缺點：沒有標準化；查詢功能有限；最終一致性沒有ACID直觀。

二、MongoDB概述

MongoDB是一個基于分布式文件存儲的開源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為Web應用提供可擴展的高性能數(shù)據(jù)存儲解決方案。將數(shù)據(jù)存儲為一個文檔，數(shù)據(jù)結構由鍵值對組成。存儲的數(shù)據(jù)與應用的數(shù)據(jù)，在格式上（JSON）高度一致。

主要特點：

• 面向文檔存儲，操作簡單
• 可以設置任何屬性的索引
• 支持豐富的查詢表達式
• 允許在服務端執(zhí)行腳本
• 支持各種編程語言
• 具有更高的擴展性
• 可以將負載分布在各個節(jié)點

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三、主要概念

1、數(shù)據(jù)庫database

與RDBMS的概念相同。MongoDB的默認數(shù)據(jù)庫為“db”，存儲在data目錄中。不同的數(shù)據(jù)庫放置在不同的文件中。

數(shù)據(jù)庫名稱的限制：

• 不能是空字符串
• 不能包含空格、“.”、“/”、“\”、“$”、空字符等
• 應該全部小寫
• 最長64個字節(jié)

保留的數(shù)據(jù)庫名稱：

• admin，相當于一個root數(shù)據(jù)庫，如果將用戶添加到該數(shù)據(jù)庫，那么該用戶將自動獲得所有數(shù)據(jù)庫的權限
• local，這個數(shù)據(jù)庫不會被復制，可以用來存儲僅限于本地單個服務器的任意集合
• config，當Mongo用于分片設置時，該數(shù)據(jù)庫在內(nèi)部使用，用來保存分片的相關信息

2、集合collection

相當于RDBMS中“表”的概念。集合沒有固定的結構，可以插入不同格式和類型的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫的信息存儲在dbname.system命名空間下的特殊集合中。

集合名稱的限制：

• 不能是空字符串
• 不能包含空字符，空字符表示集合名的結尾
• 不能以system開頭，屬于系統(tǒng)保留的前綴
• 不能包含保留字符

3、文檔document

相當于RDBMS中“行”的概念。MongoDB的文檔不需要設置相同的字段，并且相同字段不需要相同的數(shù)據(jù)類型。文檔的數(shù)據(jù)結構采用BSON格式，和JSON基本相同，BSON是一種類json的二進制形式的存儲格式。

使用文檔時需要注意：

• 文檔中的鍵值對是有序的
• 文檔中的值可以是任意數(shù)據(jù)類型
• 區(qū)分類型和大小寫
• 不能有重復的鍵
• 文檔的鍵是字符串

4、字段field

相當于RDBMS中“列”的概念。

字段的常用類型：

• String，字符串類型，在MongoDB中，UTF-8才是合法編碼
• Integer，整形數(shù)值
• Boolean，布爾值
• Double，雙精度浮點值
• Min/Max keys，將一個值與BSON（二進制的JSON）元素的最低值/最高值相比較
• Arrays，將數(shù)組或列表或多個值存儲為一個鍵
• Timestamp，時間戳，記錄文檔修改或添加的具體時間
• Object，用于內(nèi)嵌文檔
• Null，用于創(chuàng)建空值
• Symbol，符號，基本等同于字符串類型
• Date，日期時間
• Object ID，用于創(chuàng)建文檔的ID
• Binary Data，用于存儲二進制數(shù)據(jù)
• Code，代碼類型，用于在文檔中存儲JavaScript代碼
• Regular expression，正則表達式類型，用于存儲正則表達式

5、索引index

與RDBMS的概念相同。

6、主鍵primary key

自動將_id字段設置為主鍵。

7、表連接

不支持表連接，但可以通過嵌入文檔的方式實現(xiàn)。

四、用法

1、安裝

從官網(wǎng)下載并直接安裝，設置path環(huán)境變量。

2、啟動

直接啟動：

mongod

指定配置文件啟動：

mongod --config /etc/mongodb.conf

3、操作數(shù)據(jù)庫

創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫：

use DATABASE_NAME

如果數(shù)據(jù)庫不存在，則創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，否則切換到指定的數(shù)據(jù)庫。

查看當前數(shù)據(jù)庫：

db

查看所有數(shù)據(jù)庫：

show dbs

刪除當前數(shù)據(jù)庫：

db.dropDatabase()

在刪除之前應該使用db命令查看當前數(shù)據(jù)庫名，或者使用use命令切換到要刪除的數(shù)據(jù)庫。

刪除集合：

db.collection.drop()

4、操作文檔

插入：

db.COLLECTION_NAME.insert(document)

如果集合不存在，MongoDB會自動創(chuàng)建該集合并插入文檔。如果不指定_id字段，save方法與insert方法類似。如果指定_id字段，save方法會更新該_id的數(shù)據(jù)。

更新：

db.COLLECTION_NAME.update(query, update, {upsert:boolean, multi:boolean, writeConcern:document})

• query，更新的查詢條件，相對于sql的where語句
• update，更新的對象和操作符，相對于sql的set語句
• upsert，可選，如果要更新的記錄不存在，是否插入新記錄，true為插入，默認false為不插入
• multi，可選，默認false為只更新第一條記錄，如果為true，則全部更新
• writeConcern，可選，表示拋出異常的級別

通過傳入的文檔替換已有的文檔：

db.COLLECTION_NAME.save(document, {writeConcern:document})

刪除：

db.COLLECTION_NAME.remove(query, {justOne:boolean, writeConcern:document})

• query，可選，要刪除的文檔的滿足條件
• justOne，可選，如果為true，則只刪除一個文檔
• writeConcern，可選，表示拋出異常的級別

如果不包含任何參數(shù)，則刪除集合中的所有文檔。建議在執(zhí)行remove操作之前，先執(zhí)行find命令來判斷執(zhí)行條件是否正確。

查詢：

db.COLLECTION_NAME.find()

如果希望格式化查詢的結果，可以使用pretty方法：

db.COLLECTION_NAME.find().pretty()

如果希望只返回一個文檔：

db.COLLECTION_NAME.findOne()

在find方法中，傳入多個鍵值對，每個鍵值對之間以逗號分隔，等價于SQL中的and條件：

db.COLLECTION_NAME.find({key1:value1, key2:value2})

在find方法中，使用關鍵字$or，等價于SQL中的or條件：

db.COLLECTION_NAME.find({$or:[{key1:value1, key2:value2}]})

在MongoDB中，有四種條件操作符，分別是$gt、$lt、$gte、$lte，對應SQL中的大于、小于、大于等于和小于等于。

db.COLLECTION_NAME.find({key: {$gt : value}})

還有一個條件操作符$type，用來判斷字段的類型：

db.COLLECTION_NAME.find({key: {$type : typeid}})

使用limit方法，指定要讀取的記錄數(shù)量：

db.COLLECTION_NAME.find().limit(NUMBER)

使用skip方法，跳過指定數(shù)量的記錄，參數(shù)默認為0：

db.COLLECTION_NAME.find().limit(NUMBER).skip(NUMBER)

使用sort方法，指定排序的字段，參數(shù)為1表示升序，-1表示降序，默認按照升序排列：

db.COLLECTION_NAME.find().sort({KEY:1})

使用aggregate方法，處理數(shù)據(jù)并返回計算后的數(shù)據(jù)結果：

db.COLLECTION_NAME.aggregate(AGGREGATE_OPERATION)

聚合操作包括：

• $sum，計算求和
• $avg，計算平均值
• $min，獲取最小值
• $max，獲取最大值
• $push，插入值到一個數(shù)組中
• $addToSet，插入值到一個數(shù)組中，但不創(chuàng)建副本
• $first，根據(jù)排序獲取第一個文檔數(shù)據(jù)
• $last，根據(jù)排序獲取最后一個文檔數(shù)據(jù)

在MongoDB中，可以使用聚合管道，將文檔在一個管道處理完畢之后把結果傳遞給下一個管道處理。

常用的管道操作：

• $project，修改輸入文檔的結構，可以用來重命名、增加或刪除字段，也可以用來創(chuàng)建計算結果以及嵌套文檔
• $match，用于過濾數(shù)據(jù)，只輸出符合條件的文檔
• $limit，用來限制聚合管道返回的文檔數(shù)
• $skip，在聚合管道中跳過指定數(shù)量的文檔
• $unwind，將文檔中的某一個數(shù)組類型字段拆分成多條，每條包含數(shù)組中的一個值
• $group，將集合中的文檔分組，用于統(tǒng)計結果
• $sort，將輸入文檔進行排序之后輸出
• $geoNear，輸出接近某一地理位置的有序文檔

索引是特殊的數(shù)據(jù)結構，存儲在一個易于遍歷讀取的數(shù)據(jù)集合中，是對數(shù)據(jù)庫表中的若干字段的值進行排序的一種結構。MongoDB還提供多個可選參數(shù)，用來限定索引的規(guī)則。

創(chuàng)建索引：

db.COLLECTION_NAME.ensureIndex({KEY:1})

5、數(shù)據(jù)庫的備份和恢復

復制：將數(shù)據(jù)同步在多個服務器的過程。提供了數(shù)據(jù)的冗余備份，并在多個服務器上存儲數(shù)據(jù)副本。允許從硬件故障和服務中斷中恢復數(shù)據(jù)。復制至少需要兩個節(jié)點，其中一個是主節(jié)點，負責處理客戶端請求，其余都是從節(jié)點，負責復制主節(jié)點的數(shù)據(jù)。

分片：當存儲海量數(shù)據(jù)時，一臺機器不足以存儲數(shù)據(jù)，也不足以提供可接受的讀寫量?？梢酝ㄟ^在多臺機器上分割數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠存儲和處理更多的數(shù)據(jù)。Shard用于存儲實際的數(shù)據(jù)塊，實際使用中一個shard server可以由幾臺機器組成。Config server存儲整個ClusterMetadata，其中包括chunk信息。Query routers前端路由，客戶端由此接入。

備份：在MongoDB中，可以使用mongodump命令來備份數(shù)據(jù)，該命令可以導出所有數(shù)據(jù)到指定目錄。

mongodump -h dbhost -d dbname -o dbdirectory

恢復：在MongoDB中，可以使用mongorestore命令來恢復備份的數(shù)據(jù)。

mongorestore -h dbhost -d dbname --directoryperdb dbdirectory

6、數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控

在安裝部署并啟動MongoDB服務后，必須了解運行情況，并查看其性能。

mongostat是MongoDB自帶的狀態(tài)檢測工具。mongotop用來跟蹤一個MongoDB實例，查看讀寫所花費的時間。這兩個工具都位于MongoDB的安裝目錄的bin目錄下。